Sintesis de Glicolípidos y Golgi

Biología Celular - Bloque 2: Estructura y Función de las Células - Unidad Didáctica 5

• El bloque 2 se centra en la estructura y función de las células, incluyendo la unidad didáctica 5 que aborda la distribución y transporte de proteínas, mediante el retículo endoplásmico, el aparato de Golgi y los lisosomas.

Guion de la Unidad Didáctica 5

• 5.1 Retículo endoplásmico: Descripción del retículo endoplásmico.
• 5.2 Aparato de Golgi: Descripción del aparato de Golgi y su función.
• 5.3 Mecanismo de transporte de las vesículas: Descripción del mecanismo de transporte de vesículas.
• 5.4 Lisosomas: Descripción de los lisosomas y sus funciones.

Aparato de Golgi y el Complejo de Golgi

• Las proteínas sintetizadas y procesadas en el retículo endoplasmático (RE) llegan al aparato de Golgi para ser reprocesadas y distribuidas a sus destinos finales (lisosomas, membrana plasmática o secreción).
• El aparato de Golgi también sintetiza glicolípidos y esfingomielina.
• Participa en el procesamiento de diferentes componentes celulares que viajan por la vía secretora.

Organización del Golgi

• El aparato de Golgi está compuesto de cisternas (bolsas aplanadas) y vesículas asociadas.
• Presenta polaridad estructural y funcional:
  • Cara cis (entrada): Recibe las proteínas del RE.
  • Cara trans (salida): Libera las proteínas procesadas.
• El transporte de proteínas a través del aparato de Golgi ocurre secuencialmente.

Transporte de Proteínas a través del Aparato de Golgi

• Las proteínas del retículo endoplasmático (RE) entran por la cara cis del Golgi.
• Las proteínas se modifican mientras se desplazan por las diferentes cisternas del Golgi.
• Las proteínas se distribuyen a sus destinos finales a través de la cara trans.

Modelo de Cisterna Estable

• Las proteínas son transportadas entre las cisternas del Golgi mediante vesículas de transporte.
• Las cisternas son estructuras estables con enzimas activas que permanecen en cada cisterna.

Modelo de Maduración de las Cisternas

• Proteínas son transportadas a través de compartimentos del Golgi (en lugar de entre cisternas).
• Las cisternas maduran gradualmente, moviéndose de la cara cis a la trans.
• Las vesículas actúan para devolver proteínas residentes al Golgi anterior.

Glicosilación de proteínas en el Golgi

• El aparato de Golgi modifica las porciones de carbohidratos.
• El Golgi contiene más de 250 enzimas que añaden azúcares a las glicoproteínas.
• Este proceso ocurre de manera ordenada en diferentes compartimentos del Golgi.
• Se sintetiza el oligosacárido en un transportador lipídico y se transfiere a residuos de Asn, eliminando previamente tres residuos de glucosa.

Procesamiento de los N-oligosacáridos en el Golgi

• Los N-glicosacáridos se modifican gradualmente en el Golgi.
• Se añaden diferentes azúcares a los oligosacáridos, dependiendo de la célula.
• Los oligosacáridos modificados permiten la salida de las proteínas desde el Golgi.

Marcado y Dirección de las Proteínas Lisosómicas

• Las proteínas destinadas a los lisosomas son marcadas con fosfatos en la posición 6 de los residuos de manosa.
• En el Golgi se añade UDP-N-acetilglucosamina y luego se eliminan los grupos N-acetilglucosamina dejando la manosa-6-fosfato.
• El receptor de manosa-6-fosfato guía el transporte a los lisosomas.

Proteínas en las cadenas laterales de residuos de Ser y Thr (O-glicosilación)

• Las proteínas son modificadas añadiendo carbohidratos a las cadenas laterales de los aminoácidos Ser y Thr.
• Los azúcares directos a estos sitios son N-acetilglucosamina y N-acetilgalactosamina.
• Algunos oligosacáridos O-ligados consisten en pocos residuos de azúcar y otros en largas cadenas de muchos azúcares.
• Los proteoglicanos son proteínas secretadas que forman parte importante de la matriz extracelular con O-glicosilación.

Estructura y Metabolismo de Proteoglicanos

• Los proteoglicanos tienen muchas cadenas de carbohidratos añadidas y son un componente importante de la matriz extracelular.
• El metabolismo de lípidos y polisacáridos ocurre en el aparato de Golgi.

Glicolípidos y Esfingomielina

• Los glicolípidos y la esfingomielina se sintetizan en el Golgi a partir de ceramida.
• La esfingomielina se forma por la transferencia de un grupo fosforilcolina desde la fosfatidilcolina a la ceramida.
• El proceso de adicionar carbohidratos a la ceramida puede dar lugar a diferentes tipos de glicolípidos.

Distribución y Exportación de Proteínas desde el Golgi

• Las proteínas se transportan por diferentes tipos de vesículas de transporte.
• Hay rutas directas a la membrana plasmática o a otras vías como endosomas o lisosomas.
• Algunas proteínas secretoras se acumulan en gránulos secretores.

Mecanismo de transporte de las vesículas

• Son claves para mantener la organización celular.
• La selección de proteínas y su carga en las vesículas es selectiva.
• Los mecanismos moleculares para el empaquetamiento, gemación, distribución y fusión de vesículas son de gran importancia.

Aproximaciones Experimentales al conocimiento del transporte de las vesículas

• Se usan mutantes de levaduras, sistemas acelulares y análisis bioquímicos, para comprender mejor los mecanismos del transporte de vesículas.

Selección de la mercancía, proteínas de la cubierta y gemación vesicular

• Se identifican tres familias de proteínas de cubierta: clatrina, COPI y COPII.
• Se describe el ensamblaje de las proteínas de cubierta, el movimiento de las vesículas, y la liberación de su carga a la membrana. Los mecanismos ayudan a mantener la organización funcional celular.

La formación de vesículas recubiertas está regulada por pequeñas proteínas que se unen a GTP (Arf y Sar), relacionadas con Ras y Ran.

• Se describe la participación de estas proteínas en la formación de vesículas recubiertas con COPI y clatrina, así como en vesículas recubiertas de COPII o clatrina.

Lisosomas

• Son orgánulos membranosos que contienen enzimas hidrolíticas.
• La función principal es la degradación de componentes intra y extracelulares.
• Participan en la digestión de materiales de desecho.
• Los lisosomas tienen un pH ácido (aproximadamente 5), que permite a sus enzimas funcionar eficazmente.

Endocitosis y formación del lisosoma

• Los lisosomas se forman a partir de la fusión de vesículas desde el Golgi con el endosoma tardío.
• Participan en la degradación del material captado del exterior de la célula mediante endocitosis (un proceso que implica la formación de vesículas que engloban material desde fuera de la célula).
• Los lisosomas representan una intersección entre la vía secretora y la endocítica.
• Las células animales tienen tres tipos de endosomas.

Endocitosis y formación del lisosoma

• Los lisosomas son orgánulos membranosos con enzimas digetivas que degradan materiales celulares y extracelulares.
• Su formación requiere la acción de proteínas como las Rab's y las SNARE's.
• La vía secretora contribuye a los componentes de los lisosomas y la vía endocítica a los materiales extracelulares.

Fagocitosis y Autofagia

• Los lisosomas degradan materiales procedentes de fagocitosis (ingestión de partículas grandes como bacterias o células) y autofagía (degradación de compuestos propios).
• La fagocitosis lleva a la formación de fagosomas.
• La autofagía produce autofagosomas, que se fusionan con lisosomas para producir fagolisosomas.