2º Parcial Biología Celular - Paula Ferrández - PDF

2º PARCIAL BIOLOGÍA CELULAR Paula Ferrández López 1º MEDICINA UCAM profesora: Sonia Sánchez  OJO, debemos distinguir qué proteínas son sintetizadas en los TEMA 11: RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO....

2º PARCIAL BIOLOGÍA CELULAR Paula Ferrández López 1º MEDICINA UCAM profesora: Sonia Sánchez  OJO, debemos distinguir qué proteínas son sintetizadas en los TEMA 11: RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO. ribosomas del RE y cuáles en los ribosomas libres: 1.INTRODUCCIÓN Historia del RE y secreción de proteínas: “La entrada de las proteínas en el RE supone un cruce de caminos muy importante para el tráfico de proteínas en las células eucariotas” El papel del RE en el procesamiento y distribución de las proteínas fue demostrado por primera vez por George palade et col. Estos Proteínas destinadas a ser secretadas o incorporarse al investigadores estudiaron el destino de las proteínas recién RE, Golgi, lisosomas o membrana plasmática son sintetizadas en unas células especializadas del páncreas (células mandadas inicialmente al RE. Generalmente en acinares pancreáticas, secretan la mayor parte de sus enzimas mamíferos son mandadas ahí mientras están siento digestivas “nuevas” al intestino delgado). traducidas por los ribosomas unidos a las membranas. Debido a que la mayoría de las proteínas sintetizadas por estas Proteínas destinadas a quedarse en el citosol o que irán células eran secretadas, pudieron estudiar qué ruta tomaban al núcleo, mitocondrias, cloroplastos o peroxisomas, se marcándolas con aa radiactivos. Posteriormente pudieron localizar sintetizarán en ribosomas libres, siendo liberadas al qué posición tomaban dentro de la célula mediante una citosol cuando acaben su traducción. autorradiografía, así como los lugares celulares implicados en los Descripción y tipos de RE: procesos que conducen a la secreción de proteínas. El RE está totalmente rodeado por una membrana continua Después de una pequeña exposición de las células acinares a los aa que se extiende desde la membrana nuclear por todo el radioactivos, se detectaron proteínas sintetizadas de novo en el RE citoplasma, formando así una red de túbulos y sacos/ rugoso, por ello se le nombro lugar de síntesis de proteínas cisternas. Es el orgánulo más grande de la mayoría de las destinadas a la secreción. celulas eucariotas. Si a continuación las células se incubaban durante un corto periodo Tenemos 2 tipos que realizan funciones distintas dentro de la de tiempo en un medio con aa no radioactivos (proceso conocido célula: como caza), las proteínas marcadas radioactivamente se detectaban en el Golgi. En caso de dejarlas más tiempo, podíamos RER: cubierto por ribosomas en su superficie externa. ver que habían cambiado de lugar a la superficie celular en vesículas Función asociada con el procesamiento de proteínas. de secreción, que posteriormente se fusionarían con la membrana o Cotraduccional: importar las proteínas al RE durante plasmática liberando así su contenido fuera de la célula. su síntesis en los ribosomas unidos a la membrana, antes de que la cadena de proteínas se haya Estos experimentos definieron así la vía secretora tomada por las terminado de sintetizar. En las células de los proteínas de secretadas: mamíferos, la mayoría siguen esta vía. (inicio: RE rugoso → Golgi → vesículas de secreción → exterior celular. ribosoma libre citosol. Continúa/Fin: ribosoma pegado al RE). Estudios adicionales ampliaron los resultados y pudieron demostrar o Postraduccional: proteínas traslocadas al RE una vez que esta vía no esta restringida a las proteínas destinadas a ser que la traducción se ha completado en los ribosomas secretadas. libres del citosol. Las levaduras pueden usar ambas vías. Por ejemplo: las proteínas de la membrana plasmática y las REL: no está asociado con los ribosomas, está implicado lisosómicas también van del RER → Golgi → destinos finales; en en el metabolismo de los lípidos. otras ocasiones hay proteínas que sí que siguen los primeros pasos de la vía secretora pero después son paradas y continúan su actividad en el RE o en el Golgi. 1 Paula Ferrández 2.RER Secuencia señal Composición y función: Está formado por membranas más delgadas que la membrana plasmática. Su composición es: 70% proteínas y 30% lípidos. Podemos diferenciar 2 caras o partes: a) Cara hialoplasmática/ exterior: superficie de la membrana La marca (secuencia señal) que hace que se unan, es una cadena donde se insertan la subunidad mayor de los ribosomas. de aa presente en la cadena polipeptídica que se está sintetizando: b) Cara luminal, lumen o luz del RE: sin ribosomas. La localizamos en el extremo amino terminal. La función del RER es el almacenamiento de las proteínas Pequeños segmentos de aa hidrófobos (20 aa sintetizadas por los ribosomas, para su posterior glicosilación y aproximadamente) precedidos por otros básicos como empaquetamiento para así poder ser transferidas a otro orgánulo arginina (Arg). membranoso o ser enviadas al exterior. Presenta un sitio de unión a la peptidasa señal (enzima), Tenemos 2 tipos de poblaciones de ribosomas en el citosol, los que que se encarga de liberar el polipéptido una vez están unidos a membranas (anclados a la cara citosólica del RE) y sintetizado. los que están libres, ambos son estructural y funcionalmente idénticos. Toda la síntesis de proteínas se inicia en los ribosomas Pasos transferencia proteínas solubles → luz RE: que están libres en el citosol. El péptido señal es llevado hasta la membrana del RE mediante 2 A una sola molécula de ARNm se pueden unir muchos ribosomas, componentes: por ello solemos encontrar polirribosomas. Éstos, dirigidos por secuencias señal de muchas cadenas polipeptídicas en crecimiento, quedan pegados a la membrana del RE. Una partícula de reconocimiento de la señal/ SRP o PRS: Es similar a un rodillo, se une tanto a la subunidad mayor del ribosoma como a la secuencia señal. Así un extremo se une a la secuencia señal y el otro extremo bloquea el lugar de unión del factor de elongación (traducción), esta pausa momentánea permite: que todo el complejo (PRS, ribosoma y cadena polipeptídica en crecimiento) se una a la membrana del RE antes de que se complete la síntesis de la cadena polipeptídica evitando que ésta, se libere al citosol. Un receptor de SRP: complejo proteico integral de Explicación de la fotografía: membrana metido en la membrana del RER. Dirige el complejo PRS- ribosoma a la membrana del RE. Un conjunto de ribosomas sintetizan tanto las proteínas que permanecerán en el citosol como las que serán transportadas al RE. Cuando todo el complejo se a unido al receptor SRP, se libera el SRP La secuencia señal de RE de una nueva cadena polipeptídica se une (del ribosoma y de la secuencia señal de la cadena polipeptídica en a un SRP, llevando al ribosoma que se está traduciendo a la crecimiento) así como el receptor SRP. Entonces el ribosoma se une membrana del RE. a un complejo de translocación de proteínas situado en la membrana del RE y la secuencia señal es metida en un canal de Los ribosomas que se desplazan por esta cadena son reciclados: al membrana llamado translocón. final de cada ciclo, las subunidades ribosomales se separan y reincorporan al citosol. Todo este proceso se sirve de la energía aportada por la unión de GTP tanto al SRP como al receptor de SRP. Síntesis de proteínas en el RER: OJO: La hidrólisis de GTP a GDP permite la disociación de SRP tanto Primer paso para la vía cotraduccional es que los ribosomas del receptor como del complejo. Por tanto, la liberación del SRP de implicados en sintetizar proteínas que van a ser secretadas (ejem: la cadena supone: -1 GTP → GDP. a la membrana plasmática) se peguen al RE. Mediante esta vía podemos sintetizar tanto proteínas solubles como integrales de membrana. 2 Paula Ferrández  Inserción II: proteínas transmembrana de paso múltiple A continuación, la secuencia señal abre el translocón reanudando la traducción y la cadena polipeptídica en crecimiento es translocada/transportada a través de la membrana. Finalmente, cuando la cadena en crecimiento ha alcanzado una longitud Varias secuencias de inicio de transferencia (secuencias suficiente, la secuencia señal es cortada/escindida por la peptidasa señal). señal quedando así libre el polipéptido en la luz del RE. Varias secuencias de detencion de la transferencia: después de que la secuencia de paro entre en el o Ojo: la secuencia señal vuelve a salir y el translocón se translocador, éste descarga la secuencia lateralmente en cierra. la membrana. La integración de las proteínas de membrana requiere que algunas Proceso: zonas de la cadena sean translocadas a través de la bicapa mientras que otras zonas no lo sean. A pesar de esto, todos los tipos de Se cree que en estas proteínas un péptido señal interno actúa como inserción que veremos son variantes de los pasos que acabamos de señal de inicio de transferencia iniciando la translocación, ver para la transferencia de proteínas solubles a la luz del RE. quedando su extremo amino terminal en el lado citosólico de la membrana. El paso de ésta continúa hasta que la secuencia Inserción I: Proteínas transmembrana de paso único. hidrofóbica de detención se une con el translocón, provocando que se cierre dando lugar a la formación de un bucle en la luz del RE. Continuamos con la traducción en el citosol. En proteínas de paso múltiple más complejas (la de la imagen es de paso doble) encontramos una segunda secuencia de inicio que producirá una reapertura del canal, haciendo que se produzca una reinserción de la cadena polipeptídica en la membrana del RE, provocándose ahora un bucle en el citosol. Este proceso se repetirá n veces hasta el final → proteínas de paso múltiple. Proteínas transmembrana de paso único y de paso múltiple Una secuencia señal de inicio de transferencia: en extremo N-terminal, inicia la translocación al igual que en el primer caso (rojo). Una secuencia de detención de la transferencia: segmento hidrofóbico en cadena polipeptídica en crecimiento. (naranja) Proceso: Las proteínas integrales de la membrana atraviesan la memnbrana Cuando la secuencia señal de paro entra al translocón, interactúa mediente regiones alpha hélice de 20-25 aa hidrofóbicos. Las con un lugar determinado generando un cambio conformacional. distintas proteínas integrales se diferencian en cómo están Esto provoca el cierre del translocón deteniendo así el proceso de insertadas además de en funcion de qué extremo terminal esté en transferencia antes de que toda la cadena se haya translocado. Al el lado citoplasmático: amino (N) o el carboxilo (C). mismo tiempo liberamos y eliminamos la secuencia señal del RE mediante la peptidasa señal. o OJO: la luz del RE es equivalente al exterior celular. EJM: dominios de las proteínas de la membrana que están Esto deja la secuencia de paro en la bicapa como un segmento expuestos en la superficie celular se corresponden con las transmembrana único en forma de Alpha hélice, y el extremo N- regiones de la cadena polipeptídica que quedan dentro terminal en la cara luminal de la membrana. del RE. 3 Paula Ferrández Topología de la vía secretora Plegamiento y procesamiento de las proteínas solubles del RER En las proteínas que entran en la vía secretora, durante la translocación a través de la membrana del RE o ya dentro de su luz se llevan a cabo un gran número de procesos, aunque no debemos La luz del RE y del Golgi son topológicamente equivalentes al olvidar que el papel principal de las proteínas de la luz del RE es exterior de la célula, por tanto, aquellas partes de las cadenas catalizar el plegamiento y ensamblaje de los polipéptidos recién polipeptídicas que se translocan al interior del RE serán expuestas translocados. en la superficie celular cuando se vayan a la membrana plasmática. Otras funciones son: la rotura proteolítica del péptido secuencia Anclaje de proteínas a membrana mediante GPI señal conforme la cadena se va metiendo en la membrana del RE. También se produce el plegamiento de las proteínas, su ensamblaje en varias subunidades, la formación de puentes disulfuro, las primeras etapas de la glicosilación, la adición de anclajes de glicolípidos a algunas proteínas de la membrana plasmática. Las proteínas se translocan a través de la membrana del RE como cadenas polipeptídicas SIN plegar, mientras sigue su traducción. Por tanto, se plegarán en su forma tridimensional en el RE, asistidas por las chaperonas (facilitar plegamiento). Se cree que la Algunas proteínas se anclan a la membrana plasmática mediante chaperona Hsp70 BiP, se une a la cadena sin plegar cuando cruza la glicolípidos en vez de mediante regiones de la cadena que membrana. Las que estén correctamente plegadas se liberan de BiP atraviesan la membrana. Determinadas enzimas del RE catalizan un y otras chaperonas, quedando listas para ir al Golgi. proceso que consiste en unir covalentemente un anclaje Modificaciones postraduccionales de las proteínas del RER glucosilfosfatidilinositol (GFI/GPI) al extremo C de algunas proteínas destinadas a la membrana plasmática. Esta unión se forma en el lumen del RE. Estas proteínas quedan unidas al exterior de la membrana plasmática solamente mediante su anclaje GPI. Estos anclajes también son usados para llevar a las proteínas a las balsas lipídicas. 1. Estos anclajes de GPI se unen a la membrana del RE justo después de que la síntesis de la proteína, en el residuo carboxilo terminal, de algunas proteínas, por una secuencia C- terminal hidrofóbica. 2. Mientras que el resto de la proteína se encuentra en el lumen del RE, una enzima del RE, corta la secuencia C- terminal de la proteína y la intercambia por el ancla GPI. Debido a este anclaje lipídico covalente GPI, la proteína será llevada (vía secretora) y quedará unida a la superficie celular como Muchas proteinas en levaduras, así como algunas proteinas en las componente de la membrana. células de los mamíferos, son llevadas al RE después de haber sido traducidas (translocación postraduccional). Estas proteínas son Destino de las proteínas sintetizadas en el RER sintetizadas en ribosomas citosólicos libres, su posterior a) Proteínas solubles: irán al lumen o a los orgánulos, o irán incorporación al RE NO necesita de PRS. a la vía secretora. En su lugar, las secuencias señal de la proteína a modificar son b) Proteínas transmembrana: RE, membrana plasmática o reconocidas por unas proteínas receptoras distintas (complejo membrana de los orgánulos. Sec62/63), asocidas al translocón en la membrana del RE. Se requieren las chaperonas citosólicas Hsp 70/BiP para permitir que 4 Paula Ferrández la cadena polipeptídica atraviese el canal hasta el interior del RE. Las chaperonas del lumen del RE suelen actuar como sensores de Esta proteína actúa “tirando del polipéptidoa través del canal hacia proteínas “chungas”. El proceso de control de calidad es complejo, dentro” en una vía conocida encontramos: las chaperonas, calnexina y calreticulina. o OJO: la translocación cotraduccional está dirigida directamente por el procedimiento de la síntesis Calnexina unida a membrana del RE. proteíca. Calreticulina soluble situada en el citoplasma. Ambas reconocen N-oligosacáridos (residuos de azúcar) Sulfonación y fosforilación de glicoproteínas recién traducidas con 1 sola glucosa en posición terminal con un plegamiento incompleto. Formacion de puentes disulfuro entre las cadenas laterales de los Las retienen en el RE facilitando su plegamiento correcto. residuos de cisteina es muy importante para el plegamiento y Las mal plegadas son dianas de degradación de la vía ensamblaje proteico en el RE. Esta reaccion esta favorecida por la ubiquitina- proteosoma. enzima disulfuro isomerasa, localizada en la luz del RE. Los puentes formados en el RE influyen en la estructura de las proteinas ¿Cómo las identifican? secretadas y de la superficie celular. A. Proteína perfecta: escisión del residuo terminal de Hidroxilación glucosa del oligosacárido (glucosidasas) induce la separación de la glicoproteína de la chaperona → También se formará hidroxiprolina e hidroxilisina. Modificación proteína sale del RE. realizada por hidroxilasas presentes en el RE. Ocurre solamente en B. Plegamiento está mal: el sensor de plegamiento de algunas proteínas, sobre todo en aquellas que formarán parte de la proteínas hace que una glucosil transferasa añada de matriz extracelular. nuevo el residuo de glucosa a aquellos oligosacáridos que han perdido su última glucosa, pero que forman parte de Glicosilación una proteína mal plegada. Con esto la mandamos de Las proteínas también son glicosiladas (glicoproteínas) en residuos nuevo a la chaperona, que vuelve a intentar plegarla bien. específicos de asparragina (N-glicosilación), en el RE, mientras se Repetirá ciclos continuos eliminación y adición de está traduciendo. Se añaden unidades de 14 residuos de azúcares glucosas hasta que está lista. (oligosacáridos) a esos residuos de Asp de las cadenas polipeptídicas en crecimiento, mientras son translocadas al RE. 3.REL Composición Proceso: Este retículo no tiene ribosomas. Tiene mayor cantidad de 1. El oligosacárido se sintetiza en un transportador lipídico colesterol y ceramida que el RER, aunque tienen las mismas (dolicol) anclado en la membrana del RE. dimensiones. Posee proteínas específicas (enzimas de la síntesis de 2. Después, ese oligosacárido se transfiere como una unidad a los residuos de asparragina aceptores en la fosfolípidos y esteroides). secuencia consenso Asn-X-Ser/Thr mediante una enzima Es abundante en las celulas que son particularmente activas en el unida a la membrana, llamada oligosacaril transferasa. metabolismo lipídico, como en: testículos, ovario, hígado, riñón… 3. 3 residuos de glucosa y 1 de manosa son eliminados mediante las enzimas glucosidasa y manosidasa. Esto nos Funciones indica que se ha plegado bien, de forma que ya puede ir al Golgi (la proteína se modifica más aún) Es el principal encargado de la síntesis, en las células eucariotas, de: lípidos de la membrana (glicerofosfolípidos, colesterol y ceramida) Función así como de hormonas esteroideas: Esencial en el plegamiento de las proteínas del RE. (colesterol (mitocondrial) → pregnenolona (REL) → progesterona Determinante en el destino de las proteínas hacia su → testosterona o estrona) compartimento celular. Sitio de reconocimiento en las interacciones célula- Las crean en la cara citoplasmática de la membrana del RE y célula. posteriormente serán llevados mediante proteínas transportadoras o en vesículas a sus destinos finales. Este proceso es muy común en las proteínas del RE que tienen destino: su secreción o la superficie celular (glucocálix). También se encarga de la detoxificación (celulas renales o hepáticas), determinadas sustancias tóxicas (ejm. Herbicidas) Papel de la calnexina y calreticulina pueden llegar a causar una hiperplasia del REL haciendo que, por su propia actividad, las oxigenasas inicien su degradación. Muchas proteínas sintetizadas en el RE son degradadas con rapidez, generalmente porque se pliegan mal. Otras se quedan en el RE También ayuda a regular los niveles de calcio (importante hasta que se pliegan adecuadamente. Por tanto, otro papel mensajero intracelular, necesario para la secreción, proliferación y importante del RE es identificar aquellas que estén “pochas”, contracción muscular) marcarlas y mandarlas a la vía de degradación. 5 Paula Ferrández 4.TRANSPORTE RE →GOLGI Cuando se tienen que formar una vesícula recubierta de COP II, una proteína Sar1-Gef específica unida a la membrana del RE se une al Formación de vesículas de transporte Sar1 citosólico → Sar1 se suelta de GDP y se une a GTP (elevada cantidad en citosol, por ello cuando se suelte del otro por narices se tendrá que unir a este) → activación de la proteína e inicio de la vesiculación. El reclutamiento de las GTPasas de cubierta también tiene una parte de desensablamiento de la cubierta (GAP). La hidrólisis de GTP a GDP inactivan las proteínas y desensamblaje de la misma. Vesículas de transporte COP II Tipos La mayoria de las vesículas de trasporte presentan una malla proteica que recubre su cara citosólica, la pierden antes de que las vesículas se fusionen con la membrana aceptora → así las 2 caras citosólicas de las membranas entran en contacto y se fusionan. Tenemos 3 tipos de vesículas bien definidos, que se diferencian en la etapa de transporte en la que participan así como por sus proteínas de cubierta: Estas vesículas se encargan del transporte del RE al intermedio RE- Golgi o al Golgi, para la producción de proteínas de membranas o solubles. El RE, tiene regiones especializadas, como, por ejemplo, a) Recubiertas de clatrina: transporte desde el complejo los lugares de salida del RE, ahí se iniciará la formación de las Golgi y desde la membrana plasmática. vesículas COP II. b) Recubiertas de COP I: geman desde el RE al Golgi. c) Recubiertas de COP II: geman desde el Golgi al RE. La proteína Sar1 es una GTPasa de reclutamiento de cubierta, que encontramos inactiva en el citosol. Sar1-GDP se une a un Sar1- Regulación de la formación de vesículas cubiertas GEF (también conocida como Sec12) en la membrana del RE, que la activa, provocando la liberación del GDP y que se una a GTP → Muchas de las etapas de transporte vesicular dependen de unas iniciando así la curvatura de la membrana. proteínas de unión a GTP (activo/ GDP inactivo), controlan los aspectos espaciales como temporales del intercambio de Sar1 unido a GTP se une a un complejo formado por 2 proteínas de membranas. 2 clases de proteínas regulan el paso de un estado a cubierta COP II, conocidas como Sec23/24. La estructura formada otro: por las 2 proteínas Sec + Sar1 nos permite predecir el modo en que la hélice de Sar1 ancla el complejo en la membrana. Toda la 1. Factores intercambiadores de nucleótidos de guanina superficie del complejo que se une a la membrana queda un poco (GEF): activan proteínas mediante el cambio de GDP → curvada, así dará lugar el inicio de la vesiculación GTP. 2. Proteínas activadoras de la actividad GTPasa: inactivan Sec24 tiene sitios diferentes de unión para los receptores de carga proteínas hidrolizando el GTP → GDP. Un complejo de 2 proteínas COP II adicionales, llamadas Sec13/31, Las GTPasas de reclutamiento de la cubierta las encontramos pueden polimerizar y formar mallas regulares con el tamaño generalmente en elevadas concentraciones en el citosol en un adecuado para rodear une vesícula recubierta de COP II, formando estado inactivo (unidas a GDP). Incluyen a: así la capa exterior de la cubierta. A. Las proteínas Arf: ensamblaje de las cubiertas COP I como Una vez formada la vesícula, se libera la cubierta y se produce la de clatrina en las membranas del Golgi. fusión con membrana diana. B. La proteína Sar1: ensamblaje de las cubiertas COP II en el RE. 6 Paula Ferrández Se cree que otras vesículas recubiertas se crean de forma muy membrana diana presenta receptores complementarios que similar, como por ejemplo la GTPasa de reclutamiento de cubierta reconocen a estos marcadores. Arf, sólo que en esta su hélice esta unido un ácido graso (inactiva está unida a GDP y activa, unida a GTP expondrá esa hélice) Papel de las proteínas Rab y SNARE El proceso de reconocimiento está controlado por 2 tipos de proteínas: 1. Proteínas Rab: dirigen la vesícula a puntos específicos sobre la membrana adecuada. 2. Proteínas SNARE: participan en la fusión de las bicapas lipídicas. 1.Rab guían el direccionamiento de las vesículas Las proteínas Rab desempeñan un papel crucial en el transporte vesicular, se sitúan entre la membrana diana y el citosol. Nos permiten identificar (son marcadores) cada uno de los tipos de membrana y pueden funcionar sobre las vesículas de transporte, las membrana diana o ambas. Las moléculas para transportar son: proteínas de membrana y Las encontramos en: proteínas solubles, ambas son concentradas en vesículas de transporte a medida que salen del RE. ❖ Unidas a GDP son inactivas y se encuentran unidas a otra proteína que las mantiene solubles en el citosol. Las proteínas de membrana son empaquetadas en vesículas de ❖ Unidas a GTP son activas y se encuentran muy unidas a la transporte en formación, mediante interacciones entre las señales membrana de un orgánulo o la de una vesícula a de salida que están en sus superficies con los receptores de la transportar. cubierta COPII. En cambio, si las proteínas están mal plegadas se quedarán unidas a las chaperonas, siendo retenidas en el lumen del Las proteínas Rab-GEF, activan a las proteínas Rab en las vesículas RE. de transporte y en la membrana diana. Una vez que Rab está unida a GTP (activada), se une a unas proteínas llamadas efectores Rab Vesículas de transporte COP I (situados en la membrana diana). Éstas facilitan el transporte vesicular (impulsan la vesícula hacia su diana apropiada), el reconocimiento de membrana y la fusión (actúan como “hilo de pesca” estableciendo el primer contacto entre 2 membranas que están muy cerca). 2. SNARE participan en el proceso de fusión Fueron identificadas por primera vez en el laboratorio de James Rothman. Las proteínas SNARE catalizan las reacciones de fusión Aquellas proteínas residentes en el RE que escapan son devueltas de membrana en el transporte vesicular, además ayudan a que a él mediante un proceso de reciclaje: Golgi → RE (transporte solamente se fusionen las vesículas dirigidas correctamente. retrógrado vesicular) Conocemos al menos 35 SNARE distintos según el orgánulo. Las proteínas de membrana residentes en el RE tienen unas señales La fusión queda mediada por pares específicos de proteínas que las unen directamente a las cubiertas de COP I para poder tener transmembrana que actúan como pareja: una entrega retrógrada al RE. La señal de recuperación mejor caracterizada se encuentra en el extremo C- terminal de la proteína V- SNARE: localizada en la membrana de las vesículas. de membrana del RE, se denomina: Secuencia KKXX. Formada por 1 cadena polipeptídica. T- SNARE: localizada en las membranas diana. Formada Las proteínas solubles residentes en el RE también tienen una por 2 o más cadenas polipeptídicas. secuencia de recuperación corta en su extremo C- terminal, ésta se llama: Secuencia KDEL. Mediante esas secuencias en caso de que Este apareamiento hace que los dominios helicoidales de las SNARE se escapen las transporta en vesículas recubiertas de COP I de interaccionen entre ellos, formando un haz estable de hélices. El vuelta al RE. complejo trans- SNARE resultante proporciona la energía necesaria para acercar ambas bicapas (vesícula y membrana diana), Para asegurar el flujo ordenado de tráfico vesicular, es esencial que desestabilizarlas y fusionarlas. las vesículas sean muy selectivas en el reconocimiento de la membrana diana con la que se fusionarán. Esta especificidad está Siguiendo a la fusión de las membranas, actúan 2 proteínas asegurada porque todas tienen marcadores específicos de adicionales reclutadas por las proteínas SNARE: NSF y SNAP, superficie, que la identifican con su origen y con su carga, ya que la (catalizan los procesos de desensamblaje y disociación del complejo 7 Paula Ferrández SNARE) permitiendo que sean reutilizadas en los siguientes ciclos Cada dictiosoma tiene 2 caras claramente diferenciadas y de transporte vesicular, mediante hidrólisis de ATP. subcompartimentos: Agregados túbulo-vesiculares →INTERMEDIO RE-GOLGI a) Cara CIS: de formación o, de entrada. Orientación al núcleo. Cuando las estructuras formadas por vesículas derivadas del RE se b) Cara TRANS: de maduración o, de salida. Orientación a fusionan unas con otras se llaman: agregados túbulo- vesiculares. la membrana. Ambas caras están estrechamente asociadas a unos compartimentos especiales, formados por una red de estructuras tubulares y cisternas: Red CIS/ CGN: Proteínas y lípidos que vienen del RE, entran por esta red. Las proteínas que entran aquí pueden seguir a través del Golgi o volver al RE. OJO: respecto a su composición lípido proteica es bastante semejante a la del RE. A) Electromiografía de una sección de agregados túbulo vesiculares. Apilamiento del Golgi: se divide en los subcompartimentos medial y trans. B) Los agregados túbulo vesiculares tienen una vida media corta ya que se mueven con bastante rapidez a lo largo de los microtúbulos Red TRANS/ TGN: por aquí salen los lípidos y proteínas transportando proteínas desde el RE al Golgi. modificados y procesados en vesículas de transporte. Las proteínas que salen de aquí se mueven hacia delante 1. Se forman las vesículas, poco después se produce el y son clasificadas hacia su siguiente destino o bien son desprendimiento de su cubierta. devueltas al compartimento anterior. 2. Fusión vesículas entre sí agregados túbulos-vesiculares OJO: Respecto a su composición lípido proteica se 3. Formación de un nuevo compartimento separado del RE, asemeja más a la membrana plasmática se forma constantemente y actúa como un contenedor que lleva material desde el RE al complejo de Golgi Composición de la membrana del Golgi (Intermedio RE-Golgi). La proporción de lípidos y proteínas son de 35% y 65% TEMA 12: EL COMPLEJO DE GOLGI. respectivamente, intermedia entre la del RE y la membrana plasmática. Fue definido como aparato reticular interno de Golgi por el científico Camilo Golgi (1898). Posteriormente, en el año 1950, Encontramos cierta asimetría en la distribución de los fosfolípidos Sjöstrand, Dalton y Felix lo definieron como un orgánulo en las hemimembranas, junto con esfingomielina y colesterol. membranoso. Hemimembrana E: predomina fosfatidilcolina (PC) y la Funciona como una fábrica en la que las proteínas recibidas del RE esfingomielina. son procesadas y distribuidas para ir a sus destinos finales: Hemimembrana P: predominan fosfatidilserina (PS) y membrana plasmática, lisosomas o secreción. Los glucolípidos y la fosfatidiletanolamina (PE). esfingomielina también son sintetizados aquí. Las proteínas de membrana son integrales. Encontramos enzimas 1.ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN específicas: Formado por una serie de compartimentos aplanados, apilados y Glucosiltransferasas (glucosilan proteínas). rodeados por membrana llamados cisternas/sáculos. Entre 4 o 6 Sulfotransferasas (transfieren sulfato a las proteínas cisternas del Golgi forman un dictiosoma, separados entre sí unos glucosiladas). 20-30 nm. 1 Golgi está compuesto por 60-80 dictiosomas = 4-6 sáculos. 2.FUNCIONES Las proteínas recibidas del RE, se fusionan para formar el compartimento intermedio RE-Golgi (CIREG) y atraviesan el Golgi dirección cis-trans. 8 Paula Ferrández Son procesadas y transportadas hacia sus destinos finales: Glucosidasas: eliminación de residuos de azúcar. (Ejm: membrana plasmática, ser secretadas, o hacia los lisosomas. Por manosidasas: eliminación de manosas) otra parte, las vesículas de transporte se ocupan de devolver las proteínas residentes del Golgi a los compartimentos iniciales para 4.COMPARTIMENTACIÓN FUNCIONAL DEL GOLGI que puedan volver a ser usadas. Se trata del principal orgánulo encargado de: En la fotografía vemos cada una de las etapas de procesamiento. Las enzimas de procesamiento no están restringidas a una única o Síntesis de carbohidratos de la célula. cisterna, si no que su distribución es gradual: las que actúen al o Síntesis glicolípidos. principio estarán situadas mayormente en la cara CIS y las que o Síntesis de esfingomielina. actúen al final, en la cara TRANS. 3.PROCESAMIENTO DE OLIGOSACÁRIDOS 5.TRANSPORTE ENTRE CISTERNAS Glicosilación de proteínas en el Golgi A. Modelo de transporte vesicular: vemos las cisternas del Golgi como estructuras estáticas. Consideramos que las El procesamiento de las proteínas en el Golgi supone la enzimas están colocadas en posiciones concretas modificación y síntesis de los restos de carbohidratos de las (residentes). Mientras que las moléculas en tránsito se glicoproteínas. Un aspecto importante, es la modificación de las desplazan mediante vesículas de transporte que se proteínas glicosiladas del RE. forman en una cisterna y se fusionan con la siguiente. Usaremos un flujo retrógrado para recuperar aquellas Los N- oligosacáridos son procesados en los dictosomas del Golgi moléculas que se nos hayan escapado del RE o del Golgi mediante una secuencia de reacciones. En la mayoría de los casos, + flujo anterógrado para llevar las vesículas a sus destinos la primera modificación que se realiza a las proteínas cuyo destino finales. es la membrana plasmática o ser secretadas es: B. Modelo de maduración de cisternas: aquí consideramos al Golgi como una estructura dinámica en la que las 1. Eliminación de 4 residuos de manosa (Man). 1 en el RE 3 cisternas se desplazan. Según este modelo la cara CIS se en el Golgi. forma por agrupaciones túbulo vesiculares que vienen 2. Adición de 1 N-acetilglucosamina, eliminación de 2 del RE, además afirma que en la cara CIS del dictiosoma manosas más. se están formando continuamente nuevas cisternas, cada 3. Adición de una fucosa y otras 2 N-acetilglucosaminas una de ellas irá madurando progresivamente a medida (GlcNAc). que migre a través del dictiosoma. Mediante este modelo 4. Añadimos 3 galactosas (Gal) y 3 residuos de ácido podemos entender la distribución de las enzimas del siálico/NANA (N-acetilneuramínico, único azúcar en las Golgi, la última cisterna se descompone en vesículas para glicoproteínas que presenta una carga -). ser repartidas. Las enzimas implicadas son proteínas transmembrana: Los modelos NO son mutuamente excluyentes, se cree que el transporte ocurre por una combinación de ambos mecanismos. Glucosiltransferasas: adición de residuos de azúcar. 9 Paula Ferrández 5.DISTRIBUCIÓN Y EXPORTACIÓN EN EL GOLGI Selección de mercancía, proteínas de la cubierta y gemación vesicular Las proteínas y lípidos que han sido formados en el Golgi irán a ≠ Destinos. Sin embargo, aquellas que realicen su función en ese orgánulo, deberán ser retenidas en él. El proceso de distribución es mediante vesículas de transporte, una Aquellas vesículas de transporte que llevan proteínas secretoras vez lleguen a la red TRANS saldrán de ellas mediante procesos de desde el RE → otros compartimentos, están recubiertas con gemación vertiendo su contenido a una localización específica. proteínas de la cubierta citosólica (vesículas cubiertas). Proceso: Encontramos destinos diversos: 1. Unión del ligando a su receptor y ensamblaje de la vesícula a la cubierta (COP I, COP II…), ayudado por Membrana plasmática: aquí llegan vesículas grandes GTPasas de Reclutamiento. para renovación de la membrana o glucocálix. Puede ser 2. Las cubiertas se ensamblan conforme las vesículas que de forma directa o mediante endosomas de reciclaje. contienen las proteínas secretoras se separan de la Lisosomas: siguiendo la vía endosoma, son vesículas membrana donante. pequeñas que contienen enzimas lisosómicas. 3. Eliminan de las proteínas de cubierta (clatrina, COP I, COP Superficie celular: siguiendo la vía constitutiva o vía de II) dejando a la vesícula desnuda antes de que alcance su secreción regulada. Saldrán mediante procesos de diana. exocitosis. 4. Fusión de la vesícula con la membrana diana mediante las proteínas SNARE (fusión) Y Rab (anclaje). 6.DISTRIBUCIÓN Y EXPORTACIÓN DESDE EL GOLGI 5. Liberación del contenido de la vesícula con inserción de las proteínas de membrana. Proteínas funcionales o residentes del Golgi Papel de las vesículas en el Golgi Todas las proteínas que encontramos residiendo en el Golgi, están asociadas con su membrana vs las que encontrábamos en el RE que sí que eran solubles. Las señales de retención que nos indican que las mantengamos dentro del Golgi en vez de empaquetarlas en vesículas, las encontramos en sus dominios transmembrana. En caso de pérdida, tenemos secuencias de recuperación (KKXX- Lys-Lys-X-X) en sus colas citoplasmáticas que nos permiten devolverlas al Golgi. Polaridad celular En el transporte de las proteínas a la membrana plasmática nos encontramos la complicación de que muchas células epiteliales se encuentran polarizadas en los tejidos. Dejando entonces la membrana plasmática dividida en 2 regiones distintas: Las vesículas que intervienen en el proceso anterior son: Dominio apical. ❖ COP I: mercancía desde red CIS-Golgi al RE. Dominio basolateral ❖ COP II: mercancía desde RE al red CIS-Golgi. ❖ Clatrina: transporte bidireccional entre la red TRANS del En el Golgi encontramos un transporte selectivo a los diferentes Golgi, los endosomas, lisosomas y la membrana dominios, unas vesículas contendrán un tipo concreto de proteínas plasmática. del dominio apical y otras para el basolateral. Ejemplo: vesículas cargadas de enzimas lisosómicas. 10 Paula Ferrández 7.PROCESAMIENTO DE ENZIMAS LISOSOMALES Proceso 1. El complejo ARF/GTP se une a proteínas de membrana del Golgi. Un factor de intercambio de nucleótidos de guanina (ARF-GEF) estimula el paso de ARF/GDP → ARF/GTP. 2. ARF/GTP recluta una proteína adaptadora GGA a la membrana. 3. GGA recluta el receptor transmembrana manosa 6P, que mantiene unida la hidrolasa en la luz, mediante la interacción con la cola citoplasmática del receptor. Las hidrolasas lisosómicas presentan un solo marcador en forma de 4. GGA recluta una 2ª grupos manosa 6P (bola roja*) añadidos exclusivamente a los N- proteína adaptadora, AP1, que oligosacáridos de estas enzimas lisosómicas. Lo más probable es funciona como un sitio de unión que se pongan mientras están en el lumen de la red CIS del Golgi. para el ensamblaje de la cubierta Posteriormente serán separadas del resto de las proteínas por unas de clatrina. proteínas receptoras de MP6 (ganchito verde*) presentes en la membrana de la red TRANS del Golgi reconocen esos grupos MP6. En el proceso de ensamblaje de las vesículas de clatrina empaquetaremos pues: o Las proteínas receptoras se unen a las hidrolasas 8.MECANISMOS DE SECRECIÓN lisosómicas (lado luminal de la membrana) + proteínas Secreción constitutiva o vía por defecto adaptadoras (lado citosólico). Presente en la totalidad de las células. Supone el transporte Sin embargo, no todas las hidrolasas llegan al lisosoma, algunas de directo desde la red TRANS del Golgi hacia la membrana ellas consiguen escapar de ser empaquetadas en la red TRANS del plasmática, dado que esta ruta NO necesita ninguna señal Golgi y son transportadas, “por defecto” a la superficie celular, ahí particular también se la conoce como vía defecto. La fusión de serán secretadas al fluido extracelular. membranas NO está regulada El receptor libera su oligosacárido a un pH 6 (pH del interior de los Muchas proteínas solubles son secretadas continuamente por la endosomas tardíos). Así, a medida que disminuye el ph a lo largo célula a través de esta vía, también incorpora a la membrana de la maduración del endosoma, las hidrolasas lisosómicas se plasmática proteínas y lípidos recién sintetizados separan del receptor de M6P (introducidos en vesículas y devueltos para su reutilización) e inician la hidrólisis del material capturado. Secreción regulada Una fosfatasa ácida elimina el grupo fosfato de la manosa Disponible en las células especializadas en la secreción. Mediante contribuyendo a la liberación de las hidrolasas ácidas del receptor esta vía determinadas proteínas de la red TRANS del Golgi son de MGP y evitando que éstas vuelvan al Golgi. introducidas en vesículas secretoras mediante receptores que reconocen regiones señal/ consenso específicas de las proteínas La formación de las cubiertas de clatrina requiere: que siguen esta vía. ❖ Clatrina. Una determinada señal extracelular (hormonas, ❖ Proteína de unión a GTP (ARF1). neurotransmisores o enzimas) estimulará su secreción haciendo ❖ Al menos, 2 tipos de proteínas adaptadoras. que esas vesículas se fusionen con la membrana plasmática 11 Paula Ferrández  interior del lisosoma, manteniendo así el lumen a un pH ácido. Hay TEMA 13: LISOSOMAS unas 100 veces más cantidad de protones dentro que fuera. 1.INTRODUCCIÓN 3.ENDOCITOSIS Y FORMACIÓN DEL LISOSOMA Los lisosomas son orgánulos rodeados de membrana que contienen una serie de enzimas capaces de degradar todas las clases de Maduración endosoma temprano → Endosoma tardío → polímeros biológicos (proteínas, ácidos nucleicos (ADN, ARN) HC y Lisosoma lípidos). Funciones Degradación del material captado del exterior de la célula (detritos celulares, microorganismos previamente fagocitados…). Digestión de los componentes intracelulares (desechos celulares y orgánulos obsoletos). Nutrición de la célula en caso de emergencia (degradar el citosol para obtener metabolitos) Morfología En su forma más sencilla se pueden ver como vacuolas esféricas densas, pero puede haber gran diversidad respecto al tamaño, forma y electrodensidad, en función de los diferentes materiales que hayan captado. 2.HIDROLASAS ÁCIDAS La formación de los endosomas supone una mezcla de las vías secretora (vesículas de transporte con hidrolasas ácidas procedentes de la red TRANS del Golgi) y la vía endocítica (endocitosis de la membrana plasmática). El material del exterior de la célula es ingerido en vesículas endocíticas recubiertas de clatrina; seguidamente se fusionan con endosomas primarios (en periferia celular, pH 6,5), éstos irán madurando a endosomas tardíos. Los receptores de membrana serán reciclados mediante endosomas de reciclaje. Contienen alrededor de unos 50 tipos de enzimas hidrolíticas, entre ellas encontramos: proteasas, nucleasas, glucosidasas, Un cambio importante en la maduración es el descenso del pH sulfatasas…etc. Todas ellas son hidrolasas ácidas. interno hasta unos 5,5-6 gracias al aporte de hidrolasas ácidas que venían empaquetadas desde la red TRANS del Golgi. Para ser capaces de trabajar en unas condiciones óptimas necesitan ser activadas mediante un corte proteolítico y un medio ácido (pH Cuando dichas vesículas se desprenden de su cubierta de clatrina, dentro del lisosoma está alrededor de los 4,5-5,0). Por esta razón, se fusionan con los endosomas tardíos (precursores de lisosomas). podemos decir que el citosol está protegido de su propio sistema Cuando éstos contienen un complemento completo de hidrolasas digestivo, pues tenemos la membrana del lisosoma y en caso de ácidas, maduran hasta ser lisosomas (pH 5) o bien se fusionan con que haya alguna fuga tenemos el pH del citosol (neutro apróx. 7,2) unos lisosomas preexistentes formando endolisosomas. Los transportadores de la membrana del lisosoma (glucoproteínas o Cuando ya ha sido digerida la mayor parte del material A y B + lisosómicas) transportan los productos finales de la digestión endocitado dentro del endolisosoma sólo encontraremos como: aa, azúcares, nucleótidos; al citosol, ahí podrán ser dentro de ellos materiales de digestión más lenta o reutilizados o excretados. indigeribles: lisosoma clásico. Son densos, redondos y pequeños. Pueden volver a entrar en el ciclo Una ATPasa de H+ situada en la membrana del lisosoma usa la o NO hay diferencia real entre lisosoma y endosoma tardío. energía aportada por la hidrólisis del ATP para bombear H+ al 12 Paula Ferrández Cuerpos de inclusión o residuales naturaleza lipídica (tóxicos), después volverá a su conformación original. Restos derivados de esta actividad enzimática heterogénea que no se pueden degradar más, suelen presentar coloración pardusca y suelen contener lípidos (gránulos de lipofuquina) que solamente pueden ser degradados de forma incompleta. 3.FAGOCITOSIS Además de degradar las moléculas englobadas por fagocitosis, los lisosomas digieren el material que viene de otras 2 rutas: Proceso fagocitosis y autofagia. Dividido en 4 etapas: Células especializadas como los MAC o neutrófilos, ingieren y degradan partículas grandes: incluyendo bacterias, detritos 1. Nucleación en citoplasma y formación de una membrana celulares y células “viejas”. en forma de U, delimitando así una porción del citosol. 2. Cierre del autofagosoma por fusión de membrana → Estas partículas de gran tamaño son metidas en vacuolas fagocíticas compartimento delimitado y cerrado por una doble (fagosomas), posteriormente se fusionarán con lisosomas membrana. haciendo que se digiera su contenido. Los lisosomas formados de 3. Fusión con un lisosoma que lleva hidrolasas ácidas = esta manera reciben el nombre de fagolisosomas, pueden adoptar autofagolisosoma. distintos tamaños y formas ya que éstos dependerán de aquello 4. Digestión de la membrana interna del autofagolisosoma que “se hayan comido”. y del contenido. 4.AUTOFAGIA TEMA 14: MITOCONDRIAS Los lisosomas también son responsables de la autofagia, el 1.ESTRUCTURA Y FUNCIÓN recambio gradual de los distintos componentes de la célula. Es una función presente en todas las celulas, es crítica en determinados Están rodeadas por un sistema de doble membrana y separadas momentos del desarrollo embrionario, nos ayuda a luchar contra entre ellas por un espacio intermembrana/lumen: infecciones y además, tiene un papel clave en la muerte celular programada. Una membrana mitocondrial externa Una membrana mitocondrial interna que forma numerosos pliegues/crestas, que se extienden hacia el interior (matriz mitocondrial) del orgánulo, aumentando así su superficie celular. El número de crestas varía dependiendo del tipo celular. La matriz mitocondrial contiene el sistema genético, ribosomas, Los orgánulos obsoletos los capturamos ya que están marcados gránulos e inclusiones, así como las enzimas encargadas del selectivamente para degradarlos mediante esta vía. metabolismo oxidativo. El primer paso es la formación de una envoltura de doble Son responsables de producir la mayor parte de la energía útil para membrana citosólica alrededor de una pequeña porción la célula gracias a la degradación de los HC y á. grasos → citoplasmática o un orgánulo interno (autofagosoma). Después, la fosforilación oxidativa →ATP. vesícula formada se fusiona con un lisosoma (fagolisosoma), pasando a ser una estructura de membrana simple y digiere sus 2.COMPOSICIÓN DE LAS MEMBRANAS contenidos. Existen diferencias notables en la composición de la membrana En condiciones de ayuno prolongado, grandes porciones de citosol externa e interna. son capturadas de manera NO selectiva en autofagolisosomas. Los A. Membrana mitocondrial externa (MME): metabolitos que obtengamos nos servirán para la supervivencia Similar a un tamiz, da rigidez pues es más compacta, es celular cuando nuestra disponibilidad de nutrientes externos sea permeable a muchas moléculas, incluidas proteínas pequeñas muy muy limitada. (podrán llegar al espacio intermembrana, después quizás no El proceso está muy regulado, por ejemplo: el REL prolifera en una atraviesen la MMI, por tanto, que el citosol será muy similar célula hepática como respuesta DETOX frente a compuestos de 13 Paula Ferrández  en composición a este espacio, pero la matriz será “muy c) Una variante del código genético universal usado por quisquillosa” con lo que deje entrar.) eucariotas y procariotas: código genético está alterado 40 % lípidos: colesterol, PC, PE, PI y ESCASA cardiolipina. puesto que 4 de los 64 codones tienen significados Responsable de la Impermeabilidad a iones de la distintos de los que tienen en otros genomas. membrana interna, sobre todo en el músculo cardiaco. Esto es esencial para mantener el gradiente de protones de la fosforilación oxidativa. 60 % proteínas: - Complejos de inserción de proteínas translocasas sintetizadas en el citosol. - Proteínas de la familia Bcl-2 que regulan la apoptosis. - Oxidasas. MUCHAS moléculas de porina, proteína transportadora Ribosomas que forma anchos canales acuosos a través de la bicapa lipídica. Permite el paso a pequeñas moléculas polares Los ribosomas mitocondriales son menores que los del citosol (55- como H2O e iones. 60 S). B. Membrana mitocondrial interna (MMI): Altamente especializada, lugar principal de síntesis de ATP, Constan de 2 subunidades: impermeable a la mayoría de los iones y moléculas pequeñas. o Subunidad mayor (35 S) contiene RNAr de 16 S y 4S. 20 % lípidos, NO colesterol, PG (fosfatidilglicerol) y o Subunidad menor (25 S) contiene un RNAr de 12 S. ABUNDANTE cardiolipina. 80 % proteínas: Rasgos comunes a los ribosomas bacterianos: - Componentes de la cadena transporte de electrones. Ejm. Enzimas como: ATP sintetasa. Los ribosomas MIT tienen una estructura muy similar a - Complejos de inserción de proteínas sintetizadas en el los ribosomas bacterianos, por ello son sensibles a ATB citosol o en la matriz. como el cloranfenicol, que Inhibie la traducción a proteínas. 3.MATRIZ MITOCONDRIAL El inicio de su síntesis proteica es mediante N-formil- metionina, igual que las bacterias. Genoma *OJO: los virus NO tienen ribosomas. RECUERDA: Los procariotas El genoma de las MIT fue el detonante que inició el pensamiento de bacterianos tienen una subunidad menor de 30S + subunidad que previamente fueran células procariotas. Constituido por mayor de 50S = 70S. moléculas circulares de ADN que varían en tamaño entre las diferentes especies. Función: síntesis de proteínas. Los genomas de las MIT humanas y de la mayoría de los animales Otros elementos de la matriz mitocondrial tienen unos 16kb, pero plantas y levaduras los tienen aún más grandes. 1. Enzimas del metabolismo oxidativo: - Enzimas oxidación piruvato. - Enzimas oxidación ácidos grasos. - Enzimas del El genoma MIT humano codifica: ciclo de Krebs o CAT. 2. Gránulos osmiófilos: constituidos por cationes ❖ 13 proteínas implicadas en el transporte de e- y divalentes, principalmente Ca2+ y son muy abundantes fosforilación oxidativa. Ejemplo: ATPsintetasa. en células transportadoras de iones y agua (túbulo ❖ ARN ribosómico 16S y 12S. contorneados renales). ❖ En mitocondrias, el ADN MIT solamente codifica unos 3. Inclusiones lipídicas: sólo en células específicas como, 21/22 ARNt, y estos son los únicos ARNt que se requieren por ejemplo: las c. de Leydig, relacionado con la síntesis para la traducción de los ARNm mitocondriales. de hormonas esteroideas. Características especiales de este genoma: 4. FUNCIÓN MITOCONDRIAL a) Empaquetamiento génico denso: casi todos los nucleótidos dan lugar a secuencias codificantes. Es libre de histonas. 90% es codificante. Tiene métodos de corrección de errores. b) Uso relajado del codón: el anticodón del ARNt puede reconocer cualquiera de los 4 nucleótidos en la tercera posición del codón de ARNm → 1 único ARNt reconozca 4 codones = implica una síntesis proteica con menos moléculas de ARNt (22). 14 Paula Ferrández Su actividad va ligada a la producción de ATP, aquellos tejidos con Translocadores de proteínas: mayor número de mitocondrias serán aquellos que necesiten mayor aporte energético: cerebro, corazón, espermatozoides… Complejos proteicos similares a “poros alineados” formados por varias subunidades que están insertados en las membranas y que ❖ Los e- de alta energía van a ser transferidos a la CTE, nos facilitan transportarlas de un compartimento a otro. desde donde gracias bombeo de H+ generamos un gradiente de protones que será aprovechado por la ATPsintetasa = síntesis de ATP ❖ Fosforilación oxidativa: fosforilación de ADP → ATP mediante la oxidación de compuestos. 5.INTERNALIZACIÓN DE PROTEÍNAS EN MITOCONDRIAS Origen de las proteínas mitocondriales El 5% de proteínas son sintetizadas por el genoma mitocondrial. 1) Complejo TOM (translocador de ME): importa proteínas El resto por los ribosomas citosólicos libres, como proteínas del citosol a través de la membrana externa al espacio precursoras mitocondriales que posteriormente serán translocadas intermembrana. Además, inserta proteínas a la mitocondria. transmembrana en la membrana externa. 2) 2 complejos TIM (translocador de MI): transfieren Tipos de proteínas transportadoras proteínas a través de la membrana interna TIM 23: es el más frecuente. Transporta Las proteínas que van a las MIT están marcadas por una secuencia algunas proteínas solubles hasta el espacio de señal. la matriz. Además, facilita la inserción de proteínas transmembrana en la membrana Son secuencias de unos 20 a 35 aa aproximadamente interna. (presecuencias), con forma de Alpha hélice, situada en el extremo TIM 22: media la inserción de una subclase de amino terminal (será eliminada por una peptidasa tras entrar al proteínas de la membrana interna, incluyendo orgánulo), otras tienen además otra secuencia señal interna que no el transportador de ADP, ATP y fosfato hacia es eliminada. dentro y fuera de la mitocondria. Presenta características anfipáticas, cuando la secuencia señal se pliega, los residuos cargados (+, rojo) se agrupan en una cara, mientras que los hidrofóbicos no polares (amarillos) en la cara opuesta. Estas secuencias son necesarias y suficientes para hacer que la correcta importación y localización de estas proteínas. Serán reconocidas por proteínas receptoras de la membrana mitocondrial, entonces serán conducidas a las proteínas translocadoras que facilitarán su internalización al compartimento adecuado. La importación de las proteínas requiere “E” aportada por la hidrólisis del ATP en 2 lugares distintos: uno en el exterior de la MIT (soltarse de Hsp70 citosólica = gasto ATP) y el otro en la matriz Transportaremos diferentes tipos: (soltarse Hsp MIT). Además, se requiere otra fuente: potencial de membrana durante el transporte de e- a través de la membrana a) Proteínas requeridas para la replicación, transcripción y MIT interna. traducción al ADN. b) Enzimas del metabolismo mitocondrial. Enzimas CAT. Para ser trasladadas a través de la membrana, deben estar al c) Proteínas para la fosforilación oxidativa. menos, parcialmente desplegadas. Las proteínas en síntesis tienden a plegarse (una proteína globular no entraría), por tanto, necesitaremos chaperonas: la familia Hsp70 actúan en el lado citoplasmático. 15 Paula Ferrández Proceso Pueden originarse por fusión (juntarse entre varias, formando redes MIT) y por fisión mitocondrial (MIT se extiende). Estos Las proteínas llegan van al complejo TOM en la MMIT externa procesos implican tanto a la membrana externa como a la interna. guiadas por la secuencia señal. Durante estos procesos, las MIT mantienen el compartimento de la Esta presecuencia se une en primer lugar a TOM20 presente en la matriz como el del espacio intermembrana. Se cree que en ambas superficie de la mitocondria, a continuación, la cadena membranas intervienen diferentes mecanismos de fusión. Desde polipeptídica se transfiere a TOM5. Desde ahí, se inserta y pasa a un punto de vista conceptual, el proceso de fisión se parece al de la través del poro de internalización formado por TOM40 al espacio división de una bacteria (procariotas). intermembrana. El número de MIT varía dependiendo de los tipos celulares y dentro Posteriormente TOM se mueve y se posiciona encima del 2º de un mismo tipo en función de las condiciones fisiológicas de la translocador: TIM, de forma que los canales coincidan. La célula presecuencia se une a ese TIM23 y pasa a través del canal de internalización que forma en la membrana interna, finalmente se Se trata de estructuras plásticas que cambian constantemente de asocia a TIM44 y usando unas chaperonas Hsp70 mitocondriales forma. que “tiran de ella” hacia dentro (ayudan a plegarla de forma correcta), se introduce en la matriz mitocondrial. Pueden formar cadenas móviles y aparecer asociadas a microtúbulos, determinando éstos la orientacion y Al acabar, actúa una peptidasa procesadora de la matriz (MMP) distribucion típica de las MIT en los diferentes tipos que elimina la secuencia señal y usando ATP se sueltan de Hsp celulares. mitocondriales. Tambien pueden formar filamentos y mantener la posicion fija en la que pueden proporcionar ATP de forma Proceso proteína integral transmembrana directa, en lugares de consumo superior al hanitual. 7.TEORÍA ENDOSIMBIÓTICA Teoría que sugiere que las mitocondrias y los cloroplastos evolucionaron a partir de bacterias que fueron endocitadas hace más de mil millones de años. El proceso de endocitosis que condujo al desarrollo de las MIT se produjo cuando el oxígeno apareció en la atmósfera en grandes cantidades. ❖ Propio sistema genético independiente del genoma celular. ❖ Tamaño similar a bacterias. ❖ Ribosomas más relacionados con los de los procariotas. En caso de que la proteína sea integral llevará una secuencia de ❖ Se reproducen como algunas bacterias. detención de la transferencia que permita su inserción lateral en la membrana interna. TEMA 15: PEROXISOMAS Cuando en TIM23 se detecta que la proteína tiene regiones Alpha 1.ESTRUCTURA hélice hidrófobas va directa a la MMIT interna (zona muy hidrófoba porque ahí están las colas apolares de los lípidos). En vez de Las 1ª enzimas identificadas fueron las Peroxidasas. interaccionar con TOM5 interacciona con TOM70, después se introduce por el canal de TOM40 y se une a unas proteínas llamadas Son partículas esféricas, rodeadas de una única membrana de unos “tiny TIMS” y la llevan a TIM44 → (OXA) → inserción lateral. 7 nm de espesor con composición similar a la del RE. No presentan ADN ni ribosomas. Adquieren la mayoría de sus proteínas mediante 6.CRECIMIENTO Y DIVISIÓN importación selectiva desde el citosol, aunque algunas entran a través del RE. Abundantes en hígado (1,5-2% del volumen), riñón, oligodendrocitos, etc. Son observables al M. electrónico Interior del peroxisoma encontramos: Contienen enzimas implicadas en diversas reacciones metabólicas incluyendo varios aspectos del metabolismo energético: - Peroxidasa - Catalasa - Urato oxidasa - etc. Los peroxisomas NO poseen su propio genoma. Todas sus proteínas se llaman Peroxinas: Pex 1, Pex 2... etc. Conocemos 19 Pex. Son codificadas en el genoma nuclear. Se han identificado unos 85 genes del genoma 16 Paula Ferrández  humano que codifican: proteínas peroxisómicas, OJO: “acuérdate de la frase del call of dutty” receptores, estabilizadores y trasportadores. Son componentes importantes (los más abundantes de la mielina) Algunos peroxisomas contienen unas estructuras cristalinas de la membrana de algunos tejidos, particularmente del corazón llamadas nucleoides cristalinos. Son túbulos de unos 4,5-10nm de (plasmalógenos de colina) y cerebro (plasmalógenos de diámetro que se forman en algunas etanolamina), aunque estén ausentes en otros. células por una concentración muy muy elevada de enzimas como En caso de deficiencia produce anormalidades en la mielinización catalasa y urato oxidasa. Producen de los axones de las células nerviosas, provocando anomalías distintos tipos de redes y varían en neurológicas. función del tipo celular. Catabolismo de purinas 2.FUNCIONES Excesos en la dieta o ácidos nucleicos viejos implican la degradación de nucleótidos → nucleósidos → ribosa + bases púricas (A y G) → Actividad enzimática ácido úrico y H2O2. Oxidasas → Utilizan el oxígeno molecular para eliminar átomos de Mediante la enzima catalasa o peroxidaciones. hidrógeno de sustratos orgánicos específicos (R) a través de una reacción de oxidación que produce peróxido de hidrógeno: 3.ORIGEN Y FORMACIÓN RH2 + O2 → R + H2O2 OJO: el peróxido formado es tóxico, por lo que cuentan con una catalasa, que forma H2O u oxida otro compuesto orgánico. Catalasa: 40%, cataliza 2 reacciones: 1. 2 H2O2 → 2 H2O + O2 2. Reacción peroxidación: utiliza el H2O2 para oxidar diversas sustancias (R´H2) como alcohol, fenoles, ácido fórmico, formaldéhido, etc. H2O2 + R´H2 → R´ + H2O Esencial en procesos de detoxificación en hígado y riñón. Gran parte del alcohol (25%) se oxida en los peroxisomas (acetaldehído). Metabolismo de lípidos a) Beta oxidación de los ácidos grasos (15-20%): normalmente esto ocurre en la MIT, salvo aquellos de cadena muy larga y ramificada que no pueden entrar en ellas, por lo que van a los peroxisomas a que los oxiden hasta alcanzar un número de C que ya pueda entrar en la MIT. Se produce la activación del ácido graso gracias a la El ensamblaje de los peroxisomas comienza en el RER, con Pex3 adición de un CoA por la enzima acetilCoA. (integral transmembrana) y Pex19 (principalmente citosólica, farnesilada). Pex 3 recluta a Pex19 a la membrana del RER, donde su interacción causa que las vesículas que contienen ambas Pex, se separen por gemación de la membrana del RE. Estas vesículas precursoras de los peroxisomas pueden fusionarse entonces con peroxisomas preexistentes o entre ellas para formar nuevos peroxisomas. 4.IMPORTACION DE PROTEÍNAS A LOS b) Interviene en la síntesis de lípidos. PEROXISOMAS Colesterol. Pex 3 y Pex 19, junto a otras proteínas de la membrana Dolicol. peroxisómica actúan a continuación, como receptores de importe para otras peroxinas que han sido sintetizadas sobre ribosomas Además, contienen enzimas para la síntesis de plasmalógenos. Una citosólicos libres y posteriormente importadas al peroxisoma como familia de fosfolípidos en los que una de las cadenas polipéptidos completos y plegados. hidrocarbonadas está unida al glicerol mediante un enlace ÉTER. 17 Paula Ferrández Precisamos de una señal de importación (PTS1 y PTS2) para que los Complejos de poro nucleares: canales que unen ambas receptores del peroxisoma las reconozcan y las introduzcan por un membranas y permiten el paso selectivo de moléculas (moléculas can