Apuntes Biología Celular - 1º Biotecnología PDF

BIOLOGÍA CELULAR 1º BIOTECNOLOGÍA Javier Bermúdez Sánchez Tema 4: Sistema de Endomembranas Sistema a través del cual la célula procesa materiales en diferentes compartimentos y los traslada, bien a otros compartimentos, o bien al exterior celular, empaquetados en el interior de vesícula...

BIOLOGÍA CELULAR 1º BIOTECNOLOGÍA Javier Bermúdez Sánchez Tema 4: Sistema de Endomembranas Sistema a través del cual la célula procesa materiales en diferentes compartimentos y los traslada, bien a otros compartimentos, o bien al exterior celular, empaquetados en el interior de vesículas (secreción y renovación de membrana) Paralelamente existe una vía endocítica, conectada con este sistema, que provea la célula, de materiales tomados del exterior. Compartimentos limitados por unidad de membrana: RE, Aparato de Golgi, lisosomas, endosomas Ruta de secreción celular Vacuolas (Solo vegetales, vesícula gigantesca; en animales solo hablamos de vesículas) Los peroxisomas pueden pertenecer al SE (Sistema de Endomembranas) pero están conectados metabólica y fisiológicamente con mitocondrias y plastos. 1. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO: Ocupa aproximadamente 10% del volumen celular (muy variable) RE Rugoso y RE Liso (Interconectados) Sistema de túbulos y cisternas RER se continúa con la envuelta nuclear 1.1 CARACTERIZACIÓN GENERAL RER: Suele estar más cercano al núcleo 95% RE es R en célula productoras de proteínas (i.e. - en células normales predomina el RER, en la mayoría de las células) Síntesis de proteínas y modificación (puentes disulfuro y carbohidratos, junto con el Ap de Golgi), también algunos tipos de lípidos de membrana muy específico Modificación inicial de proteínas con la adición de carbohidratos Síntesis de algunos carbohidratos 1.2 CARACTERIZACIÓN GENERAL REL: Suele estar más en la periferia 95% RE es L de células de síntesis de lípidos Síntesis de hormonas esteroideas y lípidos de membrana Detoxificación de elementos ajenos a nuestro organismo que deben ser eliminados, abundante en las células del hígado Secuestro de calcio en células musculares (Almacén de Ca) 1.3 RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO: ULTRAESTRUCTURA: -MORFOLOGÍA: Formación de túbulos de membrana determinados por la presencia de familias de proteínas Reticulons y DP1/Yop 1p (Los nombres no son fundamentales) Su presencia induce curvatura de la membrana del RE Parecen decisivas para la formación de los poros nucleares, debido a su anclaje, a partir de ellas se ensamblan los elementos de los poros nucleares (En el RER que forma la envuelta) Formación de túbulos de membrana determinados por la presencia de familias de proteínas Atlastinas y RHD3/Sey1p (relacionadas con una familia de GTPasas del tipo dinaminas) (nombres no fundamentales) La unión de GTP induce la formación de oligómeros de estas proteínas en membranas adyacentes La hidrólisis de GTP induce la fusión de las membranas (de los túbulos en el REL, no tanto para el rugoso) -CONTACTO CON OTROS ORGÁNULOS: VAP (vesicle-associated membrane protein – Vesículas Asociadas a Proteínas de Membrana) es un receptor muy conservado que se localiza en la superficie del RE. Por la cara citosólica, VAP se une con muchas proteínas (FFAT) que tienen en común la presencia de 2 fenilalaninas entre aa ácidos. Esto permite uniones y proximidades entre orgánulos Uniones con mitocondrias, endosomas, Aparato de Golgi, peroxisomas y membrana plasmática. La unión viene explicada como la posibilidad de transferencia de lípidos entre los orgánulos, esta proximidad es necesaria para que no se oxiden los lípidos y vayan directamente al punto objetivo. Proteínas sensoras de catión Ca de la membrana del RE interactúan con canales de ion Ca de la membrana plasmática. Interacción de ambos RE con la membrana plasmática que interactúan mediante canales de calcio 1.4 COMPOSSICIÓN QUÍMICA: Lípidos 30% o Colas cortas o Muy insaturadas o Poco colesterol (Membrana por tanto superfluida) Proteínas 70% o Citocromo b5 y P450 o NADH reductasa y NADPH reductasa (cofactores) o Receptor del ribosoma (riboforinas): solo RER* o Enzimas de translocación (Sec61 – paso de proteínas al interior del RE) y glucosilación* o Enzimas relacionadas con el metabolismo lipídico (sobre todo en el REL)  Luz o Peptidasa señal (RER) – Responsable de cortar péptidos de proteínas, la parte de la secuencia señal que necesitan para introducirse en la luz del RE (para pasar por el translocón). El lugar activo está en la luz del RE, pero es una proteína transmembrana o Disulfuroisomerasa - En el interior del RE se dan condiciones idóneas de acidez para formar los enlaces disulfuro gracias también a estas enzimas, en el citoplasma esto no se da. o Chaperonas o Precursores proteicos inmaduros o Peroxidasa – Contribuye a la reducción de radicales libres (ROS) **Maduración de las proteínas o Aparición de puentes disulfuro o Glucosilación de la proteína o Plegamiento de las proteínas 1.5 FUNCIONES DEL RE: Estructurales: o Interacción con el citoesqueleto Morfogénicas: o Envuelta nuclear o Plasmodesmos Metabólicas: o Síntesis de lípidos y proteínas o Exportación de lípidos y proteínas o Detoxificación o Recambio y formación de membranas -FUNCIONES METABÓLICAS: 1. Síntesis y modificación de proteínas Las proteínas podrán ir a: Peroxisomas Lisosomas Membrana Plasmática Vesículas de Secreción (Las dos últimas son complementarias) ¿Cómo entran las proteínas al RE? Determinadas secuencias específicas de aminoácidos cerca del extremo amino terminal de las proteínas hacen que el polipéptido emergente y el ribosoma que lo está sintetizando se dirija y se ancle a la membrana del RE: Péptido Señal Hay dos tipos de Translocación (Ambas tienen lugar en el proceso de maduración proteico en el RER): Translocación Cotraduccional: La síntesis de la proteína se produce de forma completa unida a la membrana del RE, según se produce pasa al interior del orgánulo (RE en este caso). La secuencia de péptido señal hace que el ribosoma tras comenzar la síntesis se una a la membrana del RE. Se sintetiza y se va introduciendo a la vez. Solo tiene lugar en el RE. Esto se produce por una secuencia señal muy muy específica para que los ribosomas se unan al RE Translocación Postraduccional: El ribosoma que sintetiza la proteína lo hace sin estar adherido a la membrana (libre), se completa la síntesis libre en el citoplasma y posteriormente se introduce la proteína en el orgánulo. Puede ocurrir para cualquier orgánulo. En este caso las secuencia señales no son tan específicas TRANSLOCACIÓN COTRADUCCIONAL: El Péptido Señal SRP (Péptido Señal): ARN y 6 proteínas Receptor SRP en la membrana del RER Translocón: Canal de Translocación Peptidasa de la señal (transmembrana, integral de membrana, pero centro activo hacia la luz) 1- La síntesis proteica comienza en un ribosoma libre en el citoplasma 2- Cerca del extremo N-terminal de la proteína, aparece una secuencia de 15-35 aa que contienen de 6-15 aa hidrófobos (péptido señal) precedidos de 1-2 aa con carga + 3- El péptido señal es reconocido por SRP=PRS (Partícula de reconocimiento de la señal), ribonucleoproteína formada por 6 polipéptidos y un pequeño (300 nucleótidos) ARN 7S 4- SRP se une al péptido hidrofóbico (1º) y al ribosoma (2º, subunidad mayor) y se detiene o ralentiza la síntesis debido a esa unión con el sitio P (peptídico) de la subunidad mayor de ribosoma. SRP tiene actividad GTPasa 5- El complejo formado se une al receptor de SRP (heterodímero alfa y beta) situado en la membrana del RER, interaccionan receptor y partícula. Entre la subunidad alfa y un dominio de SRP captan un GTP. La unión a ambas permite hidrolizar el GTP lo que refuerza la unión entre la SRP y su propio receptor. 6- El complejo se dirige también interacciona con un Translocón (Complejo multiproteico Sec61(alfa) – interactúa y abre el canal, beta (Sec62) y gamma (Sec63) – los dos últimos permiten el paso de la proteína) situado en la membrana del RE 7- El péptido señal interacciona con el translocón y este se abre. La hidrólisis del GTP (a GDP) hace que SRP pierda afinidad por su receptor y por el ribosoma y el péptido naciente y queda liberado de la SRP. 8- Se retoma la síntesis de la proteína atravesando el translocón. Cuando el péptido señal llega a la luz del RE, la peptidasa de la señal corta el péptido señal 9- La síntesis continúa mientras la proteína sigue atravesando el translocón hacia la luz. A medida que atraviesa, se van uniendo a la proteína diversas chaperonas (como BiP) que, con hidrólisis de ATP (gasto de energía), impulsan el péptido hacia la luz. 10- Una vez finalizado el paso de la proteína, todo el complejo se disocia y el translocón se cierra, quedando la proteína en el interior del RER 11- Las proteínas se asocian con chaperonas para facilitar su correcto plegamiento 12- Además, sufrirán modificaciones como glicosilaciones o establecimiento de puentes disulfuro. SÍNTESIS DE PROTEÍNAS CON UN PASO TRANSMEMBRANA: 1- Los primeros pasos son iguales que en las proteínas dirigidas a la luz del RE 2- En estos casos, en el interior de la proteína aparece una secuencia alrededor de 22aa hidrófobos (secuencia de la detención de la transferencia-anclaje) 3- El translocón se abre lateralmente y los aa hidrófobos (esto es necesario para que interactúen con los fosfolípidos u ácidos grasos de la membrana) quedan insertados en la membrana 4- El translocón queda cerrado y la síntesis de la proteína continúa hacia el citoplasma Se requieren dos señales: Una de translocación inicial o inicio de translocación (induce que se introduzca la proteína en la luz a partir de esta secuencia) Señal de detención/paro de la transferencia o translocación (induce la permanencia de esa secuencia en la membrana) PROTEÍNAS ANCLADAS A LA MEMBRANA POR ANCLAS GPI ***Proteínas ancladas a la membrana, pero no multipaso ni integrales, ancladas mediante lípidos o glúcidos: Proteínas ancladas a membrana glucosil-fosfatidil-inositol (de forma covalente), llamadas proteínas GPI. Se sintetizan como proteínas de membrana ancladas a membrana, transmembrana con domino hidrofóbico que se inserta entre las cadenas de ácidos grasos, la célula lo “corta” y lo une de forma más lábil a la estructura glucolipídica Se sintetizan como proteína transmembrana normales, una transamidasa corta el extremo N terminal en una región cercana al paso transmembrana y traslada la proteína a un ancla preformado de GPI (Con parte hidrófoba en la parte de la membrana y otra polar fuera de la membrana). Este tipo de anclaje permite una mayor movilidad a las proteínas de membrana. Esto forma parte de estrategia celular para que al ser más débil el anclaje se pueda soltar con facilidad si es necesario. -MODIFICACIONES: N-glicosilación: Se unen oligosacáridos en restos asparagina (Secuencias Asn – X – Ser o Asn – X – Thr), se une siempre la misma estructura oligosacarídica (Se añaden glucosas terminales en un extremo que posteriormente son eliminadas y funcionan como una señal de que el oligosacárido patrón ha sido completada). Este factor es común a todas las proteínas y todos los sitios donde se produce. El oligosacárido se forma en la cara citosólica del RER y por flip flop pasa al interior donde sigue siendo modificado para luego ser unido a una proteína. Glúcidos: Facilitan el plegamiento de las proteínas, aportan estabilidad (sobre todo a las secretadas), funciones en la adhesión celular, participan en procesos de respuesta inmunitaria. Empaquetamiento y correcto plegamiento: Chaperona BiP y otras chaperonas participan en el correcto plegamiento Establecimiento de puentes disulfuro (-S-S-) o Proteína Disulfuro Isomerasa (PDI) en la luz del retículo (gracias a las condiciones ideales del pH que se dan en el RE, de carácter básico) o Puentes disulfuro frecuentes en proteínas sintetizadas en el RER o Bastante raros en proteínas sintetizadas en el citosol -CONTROL DE CALIDAD: Inicialmente se eliminan 2 restos Glucosa. Varias chaperonas (calnexina y calreticulina), entre otras, eliminan un nuevo resto Glucosa y proceden al plegamiento de la proteína Diferentes sensores del plegamiento determinan si se ha realizado de forma correcta (ausencia de regiones hidrofóbicas en la superficie) En caso de mal plegamiento puede añadirse de nuevo una Glucosa y repetir el ciclo Ante la imposibilidad de alcanzar un buen plegamiento, el complejo EDEM1 elimina varios residuos manosa (monosacárido) y la proteína es, mediante el sistema ERAD (degradación asociada a RE), exportada al citosol para su degradación mediante proteasomas. -ASIMETRÍA DE LAS MEMBRANAS: Proteínas y lípidos glicosilados en la luz del sistema de endomembranas, quedarán hacia el exterior en la superficie celular. Por eso la glucocálix está hacia la parte externa y en la parte interna de la membrana no hay glúcidos. -TRANSLOCACIÓN POSTRADUCCIONAL: EL PÉPTIDO SEÑAL: Hacia el RER pueden importarse proteínas no en translocación cotraduccional sino tal y como se importan a mitocondrias, cloroplastos o peroxisomas: por translocación postraduccional. Mediante chaperonas que evitan su plegamiento en el citoplasma, ya que se sintetizan en este medio libremente. El translocón es el mismo que para la translocación cotraduccional, formado por las unidades Sec61… -BIOSÍNTESIS DE LÍPIDOS: La mayor parte de los lípidos de membrana se sintetizan en el RE, principalmente en el liso, pero también existe en el rugoso, salvo: Esfingomielina y glucolípidos (se sintetizan en el RE-Golgi) Algunos lípidos de membranas mitocondriales y de cloroplastos, son sintetizados en sus propias membranas Las enzimas que participan en la biosíntesis de fosfolípidos son proteínas integrales de la membrana del RE con su lugar activo dirigido hacia el citosol. Los fosfolípidos recién sintetizados se insertan en la hemimembrana citosólica. Posteriormente, flipasas y otras enzimas, intercambian fosfolípidos entre ambas hemimembranas con el objetivo de que los nuevos fosfolípidos no queden solamente en la hemimembrana interna. -DISTRIBUCIÓN DE LOS FOSFOLÍPIDOS RECIÉN SINTETIZADOS ENTRE LAS DOS HEMIMEMBRANAS: Flipasas: Hacia la hemimembrana interna Flopasas: Hacia la hemimembrana externa Mezcladoras “Scramblases”: En ambos sentidos (no requieren ATP) Necesarias para la redistribución de los fosfolípidos y mantener la distribución de la membrana -EXPORTACIÓN DE LOS FOSFOLÍPIDOS DESDE EL RE A OTRAS MEMBRANAS CELULARES: Proteínas que redistribuyen lípidos -VARIABILIDAD EN LA COMPOSICIÓN LIPÍDICA DE LAS MEMBRANAS: Diferencia en las proporciones de fosfatidilcolina, fosfatidilserina, esfingomielina… en las membranas de determinados orgánulos como RE, Aparato Golgi… No se sabe bien como la célula varía las proporciones en composición -TRANSFORMACION RER-REL Son interconvertibles / intercambiables y su proporción depende de las necesidades o funciones de cada célula, gracias al citoesqueleto y sus interacciones con el RE, de todos modos, es una transición paulatina. Por ejemplo, si se somete a un ser a toxinas, sus células del hígado requerirán la detoxificación de las toxinas, por ello aumenta su proporción en el REL (que es el orgánulo que se encargará de detoxificar). **Glucógeno en músculo solo va al músculo - Glucógeno del hígado se distribuye por todo el organismo ** CIREG: Compartimento Intermedio Retículo Endoplasmático Golgi. Su composición es un punto medio de las concentraciones de enzimas, características de membrana, … entre el RE y el Aparato de Golgi -TRÁFICO VESICULAR: Movimientos de cargas entre orgánulos diferentes Estos movimientos de cargas se realizan a través de vesículas Las vesículas pueden viajar entre orgánulos en un determinado sentido o en sentido inverso El transporte va a ser mediado por microtúbulos y filamentos de actinas (en bandas) para el movimiento de vesículas entre orgánulos. Transporte de proteínas y lípidos desde RE Las vesículas que emergen desde el RE se fusionan formando un compartimento intermedio entre el RE y el Aparato de Golgi (CIREG) La cubierta de las vesículas no es algo simplemente estructural. En muchos casos existen proteínas intermedias que seleccionan los receptores y, por tanto, la carga que engloba la vesícula. Vesiculación: *** Hay elementos que revisten la membrana e inducen su curvatura (revestimiento), la cubierta hace posible que se forme la vesícula. Vesiculación es el proceso fundamental para la realización del transporte entre compartimentos. La formación de vesículas: Posible presencia de receptores para la internalización de alguna sustancia específica en la vesícula. Selección de la carga. Proteínas adaptadoras (PA o GAG) que ponen en relación los receptores con los elementos de la cubierta (PA varios tipos diferentes) Ensamblaje de una cubierta (Clatrina, COP I, COP II, … - cada uno de ellos polimeriza con estructuras diferentes, pero en todos los casos son de tipo esférico) que induce la curvatura de la membrana GTPasas (ARF o SAR1) que dirigen el ensamblaje y desensamblaje de la cubierta Proteínas SNARE que identifican la procedencia de la vesícula y determinan su membrana de destino. Membrana de la vesícula contiene proteínas transmembrana. La parte que da hacia el citosol destaca por permitir la interacción con otras proteínas, cada tipo de receptor en la fracción transmembrana de la cara citosólica se pueden denominar proteínas adaptadoras específicas para el receptor que capta la carga, la proteína de la cubierta puede ser: CLATRINA: Constituida por la polimerización de trisqueliones. La proteína ARF-GTP dirige el ensamblaje y desensamblaje de la cubierta. Reviste las vesículas originadas en la membrana plasmática y las que viajan del Golgi al endosoma. (Existen vesículas en las que ni se ha conseguido identificar la naturaleza de su cubierta. También existen ¿desnudas?) COP I: Formadas por coatómero (Realmente es COP I y COP II lo que se denomina “coatómero”). Como en el caso de la clatrina, la proteína ARF-GTP dirige el ensamblaje y desensamblaje de la cubierta. Reviste las vesículas que viajan en dirección retrógrada en el Aparato de Golgi y las que viajan del Aparato de Golgi al RE COP II: La proteína SAR1 dirige el ensamblaje y desensamblaje de la cubierta. Reviste las vesículas que viajan desde el RE al aparato de Golgi. Vesiculación: Reconocimiento Vesícula - Diana La identidad de las vesículas y su reconocimiento por parte del orgánulo o membrana destino vienen marcado por un mecanismo universal mediado por la proteína SNARE (Se encuentran tanto en vesículas como en orgánulos diana, en su membrana). La función, por tanto, es discriminar entre unas vesículas y otras para evitar un caos metabólico o celular. Fusión de vesículas: Proteínas SNARE las Snare Una vez han perdido la cubierta, en la cara citosólica de las vesículas quedan accesibles unas (tanto como proteínas transmembrana (vSNARE) que indican la identidad de la vesícula y determinan la las v y t) no membrana con la que han de fusionarse. participan en la fusión!!! En la cara citosólica de la membrana diana se encuentran otras proteínas transmembrana (tSNARE) que reconocen específicamente las vSNARE que deben contener las vesículas para fusionarse con ella. En caso de no ser reconocida, la fusión no se producirá. Las vSNARE tienen capacidad de unirse a las tSNARE. Primero se anclan mediante otras proteínas y solo se asocian cuando la vSNARE y la tSNARE se corresponden. Cualquier vesícula se pueden anclar a cualquier membrana gracias a proteínas fijadoras, pero solo se fusionará si las proteínas v y t SNARE son complementarias. Recuperación de proteínas residentes en el RE: Existe una vía de retrógrada de vesículas que va del Aparato de Golgi al RE en lugar de forma anterógrada (RE – Golgi). Esto es debido a que al Golgi llegan incorporadas proteínas mediante vesículas (como enzimas) que son específicas del RE y en el Golgi no realizan función, por ello se mandan vesículas con estas proteínas hacia el RE. Esto se realiza mediante receptores específicos que captan este tipo de proteínas y luego forman las vesículas que irán al RE, para eso las proteínas del RE tienen que estar marcadas (si no tienen señal no serán recuperables y la única forma de que vuelvan al RE es que se generen nuevas proteínas de este tipo). El revestimiento de las vesículas que salen del Golgi es COP I y de las que salen del RE es COP II. Estas llevan secuencias como KDEL (Lys-Asp-Glu-Leu) o KKXX (Lys-Lys-X-X, las X suelen ser aspárgico) que son reconocidas por receptores específicos y posibilitan su devolución desde el Aparato Golgi al RE. En las vesículas que salen del RE, la membrana siempre tiene receptores de estas proteínas. En el Aparato de Golgi es más ácido que en el RE, por esta diferencia de pH los receptores captan las proteínas con la señal y esto induce la gemación de las vesículas con COP I, una vez formada la vesícula se desplaza del Golgi al RE y se fusionan las membranas. Otra cuestión por la que destaca la compartimentación: Diferencia de pH entre los compartimentos u orgánulos.  en el examen 2. APARATO DE GOLGI: no decir: “y se observa un Orgánulo encargado de la finalización del procesamiento de proteínas (fundamentalmente) y aparato de lípidos comenzados en el RE, de su compactación y distribución para el transporte a su destino golgi”, sino “se final (-La importancia del Aparato de Golgi es la capacidad de seleccionar diferentes elementos observa un y/o componentes (como proteínas) y clasificarlos (orgánulo clasificador). dictiosoma”. El aparato de Sus estructuras se llaman sáculos porque todos tienen la misma forma, pero con dilataciones golgi es el en los extremos. (Grosor membrana < Grosor cisterna o sáculo < Grosor bordes dilatados). conjunto de estos Dictiosoma: Conjunto de cisternas y vesículas (Aparato de Golgi es todo el conjunto de dictiosomas. dictiosomas de una célula, puede haber varios dictiosomas localizados por la célula y todos ellos se denominan aparato de Golgi) Suelen ser: Vegetales: Menos número de dictiosomas, pero con cisternas mayores Animales: Más número de dictiosomas, pero cisternas menores. 2.1 COMPOSICIÓN QUÍMICA: Membrana: Lípidos 35-40% Proteínas 65-60% Glúcidos Principalmente proteínas (enzimas (glucosiltransferasas, glucosidasas, … No hay que saberlas, también estarían en el lumen), transportadores...), menos lípidos. Lumen: Sales minerales Glúcidos como glucosa o galactosa Mg 2+ Enzimas 2.2 FUNCIONES: Metabólicas: o Péptidos: ▪ Proteólisis (Algunas proteínas para ser activas necesitan un corte en su cadena de aa). Proteólisis en el TRANS- Golgi: − Algunas proteínas se sintetizan como precursoras y necesitan un procesado posterior para convertirse en activas − El procesamiento suele tener lugar después de que la proteína haya sido empaquetada en su correspondiente vesícula en el Trans -Golgi (Al “final” del paso por el Golgi)  Ejemplos: − Las pro-enzimas lisosomiales suelen sufrir una escisión de parte de su secuencia que las convierte en funcionales − Proteínas secretadas, como la insulina, sufren la escisión de la región C- terminal en secuencias Arg-Arg o Arg -Lys − En personas de baja estatura, no producida por enanismo, se debe a que la hormona de crecimiento generada en la hipófisis no es funcional, y es en el hígado donde se produce la escisión de esta hormona para que sea funcional. ▪ Condensación proteica (Empaquetamiento en vesículas) ▪ Selección o Glúcidos: ▪ Modificación de los oligosacáridos incorporados en el RER: Los oligosacáridos unidos mediante N-glicosilación son modificados en los diferentes compartimentos del Aparato de Golgi. Las modificaciones pueden ser muy diversas. En diferentes proteínas pueden aparecer distintos tipos de oligosacáridos, pero actualmente no se sabe cómo. La importancia de la adición de los oligosacáridos destaca para el proceso posterior de selección y empaquetamiento de proteínas. Modificaciones que permitirán la clasificación: − Adición (en dos etapas) de Manosa-6-fosfato (cara Cis) – Carbono 6 de las manosas − Esta modificación hace que el oligosacárido no sea modificado posteriormente − Marcaje de proteínas lisosómicas ▪ Adición de nuevos oligosacáridos en residuos de Ser o Thr, O-glicosilación (ya que los oligosacáridos se unen a grupos hidroxilo de Ser o Thr) Adición de cadenas laterales de oligosacáridos a proteínas en residuos Ser o Thr. Ej.- Como la síntesis de glucosaminoglicanos (componentes de la matriz extracelular) ▪ Síntesis de Glucosaminoglicanos (matriz extracelular) ▪ Sulfatación o Lípidos: ▪ Síntesis de esfingomielina glicolípidos a partir de ceramida (el resto de los lípidos se generan en el REL) ▪ También se sintetizan los glucolípidos derivados del diacilglicerol  Morfogénicas: o Fragmoplasto tras la división de células vegetales: Las vesículas de AG son dirigidas a la placa central de la célula gracias a los microtúbulos del aster, las vesículas se van fusionando, formando la estructura de la lámina media, fragmoplasto finalmente (formada por pectatos y algo de hemicelulosa) o Formación del acrosoma en los espermatozoides: Macrovesícula derivada del AG, vesícula con contenido de enzimas digestivas para atravesar la membrana del ovocito, el espermatozoide se fusionen las membranas. Libera el contenido (desgranulación acrosómica), para que este proceso sea posible es necesaria la capacitación (proceso de secreción de regiones como el cuello del útero que es necesario para activar el espermatozoide y pueda desgranular el acrosoma) Clasificación/Distribución: Movimiento de los componentes: o COP I: RE ← Golgi, Golgi → Golgi ▪ Las que van de forma retrógrada de Golgi → Golgi es seguro que están revestidas por COP I, pero las que realizan el transporte de forma anterógrada no se sabe muy bien si están o no recubiertas y por qué. ▪ Las vesículas que van de forma retrógrada una de las razones es porque las proteínas internas o de esas vesículas que no están completamente maduras. o COP II: RE → Golgi (tamaño uniforme, pequeñas) o Clatrina: Golgi → Lisosomas/Endosomas y de la Membrana Plasmática 2.3 OTROS ASPECTOS DEL APARATO DE GOLGI: Modelos de Dinámica del Golgi: o Modelo de maduración de Cisternas: Las cisternas se forman a partir del RE y van avanzando a la vez que maduran sus contenidos. Este modelo implica que cada cisterna debe tener todas las enzimas para completar la maduración de todos los elementos que se tratan. o Modelo de transporte Vesicular: Las cisternas son compartimentos estables. El contenido se mueve a través de vesículas. En este modelo las herramientas necesarias se dividen en cada una de las vesículas y se especializarían cada una en una operación del proceso de maduración. Experimentalmente se comprueba que hay diferente composición en cada cisterna del Golgi lo que apoya esta teoría. TRANS – Golgi: o Enzimas Digestivos (Lisosomas) o Secreción: (Selección y Empaquetamiento) De tal forma que se clasifican las proteínas. Las que darán lugar a los lisosomas son las proteínas que poseen restos de manosa-6- fosfato y este indicador lo que hace es que no sean dirigidas a la membrana plasmática y formen los lisosomas ▪ Secreción Constitutiva: Siempre segregando, según se generan las partículas que se segregarán, estas se segregan (glándulas salivales) ▪ Secreción regulada: Aquella que no es continua, se da cuando llega algún mensajero (cambio de voltaje, mensajero químico…). Según se genera se espera a que llegue el mensajero para que la sustancia sea segregada.  POLARIZACIÓN: Fisiología del AG comienza por la cara cis y por la cara trans se produce la liberación de vesículas a los diferentes destinos. El CIREG estaría antes de la cara cis, en “contacto”. ** Hay una parte específica del RE que genera vesículas que geman de esta región y dan lugar a precursores de Peroxisomas (que luego van aumentando su tamaño). 3. LISOSOMAS PRIMARIOS / VESÍCULAS LISOSOMIALES: Orgánulos contenedores de enzimas hidrolíticos (rompe moléculas con la adición de moléculas de agua), son hidrolasas ácidas (solo efectivas a pH ácido, menor que 5 generalmente). Están presentes en TODAS las células animales. Tienen una única membrana. Participan en la digestión celular. 3.1 SELECCIÓN DEL CONTENIDO DE LAS VESÍCULAS LISOSOMIALES: Cis-Golgi: Enzimas lisosomiales son reconocidas y a sus restos de manosa de las cadenas de oligosacáridos se les añade un grupo fosfato: manosa-6-fofato Trans- Golgi: Receptores específicos (Receptores transmembrana de Manosa-6P). A pH 6,5 ligan proteínas que contienen Man-6- fosfato. Estas enzimas son incorporadas en lo que serán vesículas lisosomiales que son empaquetadas en vesículas recubiertas de clatrina. Cuando se acidifica el medio interno (pH 5) se disocian de su receptor, que posteriormente es reciclado. 3.2 COMPOSICIÓN QUÍMICA (VESÍCULAS LISOSOMIALES = LISOSOMA PRIMARIO): Contenido: Es una vesícula que tiene como contenido únicamente Hidrolasas ácidas (unos 50 tipos): Fosfatasas, proteasas, lipasas, nucleasas, glucosidasas y lisozima (preparadas entonces para intervenir cualquier tipo de enlace en cualquier tipo de sustancia, las enzimas no son las mismas en todas las células) Membrana: Hemimembrana interna glucosilada (la más rica en glúcidos de toda la membrana para proteger a la membrana de la degradación por parte de las hidrolasas). Tienen bombas de protones (que requieren gasto de ATP) y que importan protones del citosol para conseguir un pH ácido. 4. ENDOSOMAS: Compartimento heterogéneo. Una única membrana. Redistribución, transporte y transformación. Las vesículas de endocitosis coinciden en un único tipo vesícula que es lo que se llama endosoma (puede haber más de uno), estos endosomas tienen bombas de protones que acidifican el interior y comienzan las primeras reacciones (como separación de las partículas y los receptores correspondientes, se reduce la afinidad del receptor específico- partícula (carga), esto permite reutilizar y reciclar los receptores – esto no siempre es posible y a veces se digieren también los receptores). Endosomas tempranos: Son aquellos endosomas en los que se encuentran los productos a digerir y de los que se han separado los receptores específicos que se reciclarán y las bombas de protones de la membrana siguen funcionando, acidificando el medio por lo que es ligeramente ácido, entorno a pH 6. También suelen tener localización periférica en la célula, pero se van introduciendo más hacia el interior de la célula, profundizan. Endosomas tardíos: Son aquellos endosomas que han ido madurando de endosomas tempranos. También contienen los productos a digerir y han ido profundizando mucho más y el interior es más ácido, entorno a pH 5 (esa es la diferencia con los endosomas tempranos). 5. LISOSOMAS (SECUNDARIOS): Es la fusión del endosoma tardío con las vesículas lisosomiales da lugar a lo que llamamos lisosomas secundarios, donde ya se realiza la digestión de las partículas (carga). Siempre hay bombas de protones que están continuamente acidificando el medio. Los lisosomas se caracterizan por ser heterogéneos (Pueden verse en su interior cuerpos multivesiculares) **Las células cuanto más se especializan pierden ciertas capacidades (como dividirse en el caso de neuronas o fibras musculares o la capacidad de eliminar los cuerpos residuales como el caso de las neuronas). Parte de las neuronas que se pierden y mueren es debido a acumulación de sustancias de desecho en su interior que no han sido capaces de eliminar. 5.1 ENDOCITOSIS, FAGOCITOSIS y AUTOFAGIA: Fagocitosis: Introducción de partículas de gran tamaño (bacterias, partes de organismos…) que también se unen a lisosomas primarios y forman fagosomas Endocitosis: Introducción de partículas que ocurre con el proceso de endosomas ya vistos. Autofagia: La célula, con el fin de renovar los orgánulos, remplazarlos, o eliminarlos porque no cumplan su función o ya no son necesarios (porque tienes un exceso. Ej: Corres mucho y luego después de un tiempo dejas de correr pierdes las mitocondrias que tenías antes y se reduce su número), también pueden ser por desnutrición o inanición (que ya no es natural como tal), envuelve en vesículas estos orgánulos o elementos y esas vesículas se denominan autofagosomas 5.2 CUERPOS RESIDUALES: Gránulos de lipofuscina, marcan el envejecimiento celular. Son agrupaciones de sustancias que no han podido ser digeridas. 6. VACUOLA VEGETAL: Vacuola: Compartimento acuoso e el que se acumulan y se transforman diferentes elementos del metabolismo celular. Reservorio de Agua y Sales minerales. Vacuoma: Es como se denomina al sistema vacuolar de una célula. En células vegetales adultas la vacuola ocupa la mayor parte, inmensa mayoría, del especio del citoplasma e incluso desplaza al núcleo hacia un extremo. Generalmente las vacuolas crecen según crece la célula y se pueden ir fusionando o no. En células jóvenes la vacuola no es de gran tamaño y va aumentando con el tiempo. Tonoplasto: Membrana que limita la vacuola, el interior de la vacuola varía según la especie, pero siempre su contenido tiene pH ácido (3-6). Tiene transportadores carriers antiporte que importan iones como sodio o calcio, también hay bombas de protones para mantener el pH ácido Jugo vacuolar: Interior de la vacuola. Posee diferentes iones, glúcidos (hexosas, glucosas, fructosa, disacáridos, polisacárido inulina: D-Fru β (2-1) → esferocristales), proteínas (granos de aleurona, aa, enzimas), alcaloides, pigmentos (flavonas, antocianinas), ácidos orgánicos y sus sales (cítrico, málico, Ráfides /Drusas → Cristales de Oxalato Cálcico), Taninos, otros productos como venenos y repelentes … que los almacena. Puede haber cristales en las vacuolas de inulina, granos de aleurona, rafidios, drusas… **El interés de las plantas (sustancias de uso comercial) se encuentra en las vacuolas 6.1 FUNCIONES: Almacenamiento y Reserva de Sustancias (Agua y todas las anteriores) Turgencia Celular: Medios hipotónicos e hipertónicos varían la vacuola, su forma, tamaño y la presión que realizan. o Crecimiento y maduración celular o Apertura y Cierre de los Estomas Digestión – Actividad Lisosomial SECUENCIAS DE TRÁNSITO: Hace relativamente poco tiempo se ha descubierto que algunas de las proteínas se sintetizan completamente en el citosol y presenta una secuencia señalizadora que la va a dirigir directamente al RE, por lo que aquí habrá dos tipos de proteínas, estas primeras y las que se sintetizan por ribosomas unidos o adheridos a la membrana del RE. Existen complejos multiproteicos que median el paso de las proteínas al interior de los orgánulos, se denominan familias de translocones: Mitocondria: TOM y TIM en las membrana externa e interna (para atravesar) y SAM en la membrana externa **En una vesícula de secreción, las proteínas que forman la vesícula, la parte interna de la vesícula quedará hacia el exterior de la célula mientras que la parte externa de la vesícula quedará hacia el interior celular. CHAPERONAS: Las proteínas chaperonas o HSP son una superfamilia. Maquinaria de reparación y mantenimiento encargada de dirigir el correcto plegamiento de las proteínas, modificarlo o promover su eliminación. P.ej. Si hay proteínas que se van a penetrar en un orgánulo las chaperonas se encargan de “alisar” la proteína, una familia de chaperonas. Otro tipo de chaperonas en el interior de mitocondrias promueven el correcto plegamiento de las proteínas tras haber sido “linealizada” por las chaperonas anteriores. Si esto no fuera así, el plegamiento no sería correcto y no podrían ejercer su función, no son funcionales e incluso pueden provocar fallos en el sistema energético de la célula como el caso de los priones, solo se acumulan y no pueden ser eliminados por la célula. UBIQUITINAS Y PROTEASOMAS: Las ubiquitinas se unen a proteínas marcadas como defectuosas para ser degradadas en el proteasoma (estructura de riboproteína que forma barriles con interior hueco al que se dirigen estas proteínas defectuosas y el proteasoma las degrada en péptidos mediante gasto de ATP) de tal forma que indican a la célula que esa proteína debe ser eliminada. Detectan proteínas plegadas incorrectamente mediante su parte externa debe ser hidrofílica y si no es así se marca con ubiquitinas por ser considerada como defectuosa. Los proteasomas tienen cuatro subunidades y la parte de encapuchamiento, dos alfa estructurales en los extremos y las realmente catalíticas dos beta en el interior. Tiene un receptor de ubiquitinas que detecta las proteínas marcadas. Se emplea ATP e ion Mg como cofactor para llevar a cabo la descomposición en péptidos. TEMA 5: MITOCONDRIAS, PLASTOS Y PEROXISOMAS: 1.- MITOCONDRIAS: Respiración Celular y producción de energía. 1.1 INTRODUCCIÓN: Dos membranas (MME y MMI – Apoya teoría endosimbiótica), fosforilación oxidativa (oxidación máxima de compuestos orgánicos para obtener energía en forma de ATP), presente en TODAS las células eucariotas (no todas exactamente sino la gran mayoría), es un orgánulo semiautónomo (tiene maquinaria suficiente para reponer parte de sus estructuras, pero no puede desarrollar toda la maquinaria, sino que depende del núcleo para ciertos procesos). Tinción destacable para mitocondrias: Tinción Verde Jano. Se comenzaron denominando Bioblastos y después mitocondrias y en un principio se creía que solo estaban en células Eucariotas Animales y posteriormente ya se relaciona con todas las células eucariotas. Las mitocondrias son orgánulos filamentosos. Pueden llegar a una longitud de 7 micras. Morfologías muy diversas y variables incluso en el tiempo, cambian continuamente de forma mientras se desplazan por el citoplasma gracias a los flujos citoplasmáticos que posibilita el movimiento de orgánulos, los flujos los genera el citoesqueleto. Por ello sus características de movilidad. También están continuamente fusionando y fisionando las mitocondrias entre sí. 1.2 ESTRUCTURA Y ULTRAESTRUCTURA: Membrana Mitocondrial Externa (MME) Membrana Mitocondrial Interna (MMI): Forma las crestas y es el fundamento de la actividad metabólica o Crestas: Cuantas más crestas posea una mitocondria, más rentabilidad energética tiene (por eso si se ven más crestas es que la célula requiere más energía – Es el caso de las células musculares que además tienen cuerpos densos cercanos que son glucógeno). Pueden ser de diversas morfologías: ▪ Crestas Mitocondriales Tabulares o Transversales Rectas (invaginación de la MMI forma las curvas y no contactan con la MMI de enfrente), son las más frecuentes ▪ Crestas Tubulares (en lugar de tabiques, túbulos) este tipo se da en células productoras de hormonas esteroideas. Espacio Intermembrana (EI) Matriz Mitocondrial (MM) Estructuras características: o Ribosomas 70S: Similares, no iguales, a los de procariotas. Aunque el coeficiente de sedimentación también es 70S en procariotas o ADN mitocondrial: Nucleoide (Material genético de la mitocondria que tiende a agruparse todo junto y ese lugar es lo que denominamos “Nucleoide”) o Gránulos densos: De fosfato cálcico (Su función es almacenar el calcio, que también se acumula el exceso de calcio en el RE) 1.3 COMPOSICIÓN QUÍMICA: Membrana Mitocondrial Externa: o Proporción lípidos/proteínas muy similares a la membrana plasmática de células eucariotas o 40-50% lípidos (fosfolípidos muy insaturados), poco colesterol (fluida) o 50-60% proteínas: Acil-CoA-sintasas, Porinas: Forman poros que permiten el paso de sustancias de hasta 5kDa como ATP, NAD, CoA…, TOM (Translocasa de la membrana externa), MAO (monoamino oxidasa), nucleótido-difosfato-kinasa. Espacio Intermembrana: o Espacio entre MME y MMI o Debido a la permeabilidad de la MME (similar a la de la membrana plasmática) su composición, en algunos elementos, es parecida a la del citosol o El contenido proteico es, sin embargo, muy diferente o (Algunas proteínas localizadas en el espacio intermembrana son la adenilato ciclasa o el citocromo C – Info+ pero se puede obviar) o ** Una de las diferencias con los plastos es que esta separación entre MME y MMI es mucho mayor que entre las correspondientes en los platos. Membrana Mitocondrial Interna: *** o Membrana plegada que forma las crestas mitocondriales o 20% lípidos: Sin colesterol y rica en cardiolipina (impermeabilidad) o 80% proteínas: ▪ No contiene porinas (La impermeabilidad es importantísima debido al proceso de síntesis de ATP por el gradiente electroquímico de protones) ▪ Transferasas/Transportadores específicos para iones y metabolitos ▪ ATP sintasa ▪ Elementos de la cadena transporte de electrones ▪ Complejos proteicos implicados en las reacciones de la fosforilación oxidativa (en la membrana o asociados a ella) ▪ TIM (Translocasa de la membrana interna) Matriz Mitocondrial: o ADN mitocondrial de doble cadena (decenas de copias) o Ribosomas 70S o Enzimas: Ciclo de los Ácidos Tricarboxílicos, 𝛽-oxidación de los ácidos grasos… o Fosfato Cálcico o Lípidos 1.4 GENOMA MITOCONDRIAL: ADN circular de doble cadena (decenas de copias). Un total de 37 genes (ARNt, ARNr-2, Proteínas de la MMI) Como sus genes no codifican para todas las proteínas necesarias ni para los ribosomas necesarios esto quiere decir que las mitocondrias son dependientes del núcleo (parte de los elementos que necesita la mitocondria proceden del núcleo) y por ello es un mecanismo para evitar la separación y favorecer la endosimbiosis. **Curiosidad: Las mitocondrias se pueden emplear para: Estudio de la línea genealógica materna (las mitocondrias proceden casi exclusivamente de la madre) y de esta forma estudiar el desplazamiento de poblaciones por el mundo. Estudio de bacterias de la antigüedad y semejanza con los componentes y bacterias actuales 1.5 IMPORTACIÓN DE PROTEÍNAS: Las proteínas que se importaran a las Mitocondrias también se encuentran marcadas por secuencias de tránsito que son de diversos tipos según el destino. En este caso estas señales sucesivas (que se van eliminando según se atraviesan las estructuras) son de cuatro tipos: Membrana Externa Espacio Intermembranoso Membrana Interna Matriz Mitocondrial No quiere decir que para ir a la matriz necesite todas, de hecho, para ir a la matriz con 2 señales valen: Para interaccionar con el TOM y con el TIM, ambos translocones. Para quedarse en la membrana interna, requiere señales sucesivas de más (Para interaccionar con el TOM y luego quedarse en la membrana interna, igual para la externa). En todo el proceso intervienen proteínas chaperonas. Hay translocones específicos según permitan el paso completo de la proteína hacia el siguiente compartimento y otros que permiten que la proteína que lo atraviesa quede como proteína transmembrana 1.6 FUNCIÓN MITOCONDRIAL: Acetil-CoA Ciclo de los Ácidos Tricarboxílicos (Krebs) Coenzimas reducidos (e- de alta energía, capaces de ceder electrones y reducir otras sustancias y quedar ellos oxidados) Cadena de transporte de electrones (Los electrones van pasando por los elementos de la cadena de transporte de electrones en orden decreciente a su poder reductor, no tiene por qué ir en orden, que sería lo ideal, simplemente se ceden los electrones a complejos con menor energía que no tiene que ser el siguiente directamente) (El último aceptor de electrones es el oxígeno) o El bombeo de protones al espacio intermembrana derivado del transporte de electrones y la impermeabilidad de la MMI, determinan que se establezca entre este espacio y la matriz un gradiente de concentración y de carga: ELECTROQUÍMICO Generación de gradiente electroquímico que permite la síntesis de ATP por las ATP sintasas formadas por dos factores unidos: o Factor F0 (En la propia membrana): Funciona como transportador de protones, y cuando pasan éstos, gira y hace girar la subunidad γ de F1 provocando el cambio conformacional de las subunidades β de F1. o Factor F1 (Prolongación que se introduce en la matriz): En ella reside la actividad de síntesis de ATP, con lugares catalíticos de unión al ADP y al Pi en cada una de las tres subunidades β. Funcionan por rotación de los complejos de las ATPasas para generar el ATP. **La Ubiquinona que es un complejo de mucho menor peso molecular y lipófila, puede desplazarse fácilmente y es la que suele recibir los electrones del NADH y FADH2 para poner en contacto y ser un “puente” entre los diferentes complejos proteicos de la membrana que no poseen ese nivel de movilidad. Es un intermediario entre los complejos I, II y III. Después el III los cede sin intermediario al complejo IV. **El complejo II (al que llega FADH2) como tal no bombea protones mientras que el complejo I (Al que llega NADH) sí. Por ello, aporta más la coenzima NADH. **Si se bloque el paso de electrones en esta cadena impide la síntesis de ATP. Todo este proceso supone el mayor rendimiento en la oxidación a partir de sustancias orgánicas, la mayor eficiencia. 1.7 FUSIÓN Y FISIÓN MITOCONDRIAL: Son procesos continuos y complementarios que ocurren constantemente. (Antes se mencionó). No es un orgánulo estático, constante movimiento de unión y separación de otras mitocondrias. Hay varios métodos de división de mitocondrias (Origen Ontogenético): Tabicación: Formación de un tabique que cruce de lado a lado la mitocondria y provoque su separación en dos. Segmentación (Estrangulamiento): Citoesqueleto presiona la membrana mitocondrial y se dividen. Este proceso puede darse a la inversa para la fusión de mitocondrias (Importante tener en cuenta de que se pueden dar ambos procesos y a ME no podemos diferenciarlos). 2. PLASTOS: Orgánulos celulares presentes en células vegetales delimitados por una doble membrana. Orgánulos semiautónomos. Su función principal es la realización de la fotosíntesis, así como síntesis de glúcidos, lípidos y aminoácidos. En muchos casos participan en el almacenamiento de diversas sustancias. Forma fundamentalmente lenticular, número muy variable e igual con la forma. 2.1 TIPOS DE PLASTOS: *** No totalmente diferenciados: o Proplastidios / Proplastos: Plastos con membranas no organizadas de los que derivan el resto. Suelen aparecer en células meristemáticas. o Etioplastos: Plastos característicos del desarrollo en semioscuridad Diferenciados: (A partir de los indiferenciados anteriores) o Leucoplastos o Plastos sin color: No poseen pigmentos ▪ Amiloplastos: Sintetizan y Almacenan almidón, cualquier parte de la planta ▪ Proteoplastos: Acumulan proteínas, como en semillas… ▪ Oleoplastos o Elaioplastos: Acumulan lípidos, también fundamentalmente en semillas o Cromoplastos: Almacenan otros pigmentos, distintos a clorofilas, que no tienen relación con la fotosíntesis. Proporcionan colores a algunas partes de las plantas. Importante en pétalos de flores, la mayoría de estos pigmentos tienen naturaleza lipídica (Por eso también se los puede considerar Oleoplastos). No es almacenamiento de nutrientes como tal. o Cloroplastos: Membranas altamente organizadas. Con pigmentos (clorofilas, carotenos, xantofilas…) Realizan la fotosíntesis (Son los únicos). Para diferenciarse es condición necesaria que haya luz suficiente, sino se queda en una etapa intermedia que no llega a cloroplasto y serían los etioplastos. Los plastos son interconvertibles entre sí (no es que vuelvan a plastidios, pero el resto pueden transformarse unos en otros) en función de las condiciones que le rodean (si reciben energía luminosa o no, si están en tejidos que van a dar lugar semillas…). Algunos tipos especiales: Estatolitos: Para que las plantas tengan geotropismo positivo (que las raíces crezcan hacia abajo) tienen amiloplastos que funcionan como pesos para las raíces. Estos amiloplastos específicos con esta función se denominan estatolitos. Gerontoplastos: Plastos que están a punto de ser eliminados por la propia célula mediante autofagosomas. Plastos en proceso de senescencia. 2.2.1 NO TOTALMENTE DIFERENCIADOS: Proplastos: Son los menos diferenciados y de los que derivan los demás. Se encuentran principalmente en células meristemáticas, al igual que el resto de plastos la separación entre la Membrana del Cloroplasto externa e interna es casi virtual. También poseen gránulos de almidón y algunos acúmulos de lípidos. También ADN plastidial y ribosomas 70S. Etioplastos: Agranulares, con tilacoides estromales, largos y numerosos. Aparición de cuerpos prolamelares, de estructura cristaloide, muy regular y con componentes proteicos formando una red. Aparecen en partes de plantas crecidas en semioscuridad. Se dan en muchos casos en tallos que pasan a hacerse leñosos o en la intersección entre tallo y raíces, por ejemplo. ** Si hay alguna vesícula muy oscura y regular a ME (circular), pueden ser proteínas o lípidos solamente. 2.2.2 DIFERENCIADOS: Cloroplastos: Plastos con membranas internas (tilacoides) altamente organizadas que son responsables de la función fotosintética. Morfología variable. En un medio luminoso uniforme, los cloroplastos se distribuyen homogéneamente. Se pueden orientar activamente o cambiar de dirección en función de la procedencia de la luz. También pueden verse desplazados por la vacuola central en células vegetales maduras. 2. 3 CLOROPLASTOS: 2.3.1 ULTRAESTRUCTURA: MPE: Membrana Plastidial Externa. Porinas que constituyen canales altamente selectivos EI: Espacio Intermembrana MPI: Membrana Plastidial Interna. Impermeable, paso de sustancia a través de sus transportadores Estroma: Contenido interno, matriz líquida. Ribosomas, ADN (diferencias con el de la mitocondria: ADN plastidial contiene más genes que las mitocondrias, de hecho, prácticamente todos los que requiere, los plastos son orgánulos semiautónomos, pero por muy poco), granos de almidón, plastoglóbulos (lípidos), pirenoides-acúmulos proteicos- (en algas) Tilacoides: Sacos de membrana aplanados (maquinaria fotosintética – Fotosistemas, complejos…) se agrupan formando pilas denominadas grana o Tipos: ▪ Granulares ▪ Agranulares 2.3.2 COMPOSICIÓN QUÍMICA: MPE: Tiene translocones que permiten el paso de sustancias al interior (TOC) Relativamente permeable (60% proteínas + 40% lípidos) MPI: Tiene translocones que permiten el paso de sustancias al interior (TIC). Transportadores o carriers altamente específicos. Poco permeable. Diversos complejos y sustancias (Carotenoides…) (60% proteínas + 40% lípidos). Estroma: ADN (circular, desnudo, de doble cadena), ribosomas o plastorribosomas, enzimas solubles, cofactores e intermediarios (fijación del CO2, síntesis de almidón, síntesis de aa, síntesis de ácidos grasos, síntesis de ADN), granos de almidón e inclusiones lipídicas (plastoglóbulos), pirenoides. Membrana Tilacoidal: Como membranas plastidiales o mitocondriales, con composición proteica semejante (50%). Hay lípidos estructurales (incoloros – insaturados que aportan gran fluidez) y lípidos que se corresponden con pigmentos que es donde reside la funcionalidad de los cloroplastos (clorofilas, carotenos, algunas xantofilas…) y son la base de la fotosíntesis. Diferentes tipos de proteínas. También hay fotosistemas (Centro de reacción + Complejo antena). Poseen: Fotosistema I, Fotosistema II, Citocromo b6-f, ATP sintetasa, pigmentos, otras proteínas… ADN Plastidial: Genoma de mayor tamaño y complejidad que el mitocondrial, codifica todos los ARNt, los ARNr, la mayoría de los ribosomas plastidiales y muchas otras proteínas y enzimas plastidiales. Aunque en algunos genes sigue siendo dependiente del ADN nuclear. 2.3.3 IMPORTACIÓN DE PROTEÍNAS A LOS DISTINTOS COMPARTIMENTOS PLASTIDIALES: Translocación postraduccional, siempre por transportadores específicos y con gasto de energía (ATP o GTP) Importación de proteínas al Estroma Tilacoidal: o Péptido de tránsito, extremo amino o Paso por TOC con gasto de GTP o Paso por TIC, con gasto de ATP, por la chaperona Hsp93 o Corte del Péptido de Tránsito por la Peptidasa Procesadora Estromal (SPP) o Las proteínas dirigidas a las membranas se cree que pueden insertarse por apertura lateral bien de TOC, bien de TIC. Se desconocen con exactitud los mecanismos Importación de proteínas a la Luz del Tilacoide: o Vía Sec: Aparece 2ª señal, reconocida por SecA que la dirige al translocón Sec (Gasto de ATP). La proteína pasa desplegada. Para proteínas en conformación desplegada. o Vía Tat: Aparece señal doble de Arg, que permite su translocación a través de Tat. La proteína pasa plegada En ambos casos señal es escindida por la proteasa de procesamiento del tilacoide (TPP). Suponen gastos de energía este paso a la luz del tilacoide. Importación de proteínas a la Membrana del Tilacoide: o Vía Sec: Con apertura lateral del translocón Sec o Vía Alb3: Proteínas que pueden ser sintetizadas por los propios ribosomas plastidiales. Se reconoce una señal que las dirige al translocón Alb3. Como en la translocación cotraduccional. 2.3.4 FUNCIONES: Fotosíntesis: (Resumen – Dibujo) Se genera energía y poder reductor en la primera fase (fase luminosa – dependiente de la luz) y en la segunda fase (fase oscura – no dependiente de la luz) se fija el CO2 en el ciclo de Calvin y se genera glucosa). o Los colores de luz que mejor absorben y a los cuales son más eficientes son la luz roja (porque es la luz que absorbe mejor la clorofila) y azules (por el complejo antena de los fotosistemas y otros tipos de clorofila - Los carotenoides también desactivan radicales libres, aceptando e- y protegiendo así a las moléculas de clorofila). o Complejo Antena – Centro de Reacción: La transmisión de E por resonancia no transmite e-, sino la E suficiente para excitar otro e-. El centro de reacción sí transfiere un e- a un aceptor que se reduce o Importancia de la Plastocianina, elementos clave, como la ubiquinona en el caso de las mitocondrias. Compuesto de mucho menor tamaño que tiene gran movilidad en las membranas tilacoidales y transporta los electrones en la cadena de transporte electrónico. Establece el vínculo de unión entre el FSII y el FSI (Conduce los e- extraídos del H2O desde el FSII al centro de reacción del FSI. o También se forma un gradiente electroquímico de protones que volverá a ser aprovechado por ATPasas (algo diferentes que en mitocondrias) que generan ATP. Por tanto, se obtiene ATP y NADPH (sustancia reducida). o En la fotosíntesis cíclica se genera solo ATP mientras que en la acíclica se genera poder reductor y ATP (además de generar oxígeno mediante fotólisis del agua). En los cloroplastos tienen capaz de regular y primar la fotosíntesis Cíclica o acíclica dependiendo de las necesidades y cantidad de agua… o En la membrana tilacoidal del estroma predominan FSI y las ATPasas mientras que en la membrana tilacoidal de los grana predominan FSII. El complejo Cit b6-f se encuentra en ambas. o El ATP y el NADPH formados en la fase luminosa, se utilizan, en la fase independiente de la luz, para fijar CO2 en forma de moléculas orgánicas (glúcidos, ácidos grasos, aminoácidos, …) Fotorrespiración: o Para evitar este proceso, las plantas C4: La fijación del CO2 y el ciclo de Calvin tienen lugar en diferentes células (en unas se capta el CO2 y se fija en ácido de cuatro carbonos – tres antes de unirse al CO2, luego pasa a otra que libera el CO2 y funciona la RUBISCO en el ciclo de Calvin normal de forma que el oxígeno no sea una competencia para estas plantas) o Las plantas CAM (Metabolismo ácido de las Crasuláceas): La fijación del CO2 y el ciclo de Calvin tiene lugar en diferentes momentos del día. El CO2 se almacena por la noche (abren los estomas para no perder tanta agua, son de climas áridos, y lo captan también con el ciclo C4 y luego se libera el CO2 para un Ciclo de Calvin normal, ambos ciclos tienen lugar en la misma célula, pero en distintos momentos del día, esta es la diferencia con las C4) y se utiliza durante el día. Síntesis de ácidos grasos Síntesis de aa Reducción de nitritos amoniaco para incorporarlo a sustancias orgánicas 2.3.5 ORIGEN: Ontogenético: Se dividen por bipartición, sobre todo cuando son indiferenciados y pequeños, y se reparten en el momento de la citocinesis Filogenético: La teoría más aceptada de la aparición de los plastos en la célula eucariota es la endosimbiosis. Localización de la cadena de transporte de electrones, ribosomas 70S sensibles al cloranfenicol, ADN circular y desnudo, membranas internas sin colesterol, como procariotas en todos los casos. (Esto sirve tanto para plastos como para mitocondrias) 3. PEROXISOMAS: Son orgánulos de una membrana que aparecen en todas las células eucariotas y contienen hasta 50 tipos de enzimas (peroxidación – enzimas implicadas en el proceso de oxidación) y que además pueden contener un cristaloide interno. Último orgánulo en descubrirse, se denominaron microcuerpos, con un peso semejante, algo menor, a los lisosomas. 3.1 ESTRUCTURA Y ULTRAESTRUCTURA: Esféricos u ovoides (0,1 -1 micra de diámetro) Matriz Homogénea Cristaloide o Nucleoide (No confundir con nucleoide de mitocondrias y plastos): Está formado por enzimas cristalizadas 3.2 COMPOSICIÓN QUÍMICA: La mayor parte de las enzimas participan en reacciones de oxidación: Catalasa: H2O2 → H2O + O2 Importante debido a que H2O2 generará radicales libres de oxígeno que oxidarán los componentes celulares Urato – oxidasa Oxidasas flavínicas Enzimas para el catabolismo de purinas, lípidos Enzimas para fotorrespiración 3.3 FUNCIONES: Acortamiento de los ácidos grasos de cadena muy larga, para su posterior oxidación en mitocondrias, participan en la 𝜷 – Oxidación de los Ácidos Grasos Oxidación de la cadena lateral del colesterol, para sintetizar ácidos biliares Síntesis de ésteres lipídicos del glicerol (plasmalógenos), importantes en el músculo cardíaco y en la vaina de mielina Oxidación de sustratos como aminoácidos, ácido úrico y otros sustratos utilizando oxígeno molecular con formación de peróxido de hidrógeno Ciclo del Glioxilato (Glioxisomas): Estrategia metabólica para transformar ácidos grasos almacenados a glúcidos (evitando las etapas descarboxilantes en el ciclo de Krebs). En vegetales (especialmente en semillas) Fotorrespiración: Ciclo de tránsito: Cloroplasto → Peroxisoma → Mitocondria, para minimizar la pérdida de carbono en estos casos (Solo se pierde 1 C) Catabolismo de Purinas ** GLIOXISOMAS: Peroxisomas en células vegetales, generalmente en semillas con funciones como: Acortamiento de ácidos grasos Ciclo del Glioxalato Fotorrespiración 3.4 IMPORTACIÓN DE PROTEÍNAS AL INTERIOR DEL PEROXISOMA: Proteína citosólica con señal PTS1 es reconocida por Pex5 El complejo Pex5-proteína se ancla a la membrana del peroxisoma mediante el complejo Pex13, 14, 17 Pex5 y Pex14 forman un poro por donde se transloca la carga. Pex5 se recicla Origen y generación de los peroxisomas: Desde una región especializada del RE (RE-Peroxisómico) se generan vesículas (pre- peroxisomas) con diferentes proteínas transmembrana (Peroxinas) Varias vesículas se fusionan para tener todos los tipos de Peroxinas necesarias A continuación, se importan proteínas (completamente plegadas) al interior Se conocen dos tipos de señales de importación al peroxisoma: o PTS1 (señal de Ser-Lis-Leu en el extremo carboxilo) o PTS2 (una señal de 9 aa en el extremo amino). Las señales son reconocidas por mediadores citoplasmáticos Pex5 (PTS1) y Pex7 (PTS2) y las dirigen al peroxisoma. 3.5 CRECIMIENTO Y MULTIPLICACIÓN: Los peroxisomas tienen una vida media de 5-6 días, debido a que las enzimas implicadas en procesos de oxidación son muy lábiles. Durante este periodo de vida están continuamente recibiendo proteínas. Son eliminados por autofagia Crecen por adición de componentes de membrana desde el RE y por la importación de proteínas citosólicas A la vez que crecen van originando nuevos peroxisomas por gemación de los existentes TEMA 6: CITOESQUELETO Conjunto de filamentos proteicos que forman estructuras filamentosas o reticulares que contribuyen a la morfología celular general, a la organización de los orgánulos y al movimiento, tanto de los orgánulos dentro de la célula, como de la célula respecto al medio. Están formadas unas determinadas proteínas y las que se asocian a estas. 1.- MICROFILAMENTOS: FILAMENTOS DE ACTINA: Se organizan formando haces o redes. La formación de haces o redes y su asociación con otras estructuras celulares (como la membrana) viene determinada por proteínas de unión a la actina. Los filamentos de actina son especialmente abundantes bajo la membrana plasmática. 1.1 COMPOSICIÓN: La actina es una proteína globular con dos extremos: Extremo + o Barbado Extremo – Esta proteína que es la Actina G (Globular) polimeriza a Actina F (Fibrilar), polimeriza extremo – con extremo + generando, por tanto, filamentos con extremos + y – diferenciables, están polarizados. Se encuentran en constante remodelación, son muy dinámicos y conllevan gasto de ATP: Polimerización en el extremo + (crecen) Despolimerización en el extremo – (pierden elementos) Para que este proceso se lleve a cabo tiene lugar un “intercambio rotatorio” en el cual los restos despolimerizados de Actina F pasan a Actina G, se fosforilan (requieren tener ATP para polimerizar) y se polimerizan en el extremo opuesto. Es lo que se denomina equilibrio G – F (Subunidades solubles pequeñas – Polímeros filamentosos largos) El extremo + tiene gran cantidad de Actinas con ATP lo que lo hace muy estable e incita a que se añadan más elementos. Según se avanza hacia el extremo -, las actinas se hidrolizan y se quedan solo con ADP. Cuanto más tiempo exista esta unión, más inestable será. Por ello el extremo – se despolimeriza ya que es muy inestable. En ocasiones se puede “recargar” a las actinas fosforilándolas y formando Actina con ATP. 1.2 DINÁMICA: La célula cuando detecta una señal que implicará la modificación de la estructura de los microfilamentos lleva a cabo el siguiente proceso: Despolimerización de filamentos ya formados Difusión rápida de subunidades (solubles) Reensamblaje de filamentos en el lugar fijado 1.3 PROTEÍNAS ASOCIADAS A LA ACTINA (ABPs): ABPs estructurales: o Formadoras de Haces: Filamentos de actina unidos por puentes cruzados dispuestos de forma paralela estrechamente agrupados: ▪ Fimbrina y Vilina: Haces muy empaquetados y paralelos (ej: Esqueleto de microvellosidades, filopodios) ▪ Alfa-Actinina: Haces espaciados, más separados y contráctiles. Puede interactuar con la miosina. (ej: Anillo contráctil, fibras de estrés, sarcómera) o Formadoras de Redes: Filamentos unidos por puentes cruzados, formando mallas tridimensionales con propiedades de geles semisólidos. Filamina, Espectrina, Distrofina, Fodrina. o Otras ABPs (Unión de membrana): ▪ Uniones 1: Espectrina – Anquirina - Dominio intracelular de la proteína Banda 3 ▪ Uniones 2: Proteína 4.1 – Espectrina – Actina ▪ Distrofina: Fija filamentos de actina a proteínas transmembrana de células musculares ▪ Fibras de estrés: Vinculina, Talina → Contactos focales ▪ Cateninas → Uniones Adherentes ABPs reguladoras: Regulan la polimerización y asociación de los filamentos. o No motoras: (Regulan homeostasis o posición de los filamentos de actina) ▪ ABPs de formación de filamentos: Formina: Se sitúa en el extremo + y favorece la mayor velocidad de adición de monómeros y, por tanto, de crecimiento Arp2/3: Participa en la iniciación de la formación de filamentos ramificados y cortos. Inicia la formación y permanece en el extremo -. Inicia también la formación de filamentos ramificados. Estos filamentos son importantes en el impulso del movimiento celular en la membrana plasmática. ▪ ABPs secuestradoras de monómeros: (Importantes en el balance de actina-G / actina-F, decisivas en cómo funciona el sistema de filamentos de actina) Profilina: Favorece la polimerización en actina F mediante generación de actina G-ATP. Timosinas: Se unen a los monómeros de actina G-ATP e impiden su polimerización en actina F  ▪ ABPs de coronación o encapucha miento (Regulan la longitud de los filamentos de actina mediante la unión de sus extremos) Cap Z → extremo+, en la línea Z, inhibe polimerización Tropomodulinas → Estabiliza el extremo - ▪ ABPs despolimerización y de fragmentación: Cofilina (el resto de las proteínas no): Se unen a actina G – ADP (en el extremo – o en el centro del filamento) e inducen su despolimerización. No tienen afinidad nunca por el extremo +, la despolimerización es dividir filamentos preexistentes Gelsolina: Se unen a actina F e inducen la separación del filamento en distintas unidades. Favorecen la aparición de nuevos filamentos a partir de los generados. o Motoras: Interacciones de la actina con otras proteínas (fundamentalmente MIOSINA) que son responsables de funciones como la contracción muscular, citocinesis y transporte de vesículas y orgánulos dentro de la célula. (Regulan la movilidad de los filamentos de actina, motilidad asociada a filamentos de actina). Ej: Tropomiosina, Caldesmona, Calponina. – Transporte de vesículas u orgánulos se puede hacer con filamentos de actina, pero principalmente se hace mediante microtúbulos. ▪ ABPs Miosinas: Miosina II (presente en las células musculares – dibujo), interacciones de actina y miosina II organizadas en sarcómeras en células musculares, se dirigen las miosinas al extremo + de la actina, pueden hacerlo en sarcómeras o en filamentos independientes en la célula como en el caso de la citocinesis formando el anillo contráctil ya que los filamentos de actina en esta región se van contrayendo. Suelen asociarse en parejas de moléculas Miosinas no convencionales: Miosina I, Miosinas III-XIV (descritos hasta 20 tipos diferentes). La miosina I se encarga del transporte de cargas (p.ej. vesículas) a lo largo de filamentos de actina. Se desplazan hacia el extremo +, solo pueden ir en ese sentido del filamento de actina, por tanto, función de transporte celular y en lugar de ir en parejas, van individuales. 1.4 FUNCIONES DE LOS MICROFILAMENOS: La actina aparece fundamentalmente en las partes apicales de las células fundamentalmente cuando están polarizadas. (Dibujo de ejemplos) Contracción Muscular Soporte Mecánico: Como en microvellosidades o estereocilios (No son cilios, se parecen más a unos microvellosidades alargadas e incluso ramificadas). Anclaje Célula-Célula: Zónula Adherente Anclaje Célula – Matriz Extracelular: Uniones Focales Morfogénesis de conductores: Uniones adherentes (destacan haces de filamentos de actina en la parte apical de las células). De esta forma se curvan las células que se encuentren muy unidas por la parte apical Formación del tubo neural del embrión: Se produce un surco debido a los filamentos de actina, por la misma razón que en el punto anterior Transporte en las células mediante anclaje a la matriz / Migración Celular: Mediante contracción/retracción y extensión de filamentos de actina (se extienden hacia donde se dirige la célula y luego se expanden en esta sección, luego el polo opuesto de la célula se retrae) y esto se hace en ciclos sucesivos. Formación del anillo contráctil en la citocinesis: Se forma en anillo en la zona central, se comienza a reducir el espacio, los filamentos de actina se contraen y por compresión se dividen en dos células Ciclosis en vegetales: Movimiento de forma cíclica, en una única dirección, del citoplasma bajo la membrana plasmática alrededor de la vacuola central. Los cloroplastos no sufren este proceso de ciclosis, ya que la posición en la que se encuentran se debe a una región cercana a la pared celular donde se absorbería mejor la luz. Esto de que no se muevan se debe a que hay una barrera de filamentos de actina que separa un citosol (el que se mueve) del otro (el que no se mueve). Por ello la parte que no se mueve forma el citoplasma cortical. Fagocitosis: La célula cambia de morfología y tamaño para ingerir elementos de gran tamaño del exterior, como bacterias o virus. 2.- FILAMENTOS INTERMEDIOS: Aportan consistencia a la célula en general y poner en contacto a los demás elementos del citoesqueleto, ponen en conexión los filamentos de actina con microtúbulos y relacionan los elementos del citoesqueleto. También tienen un tamaño entre filamentos de actina y los microtúbulos. Forman haces sin ningún tipo definido en regiones de fricción, como el epitelio de nuestros pies. Características: No polaridad (no extremos + y -) No participan en el movimiento celular Proporcionan fuerza mecánica (mencionado antes) Elemento integrador del resto de componentes del citoesqueleto Mantenimiento del sistema de anclaje No participaran en el transporte de elementos celulares Tipos, destacados: Familia I: Queratinas – Células epiteliales (Soporte mecánico y dureza) Familia III: GFAP – En astrocitos (células gliales) Familia IV: Neurofilamentos – Neuronas de SNC (Mantenimiento de la morfología característica de las neuronas y de la estructura, importantes para que las neuronas puedan seguir viviendo, para que la fisiología neuronal sea correcta) Familia V: Láminas (A, B, C) – Envuelta nuclear 2.1 MORFOLOGÍA: Dos moléculas lineales (parte intermedia) con cabeza y cola de tipo globular (parte de los extremos) en los extremos aminos y carboxilo Forman Dímeros con cabeza y cola globulares y una sección en alfa-hélice intermedia Tetrámeros se unen lateralmente (Asociación Lateral Escalonada) y se aparean unidos entres sí mediante puentes de hidrógeno (Asociación de Extremos) La unión es desfasada, parte amino cercana a carboxilo de la siguiente. Están invertidas una frente a otro. Se unen formando hileras y uniones laterales con otras filas a la vez, en este proceso de polimerización. Polimerización: No hay gasto energético, son muy estables (difíciles de reemplazarse una vez formados), pero con recambio y se controla mediante fosforilación (desensamblaje) y desfosforilación (ensamblaje) 2.2 IFAPs – PROTEÍNAS ASOCIADAS A LOS FILAMENTOS INTERMEDIOS: Depende del tipo de filamento intermedio las proteínas que se asocian, pero la plectina aparece prácticamente en todas las uniones de filamentos intermedios con otros elementos de citoesqueleto. 2.3 FUNCIONES: Estabilidad mecánica Integración del citoesqueleto (Plectina) Forma celular Envuelta nuclear Sarcómeras (Se unen proteínas asociadas a FI desde las sarcómeras o unidades contráctiles hasta la membrana plasmática, la proteína desmina. Luego también hay desmina que une las sarcómeras con el núcleo y mitocondrias y se encuentran en hileras entre sarcómera) Axones Sistema de anclaje celular 3.- MICROTÚBULOS: No son macizos sino tubos proteicos huecos de 25-14 nm de diámetro externo/interno. Son estructuras dinámicas (ensamblaje/desensamblaje) y polarizadas (extremo + / extremo -). Son responsables de: Forma celular (aunque principalmente son los FI) Movimientos celulares Transporte de orgánulos División celular En las células vamos a poder encontrar MT de forma no organizada estrictamente que pueden aparecer y desparecer con cierta rapidez, se denominan lábiles, y hay otras que están formados por MT estables que una vez formados no se eliminan (forman flagelos, cilios, centriolos), están estabilizados, se denominan estables y no se polimeriza ni despolimeriza. 3.1 ORGANIZACIÓN MOLECULAR: Hileras de tubulina de dos tipos que conforman casi la totalidad de los microtúbulos, forman dímeros de tubulina alfa y beta y luego proceden a formar filamentos que son los protofilamentos (secuencias de tubulinas alfa-beta-alfa-beta…, repetidos n veces formando dímeros) Se asocian de forma circular 13 protofilamentos para formar los MT. También hay tubulina gamma que se encarga de estabilizar los MT en el extremo -. Están polarizados: Extremo +: Predomina el crecimiento rápido (pero se puede dar despolimerización, así como en el extremo – también se puede dar la polimerización, pero es menos común) Extremo -: Predomina el crecimiento lento o despolimerización 3.2 POLIMERIZACIÓN Y DESPOLIMERIZACIÓN: Dímeros de α y β tubulina - GTP polimerizan en el extremo +, formando una caperuza de GTP. El GTP unido a la β-tubulina se hidroliza tras la polimerización y pasa a dímeros de α y β tubulina – GDP. El que un microtúbulo crezca o se acorte viene determinado por la velocidad de adición de la tubulina respecto a la hidrólisis de GTP. Si la adición es mayor que la hidrólisis se mantiene una caperuza de tubulina-GTP Si es, al contrario, las tubulinas se desensamblan Por todo ello se establece un equilibrio dinámico (Inestabilidad Dinámica) 3.3 MAPs – PROTEÍNAS ASOCIADAS A MICROTÚBULOS*** Estructurales: MAPs (1, 2, 𝝉, 4) Los microtúbulos tienden a ser estructuras dinámicas, pero si se acortan en exceso algunas de estas MAPs se unen para estabilizarlos y evitar que sigan acortándose. Participan en la estabilidad de los MT. o Algunas controlan la inestabilidad dinámica de los microtúbulos uniéndose a los extremos +. o Otras los destruyen o los estabilizan uniéndose a lo largo de su extensión o La estabilización de los microtúbulos en regiones celulares concretas supone un mecanismo importante para determinar tanto la forma como la polaridad celular o MAP1, MAP2, MAPτ, MAP4 MAPs Dinámicas: (Dineínas y Quinesinas, dos familias de proteínas) Proteínas motoras implicadas en el transporte de vesículas y orgánulos. o Sus estructuras son comunes: Unas patitas/cabezas (dominios que interactúan con MT) que les permiten unirse a los MT y un extremo con cadenas ligeras e intermedias (dominios que interactúan con los elementos membranosos) que les permite unirse a elementos membranosos o proteínas de membrana. o Como norma general siempre va la quinesina/cinesina hacia el extremo + y las dineínas al extremo – 3.4 CENTRO ORGANIZADOR DE MICROTÚBULOS – CENTROSOMA: Centrosoma: Centro Organizador de MT del que parten los MT de la célula, se unen y estabilizan el extremo -, también destaca que no se une a las estructuras estables de cilios, flagelos… Hay MT unidos al Centrosoma que van reduciendo su tamaño por el extremo + y esto ocurre porque se hidroliza la capucha GTP y se convierte en una especie de extremo - que se va despolimerizando. Los dos centriolos, que están perpendiculares, como estructura se denominan diplosoma. Alrededor aparece un complejo denso a los electrones formados por proteínas entre las que se encuentra la gamma tubulina. Este conjunto forma el centrosoma. Es el Centro organizador de MT: Par de centriolos: o Cada centriolo: 9 Tripletes de MT de forma esférica (9x3 + 0) formados por alfa, beta y delta tubulina, están unidos por puentes de nexina. Los túbulos de cada triplete se denominan (de más interno a más externo) A, B, C y tienen respectivamente 13, 10, 10 protofilamentos. Es del túbulo A del que surgen unas proteínas de unión (fibras de dineína) que unen los túbulos A con los C del triplete anterior. o Satélites pericentriolares (las globulares) y apéndices pericentriolares (las fibrilares) o Fibras de Centrina: Fibras proteicas que mantienen unidos los dos centriolos del par Complejo de anillos de tubulina gamma Material pericentriolar, alrededor de los centriolos que forma la “matriz del centrosoma”. En este material hay una especie de anillos de tubulina gamma a partir de proteínas del material pericentriolar que permiten que la tubulina gamma forme anillos a partir de los cuales polimerizan las tubulinas alfa y beta, surgen los protofilamentos 3.5 ESTRUCTURAS FORMADAS POR MICROTÚBULOS: CILIOS Y FLAGELOS Estructura común, aunque diferente número y longitud. Los cilios mueven el espacio cercano a la célula mientras que los flagelos mueven la célula. Estructuras Cilio / Flagelo: Parte o Cuerpo Basal: Lugar donde se estabilizan los MT, se encuentran las raíces ciliares. De aquí surge todo el cilio o flagelo y está introducido en la célula. Tiene la estructura de un centriolo 9x3+0 prácticamente idéntica. Placa Basal: Zona de transición entre el cuerpo basal y la parte del tallo. Se encuentra justo a la altura donde estaría la membrana plasmática. Tiene estructura de 9x2+0. En su interior hay proteínas abundantes, es una región densa a los electrones. Tallo o Axonema: Corresponde a la parte que está fuera de la superficie celular. Tiene una estructura de 9x2+2. Los dupletes se unen mediante dineína (que es proteína motora que se une y separa de los dupletes generando la curvatura de los dupletes y formando el movimiento ondulatorio de los cilios y los flagelos) y nexina (duplete con duplete, el A con el B del siguiente) Apéndice de la estructura: Finalmente en la punta del cilio/flagelo se van perdiendo los dupletes quedando MT solitarios, siendo el último en perderse el duplete central Diferencia de cilios y flagelos: Estructura: Como los flagelos son más largos necesitan un sostén para mantenerse rectos y los movimientos de batida sean efectivos. Para ello aparecen vainas proteicas entre los dupletes periféricos y los centrales a los que pueden incluso estar las vainas proteicas asociados. MT y división celular: Los centriolos se duplican antes de la división celular, cada centriolo da lugar a otro antes de la división y posteriormente cada uno de los nuevos pares migran a un polo de la célula y forman los MT del huso acromático. Los MT cromosómicos se unen al cinetocoro de los cromosomas o interactúan con los del polo opuesto. TEMA 7: CICLO CELULAR 1.- FASES: Interfase: G1 – Actividad Metabólica / Crecimiento (G0) S – Replicación del Material Genético De gran importancia ya que la célula debe estar segura de que el material genético puede duplicarse y está duplicado (al final) de forma correcta G2 – Crecimiento celular + Preparación para la división (No prima tanto su actividad fisiológica normal) Fase M: Mitosis o Meiosis (Reparto del material genético - Cariocinesis) Citocinesis Hay distintos tipos de ciclos celulares: Estándar (como lo mencionado anteriormente) Ciclo celular del embrión (Primeras etapas) Solo hay fase S y M, no hay crecimiento celular y por lo tanto el estado de mórula tiene el mismo tamaño que el óvulo. 1.1 CONTROL DEL CICLO CELULAR: Ciclos de crecimiento y División celular Control del crecimiento celular y de la duplicación del ADN Control por parte de: o Reguladores celulares internos o Factores de crecimiento (integración del organismo) 1.2 REGULACIÓN DEL CICLO CELULAR: Coordinación entre señales internas o reguladores celulares internos (Crecimiento celular, Replicación del ADN) y reguladores celulares externos (Factores de crecimiento) Hay diversos puntos de control: Control de fase G1: Punto de control START (Levaduras): División, depende de o Disponibilidad de nutrientes en el medio o Tamaño celular (Relación de tamaño del núcleo y la célula) o Factores de apareamiento (específico de levaduras, no tan destacable)  Punto de control en G1 avanzada: (Punto de regulación principal de la proliferación celular) Punto de restricción (análogo al punto START de levaduras) determina: o Entrada en el ciclo o Entrada en G0 Una vez rebasado este punto de restricción las células entran en fase S y completan el ciclo (incluso en ausencia de factores de estimulación). En caso contrario, la célula, aunque sea metabólicamente activa, queda detenida en ese punto; bien indefinidamente, bien hasta que reciba el estímulo apropiado (Depende también de factores de crecimiento) Ejs.: Neuronas / Fibroblastos/ Osteocitos Punto de control en fase G2: En algunos casos el punto de control de la proliferación se encuentra en G2: Detención previa a la entrada en mitosis (Ej: Oocitos de mamíferos) Los mecanismos expuestos anteriormente, determinan la entrada en el ciclo celular en función de determinados factores. Una vez la célula entre en ciclo, cada uno de los acontecimientos que tiene lugar deben ser controlados finamente para que tengan lugar de manera adecuada: Control del ciclo celular La coordinación entre las distintas fases del ciclo celular depende de un sistema de Puntos de Control. Previenen de la entrada en la siguiente fase hasta que no se haya completado correctamente la anterior Una vez que empieza la fase S y duplicación del ADN, se termina por lo general, esta fase no se para normalmente. La mayoría de estos puntos de control revisan el estado del ADN (buscan la existencia de daños o fallos en la replicación del ADN), si está dañado se detiene y sino prosigue, aunque no siempre se tiene en cuenta esto. Ejemplo: p53 es una proteína supresora de tumores que, ante daños en el ADN, provoca la parada del ciclo celular. Un p53 defectuoso podría permitir que las células anormales proliferaran, dando por resultado una neoplasia. (Paraliza el ciclo en la fase G1 avanzada) 1.3 REGULADORES DEL CICLO CELULAR: Demostración de la presencia de factores, conservados evolutivamente, que determinan el paso entre las diferentes etapas del ciclo. El paso por las diferentes etapas del ciclo celular viene determinado por un conjunto de factores reguladores y proteínas quinasas. Ejemplo: En el esquema se muestra el experimento que permitió demostrar la existencia de un factor promotor de la maduración (MPF) de oocitos (paso de G2 a M). Posteriormente se detectó su presencia en células somáticas, no sólo en oocitos. A un ovocito en fase G2 se le añade progesterona y esto induce su entrada en fase M y división. Se hace una microinyección del citoplasma de este ovocito a otro que se encontraba en fase G2 y esto a su vez provocaba la entrada del nuevo ovocito en fase M y su división. La caracterización molecular de MPF (Factor Promotor de la Maduración) mostró que estaba compuesto por: Ciclina B: Subunidad reguladora requerida para la actividad de Cdk1 Cdk1: proteína Kinasa (Kinasa dependiente de ciclina) Se activa la Cdk1 al unirse a la Ciclina B (Ser/Thr kinasa). MPF depende de Ciclina B (Que va aumentando su cantidad hasta llegar a un punto máximo). Hay más tipos de Cdk y de Ciclinas cuya asociación es decisiva para sobrepasar diferentes controles del ciclo. 1. Las kinasas Cdk1 inactivas permanecen en la célula durante toda la interfase 2. Se produce la síntesis de Ciclina B 3. Asociación de Cdk1 y de Ciclina B 4. Fosforilación en tres puntos/residuos de la Cdk1: Esto hace que se inhiba la actividad de MPF y se mantenga inactivo pero preparado 5. Desfosforilación de 2 de los restos: Esto genera la activación de MPF y comienza el proceso de Mitosis 6. Degradación de la Ciclina B por la Ubiquitina ligasa, APC/C (Complejo Promotor de la Anafase / Ciclosoma), se encarga de promover la degradación de la ciclina y desfosforila la Cdk1 7. Desfosforilación del último resto que quedaba de Cdk1: Ya queda simplemente Cdk1 sin fosforilar Existen factores extrínsecos que regulan el ciclo: Necesidad de la Asociación de Ciclinas con Cdk Fosforilaciones que desactivan el complejo (inhibidoras) pero aun así una es necesaria (activadora) Inhibidores de Cdk (CKI), hay varios tipos. En células de mamífero se han identificado dos familias CKI’s que se asocian con diferentes complejos y están implicadas en distintas fases del ciclo celular (El CKI p27 (de la familia Cip/Kip), un inhibidor de Cdk que detiene la progresión del ciclo celular por interacción con ciclina A-Cdk2.) Control del ciclo celular por daño en el ADN: Kinasas ATM y ATR son activadas por complejos que detectan daños en el ADN. ATM y ATR fosforilan (activan) kinasas ChK1 y ChK2. ChK1 y ChK2 fosforilan e inhiben a la fosfatasa Cdc25 necesaria para activar Cdk1 y Cdk2. Esto provoca la detención del ciclo en los puntos de control de G1, S y G2 Papel del p53 como regulador del ciclo celular: Con la activación de ATM y ChK2, el factor de transcripción p53 es fosforilado y, por tanto, estabilizado. Los altos niveles de p53 provocan la transcripción del gen que da lugar al factor p21. El factor p21 es un inhibidor de los complejos Cdk2/Ciclina E o A. Detención del ciclo celular en fase G2. La pérdida de función de p53 por mutaciones previene la detención del ciclo, por lo que el ADN dañado es transmitido a las células hijas en vez de ser reparado. El acúmulo de estas mutaciones contribuye al desarrollo de cáncer Ciclo Celular y Cáncer: Ciclina D necesaria para pasar G1. Ciclina D se degrada rápidamente (necesario aporte continuo de factores de crecimiento) para mantener los niveles hasta sobrepasar G1. Mutaciones que provocan una expresión continua de ciclina D, o de la reducción de las moléculas que la degradan, se han detectado en algunos tipos de cáncer como linfomas y cáncer de pulmón. TEMA 8 MITOSIS En el ciclo celular una célula puede tomar dos caminos: Proliferación / División Diferenciación Proceso de división nuclear en el que las moléculas de ADN de cada cromosoma, previamente replicadas (cromátidas), se reparten con exactitud en dos núcleos hijos. La mitosis suele acompañarse de la citocinesis, fase en la que el citoplasma se escinde en dos. Estos dos procesos generan, a partir de una célula, dos células hijas con contenido genético idéntico entre sí e idéntico al de la célula madre. Tipos de Mitosis según MT del áster: Astral: Hay MT del áster que se unen a la membrana, en células animales. Anastral: No hay MT del áster que se unen a la membrana, en células vegetales. Tipos de Mitosis según el proceso del Núcleo: Cerrada: Se suele dar en eucariotas como levaduras, son divisiones en las que en núcleo no se desintegra Abierta: Divisiones en la que el núcleo sí se desintegra 8.1 ELEMENTOS DEL APARATO MITÓTICO: Aparato Acromático: Lo que no tienen que ver con los cromosomas: o Huso Mitótico: ▪ MT Cromosómicos / del Huso Cromosómico: En contacto con el cinetocoro de cromosomas ▪ MT Polares / del Huso Polar: No contactan con los cromosomas, pero interactúan entre ellos ▪ MT Astrales / del Huso Astral: Contactan con la membrana de la célula Los dos últimos también son de gran importancia en el proceso de división de los cromosomas. o Centrosomas Aparato Cromático: o Cromosomas 8.2 REGULACIÓN DE LA FASE M: Entrada en Fase M mediada por MPF (Ciclina B/Cdk1) que activa otras Kinasas (Aurora A y B y Polo) que establecen un bucle de retroalimentación positiva en su activación. Las kinasas Aurora A y B y Polo interactúan entre sí y son degradadas por el complejo APC / C. Todas ellas llevan a cabo: Condensación de la Cromatina: Fosforilación de las condensinas Rotura de la Envuelta Nuclear: Fosforilación de láminas, complejos de poro y proteínas de la membrana nuclear Fragmentación del Golgi y del RE: Fosforilación de las proteínas de matriz del Golgi Formación del Huso Mitótico: Fosforilación del centrosoma. Cinetocoro y proteínas asociadas a MT. Previamente a la fase M se procede a la duplicación del centrosoma. En la división de centriolos, cada uno de los centriolos genera otro perpendicular a él, las proteínas de unión se separan, los centriolos a pares se podrán separar entonces y emigran a cada uno de los polos de la célula. Las cohesinas son unas proteínas en forma de “pinza” que unen el material genético de las cromátidas hermanas y en algunos casos de cromosomas homólogos incluso, las cohesionas en la fase G2 se encuentran en toda la extensión de las cromátidas mientras que en el inicio de la profase se encuentran solo entorno al centrómero, cercano al cinetocoro. Las condensinas son las proteínas que se condensan para formar cromosomas, a partir de cada cromátida. El factor APC / C promueve la ruptura de cohesina por lo que comienza la Anafase. Este factor comienza a aparecer cuando comienza la mitosis y alcanza su máximo en el inicio de la Anafase. Es el factor desencadenante de la Anafase. 8.3 FASES DE LA MITOSIS: 8.3.1 PROFASE: Comprende el 40% del total de la mitosis: Empaquetamiento de cromosomas Modificaciones de las histonas, activación de condensinas. Desensamblaje del aparato de Golgi en pequeñas vesículas Centrosomas (duplicados en fase S), reclutan γ-tubulina y otras proteínas para la formación del huso y migran a polos opuestos. Están implicadas las kinasas Aurora y Polo. Cromosomas duplicados previamente. Se forman MT adicionales que van a formar el huso mitótico. Las kinasas Aurora y Polo (entre ellas se retroalimentan) están activadas por el factor MPF  8.3.2 PROMETAFASE: Algunos la contemplan otros no, es una etapa de escasa duración, pero es la etapa en la que el nucleolo deja de ser visible completamente y la envuelta nuclear se desensambla y se fracciona en pequeñas vesículas. Se produce el desensamblaje de la lámina nuclear y la fosforilación de nucleoporinas y desensamblaje de los poros nucleares. Cinetocoro, situado en el centrómero de los cromosomas, como estructura especial que posee proteínas entre las que se encuentran las kinasas Aurora y Polo, con la que contactan los MT por el extremo +, se ven como una densificación en la cromatina en la parte externa y llegan multitud de MT no únicamente uno. Mientras el Huso mitótico se extiende de polo a polo. Las proteínas Kid, tipo proteínas motoras en los cinetocoros y en las cromátidas de los cromosomas entre otras proteínas, son las responsables de ejercer las fuerzas suficientes para que se produzca la correcta alineación de los cromosomas en la placa metafisaria, los inducen a desplazarse hacia la parte central, lejos de los polos del huso (una vez se han unido los MT al cinetocoro de los cromosomas) 8.3.3 METAFASE: Comprende el 20% de la duración de la Mitosis. Contacto estrecho microtúbulos con el cinetocoro (20-30 microtúbulos por cinetocoro). Se produce un Flujo de Tubulina. No quedan los cromosomas rígidos en la placa central, no están estáticos sino pq hay tensiones oscilando de un lado al otro de la placa media. Esto se debe al flujo de tubulina (despolimeriza por el extremo – y polimeriza por el extremo +). La oscilación no solo se debe a los MT unidos a cromosomas sino también los MT polares o interpolares, debido a que interactúan porque se asocian con dineína (que va al extremo – del MT), esto provoca el movimiento de los centriolos que se separan 8.3.4 PUNTO DE CONTROL PASO METAFASE A ANAFASE: Elementos Mad (capaz de unirse a cinetocoros, mad se une a cinetocoros libres que no estén unidos a MT) y elemento Bub, la unión del elemento Mad con el Bub, que tiene lugar si hay cinetocoros libres, inhibe la función del complejo APC/C y por tanto la célula queda para