Transporte Vesicular (PDF)

Universidad Nacional del Cajamarca Facultad de Ciencias de la Salud Escuela Académico Profesional de Ingeniería Zootecnista Transporte vesicular: flujo vesicular Blgo. Psq. Ronald F. Zelada Mázmela M.Sc.PhD Las células eucariotas se caracterizan por el reparto ordenado y di...

Universidad Nacional del Cajamarca Facultad de Ciencias de la Salud Escuela Académico Profesional de Ingeniería Zootecnista Transporte vesicular: flujo vesicular Blgo. Psq. Ronald F. Zelada Mázmela M.Sc.PhD Las células eucariotas se caracterizan por el reparto ordenado y dirigido de moléculas entre diferentes compartimentos celulares. En muchos casos este reparto está mediado por vesículas, que actúan como vehículos para transportar moléculas entre algunos orgánulos celulares. El transporte vesicular. Estos son los orgánulos encargados en el transporte vesicular: el retículo endoplasmático liso, rugoso y el complejo de Golgi.  ¿Que es una vesícula? Las vesículas son organelas o pequeños compartimentos, separados del citosol por una bicapa lipídica similar a la Membrana Plasmática. Son por lo general una membrana que se forma de manera natural como resultado de las propiedades de los distintos lípidos de membrana como los fosfolípidos. La función de las vesículas es viajar entre orgánulos celulares, participando también la membrana celular. Sirven para transportar moléculas solubles, es decir, disueltas en el medio acuoso de su interior, y moléculas de membrana, que viajan formando parte de la propia membrana de la vesícula, como son lípidos, canales o receptores.  ¿Que es una vesícula? Las vesículas se forman en el compartimento fuente y se cargan con aquellas moléculas que deben ser transportadas. Una vez liberadas en el citosol, las vesículas son dirigidas hacia el orgánulo o compartimento diana, al cual reconocen, y con el que finalmente se fusionan. Las moléculas transportadas formarán parte del orgánulo diana y Es lo que ocurre con algunas proteínas que viajan en vesículas desde el retículo endoplásmico, pasan por el aparato de Golgi, donde son empaquetadas en nuevas vesículas hacia otros compartimentos como la membrana plasmática o los endosomas. El movimiento de los vesículas en el citoplasma ocurre sobre los rieles compuestos por microtúbulos.  ¿Que es una vesícula? Fusión de vesículas El mecanismo de fusión de una vesícula con su compartimento diana es complejo. Ha de ser selectivo puesto que la célula ha de asegurarse de que una vesícula sólo se fusiona con aquel compartimento para el que las moléculas que transporta han sido destinadas. Pero además, abrir y fusionar membranas supone saltar una barrera termodinámica importante. Esto se hace en pasos sucesivos.  COATOMEROS: Los COP, o coatómeros son complejos proteicos que participan en la formación de las cubiertas de vesículas membranosas en el interior de las células, en el inicio de las vías secretoras. Se trata de un proceso conservado evolutivamente en los eucariotas. Existen dos clases de estas proteínas, cada una implicada en un tipo de transporte diferente: COPI (/cop uno/), que media el transporte retrógrado (desde el trans-Golgi al cis-Golgi y al retículo endoplasmático), y COPII (/cop dos/), que media el transporte anterógrado (desde el retículo endoplasmático rugoso al cis-Golgi). COATOMEROS: PROTEÍNAS SNARE: Las proteínas SNARE —acrónimo derivado de su nombre en inglés 'SNAP (Soluble NSF Attachment Protein) REceptor'— o receptores de proteínas de fijación soluble de NSF (factor sensible a la N-etilmaleimida) son un grupo de proteínas cuyo papel principal es facilitar la fusión de las vesículas, encargadas del transporte de moléculas necesarias para el funcionamiento de las célula, con los compartimentos celulares apropiados. Se trata de una familia de proteínas grande, con al menos 24 miembros presentes en las levaduras y más de 60 en los mamíferos. Descripción de la interacción de la proteína SNARE con las vesículas durante la exocitosis. Ensamblaje, cerradura y desacoplamiento. PROTEÍNAS RAB: Las Rab son una familia de proteínas GTPasas de la superfamilia Ras. Forman parte del sistema de formación y transporte de vesículas y fusión de membranas, controlando el reconocimiento inicial o anclaje de las vesículas a la membrana del compartimiento celular al que deben incorporarse. Existen numerosas isoformas de Rab en las membranas de diferentes compartimentos celulares. Tráfico vesicular a traves del Sistema de Endomembranas Becker,W.M. y col. 2000  Complejo de golgi El aparato de golgi está formado por una serie de cisternas aplanadas que se disponen regularmente formando pilas. A todo el conjunto de pilas y conexiones se le denomina complejo de golgi. Es un orgánulo polarizado y cada pila contiene dos dominios, un lado cis y unlado trans. Entre ambos se encuentran las cisternas intermedias.  Complejo de golgi Lado cis del complejo de golgi Lado trans del complejo de golgi En este existe un proceso continuo de formación Este posee una organización túbulo-vesicular de cisternas con material procedente de la fusión denominada TGN (entramado trans del de compartimientos túbulo vesiculares aparato de golgi) donde las cisternas con las denominados ERGIC (Retículo endoplásmico del moléculas procesadas se deshacen en compartimiento intermedio de golgi) que se vesículas que se dirigen a otros forma con material proveniente del retículo compartimentos celulares. endoplásmico.  COMPLEJO DE GOLGI: FUNCIÓN: - Participa en la secreción celular (varios organelos citoplasmáticos intervienen en esta función y el Complejo de Golgi es uno de ellos). - Participa en el transporte de proteínas, las que son englobadas al formarse las vesículas de transición por REL , luego a la cisterna y posteriormente a las vesículas de secreción. - Participa en la polimerización de polisacáridos - Interviene en las glucosilaciones para formar glucoproteínas o glucolípidos. - En las células vegetales participa en la síntesis de pectatos y hemicelulosa que son constituyentes de la pared celular. - Aporta con material nuevo a la membrana citoplasmática a través de la exocitosis. - Participa en la formación de lisosomas primarios. - Interviene en la formación del acrosoma del espermatozoide y del nematocisto en las hydras. Secreción regulada Las vesículas de la secreción regulada provienen fundamentalmente del aparato de Golgi y se acumulan en el citoplasma. Cuando reciben la señal para su liberación se dirigen hacia regiones concretas de la membrana plasmática, luego es un proceso dirigido no sólo en el tiempo sino también en el espacio. Las células nerviosas representan un ejemplo extremo. Una vez empaquetadas las vesículas en el soma neuronal tienen que ser dirigidas hacia el terminal presináptico, que en algunas neuronas puede estar a centímetros de distancia. Además de las neuronas existen otras células polarizadas, como es el caso de las del epitelio digestivo, que poseen una parte apical y otra basal. Sería un desastre que las células epiteliales intestinales fusionasen las vesículas y liberasen las enzimas digestivas que contienen en la región de la membrana plasmática orientada hacia los tejidos internos y no hacia la luz del tubo digestivo. La direccionalidad del camino de estas vesículas está determinada por la acción de los microtúbulos y filamentos de actina del citoesqueleto, el cual, mediante la intervención de las proteínas motoras, las transporta hasta su lugar de fusión apropiado. Secreción regulada La liberación de moléculas al exterior celular supone la fusión de la membrana de la vesícula con la membrana plasmática, de la cual terminará por formar parte. Sin embargo, en base a las imágenes obtenidas con el microscopio electrónico se ha propuesto otra posibilidad adicional, el modelo de exocitosis denominado "besa y corre" (kiss-and-run) (Figura 2). Aquí la vesícula no se fusiona completamente con la membrana sino que lo hace de una manera incompleta formando un poro que comunica el interior de la vesícula con el exterior celular por donde liberará su contenido. Posteriormente se cierra el poro quedando la vesícula vacía en el citosol. Este tipo de exocitosis se ha propuesto para las sinapsis y para las células cromafines. En algunos casos se ha observado que las vesículas se pueden fusionar entre sí pero sólo algunas de ellas llegan a fusionar con la membrana plasmática. Es lo que se llama exocitosis compuesta puesto que el contenido de varias vesículas se mezclan entre sí. Secreción regulada  Secreción constitutiva La secreción constitutiva o exocitosis constitutiva se produce en todas las células y se encarga de liberar moléculas que van a formar parte de la matriz extracelular o bien llevan moléculas en la propia membrana de la vesícula que sirven para regenerar la membrana plasmática. Es un proceso constante de producción, desplazamiento y fusión de vesículas, con diferente intensidad de tráfico según el estado fisiológico de la célula. ENDOSOMAS: Los endosomas son unos compartimentos membranosos que presentan una forma irregular, generalmente con aspecto de grandes "bolsas", que a veces también forman túbulos membranosos. Se comportan en la vía de endocitosis de manera similar a como lo hace el TGN (trans Golgi network) en la vía de exocitosis, es decir, son una estación de llegada, clasificación y reparto de moléculas que se comunica con otros compartimentos de la célula. A los endosomas llega material en las vesículas que provienen de la membrana plasmática vía endocitosis y otras vesículas que provienen del TGN del aparato de Golgi. El compartimento que se forma tras una fogocitosis o una macropinocitosis es directamente un endosoma. Desde los endosomas salen vesículas de reciclado hacia la membrana plasmática y hacia el aparato de Golgi llevando de vuelta sobre todo membrana y receptores transmembrana, mientras que el resto de las moléculas sigue su procesamiento hacia los lisosomas. ENDOSOMAS: Los endosomas de una célula son heterogéneos tanto morfológica como funcionalmente. Incluso en un mismo endosoma puede haber regiones de su membrana realizando funciones diferentes. Al conjunto de los endosomas de una célula se le llama compartimento endosomal. Hay dos propuestas sobre cómo se organiza el compartimento endosomal: Diferentes tipos de endosomas. Habría en una misma célula endosomas con características estables en el tiempo encargados de realizar tareas concretas. Estarían los endosomas tempranos próximos a la membrana plasmática que reciben las vesículas de endocitosis; endosomas de reciclaje desde los que parten vesículas a la membrana plasmática y al aparato de Golgi; cuerpos multivesiculares o endosomas tardíos localizados en zonas más internas de la célula, que reciben vesículas cargadas de hidrolasas ácidas desde el TGN del aparato de Golgi, y envían otras recicladas de vuelta al TGN, y que terminan fusionándose con los lisosomas para la degradación de las moléculas y vesículas que contienen. Todos estos tipos de endosomas estarían comunicados por vesículas. ENDOSOMAS: LISOSOMAS 23  LISOSOMAS Fue Descubierto por el citólogo Belga Christian De Duve. Este organelo esta limitado por una membrana que es permeable a las sustancias digeridas e impermeable a las enzimas y a las sustancias no digeridas, el pH del interior del lisosoma es de 4,6 a 5,0, ésta particularidad de que el pH óptimo de las enzimas lisosómicas protege al citoplasma en caso de fuga y su acción no es tan drástica. Puede darse el caso de que por desordenes genéticos alguna enzima lisosómica esencial este ausente, esto origina la acumulación de los sustratos en forma no- reactiva lo que causan las conocidas enfermedades de almace-namiento, Ejemplo: la enfermedad de tay-sachs, que origina acumulación de lípidos en las células cerebrales, produciendo retraso mental, ceguera y finalmente la muerte, esta enfermedad genética es común en descendientes judíos-europeos. Se les encuentra en todas las células eucariotas y se les clasifica en 02 categorías: Lisosoma primario y lisosoma secundario 24  DIFERENCIAS ENTRE LISOSOMA PRIMARIO Y LISOSOMA SECUNDARIO Lisosoma Primario Lisosoma Secundario Contenido Solamente Enzimas Enzimas más sustrato Origen Formados por el Complejo Formado por la fusión de un lisosoma de Golgi. primario con una vesícula transportadora que contiene sustancias para ser digeridas. 25 Como se señaló, se cree que los lisosomas se forman a partir de endosomas que recibieron dos clases de partículas transportadoras. Poseen un elevado polimorfismo por la diversidad del material encocitado y por el echo de que cada clase de lisosoma posee una combinación singular de enzimas hidrolíticas de las que existen alrededor de 40a 50. Este grado de acidificación se alcanza gracias a la bomba de H+ presente en el lisosoma, el cual, junto con otro transportador de iones Cl- (HCl) consiguen bajar el ph hasta un punto en que las enzimas hidrolíticas lisosomicas se activan. La membrana del lisosoma se halla protegida del efecto destructor de las enzimas hidrolíticas porque su cara luminal o interna contiene una enorme cantidad de glicoproteínas. En el interior de los lisosomas las proteínas y los hidratos de carbono endocitados son digeridos a péptidos y monosacáridos, respectivamente. 26 Estos y otros productos de degradación atraviesan la membrana lisosómica y pasan al citosol, donde terminan de digerirse o se aprovechan para construir nuevas moléculas. Por su parte, culminadas sus funciones, las enzimas lisosómicas también pasan al citosol, donde son degradadas. Finalmente, libres de las enzimas y del material digerido, los lisosomas se reconvertirían en endosomas. Algunas sustancias endocitadas no terminas de digerirse y permanecen en los lisosomas que por ello reciben el nombre de cuerpos residuales. En ocaciones las sustancias no digeridas son expulsadas de la célula mediante un proceso comparable a la exocitosis. Si esto no ocurre, con el tiempo se convierten en pigmentos de desgaste (GRÁNULOS DE LIPOFUCCINA) depositados en el citosol. 27  AUTOFAGIA: La célula elimina organoides envejecidos por un mecanismo denominado AUTOFAGIA, que incluye la formación de autofagosomas, los cuales se forman con la ayuda del REL. Una vez unido al autosoma secundario, se convierte en fagolisosoma, culminando con la degradación del organelo. En neuronas, hepatocitos, y células musculares cardíacas, los autofagosomas terminan convertidos en GRÁNULOS DE LIPOFUCCINA. 28  PEROXISOMAS Y GLIOXISOMAS Se encuentran en casi todas las células eucarióticas y está limitada por una membrana única y con un diámetro de 0,5 m, aproximada-mente. Algunas veces presentan una zona central formada por enzimas cristalizadas. En los animales los peroxisomas son más comunes en las células hepáticas y del riñón, la ausencia de estos organelos en los órganos anteriormente citados es la causa de una fatal enfermedad en la infancia, el síndrome cerebrohepatorrenal En los peroxisomas existen, generalmente, dos (02) tipos de enzimas que actúan en secuencia: Oxidasas: Mediante oxidación a sustratos producen peróxido de hidrógeno (H2O2) que es un compuesto tóxico y peligroso. Se encuentran 03 oxidasas: Urato oxidasa, d- aminoácido oxidasa y oxidasa del ácido α-hidroxílico. Catalasa: destruye el peróxido de hidrógeno ½O2 OXIDASAS O2 H2O2 CATALASA 2H2O RH2 R2 R’H2 R’ 31 En las hojas verdes, existen peroxisomas que realizan la FOTORRESPIRACIÓN, en este proceso se relacionan con los cloroplastos y las mitocondrias, debido a que el producto de uno de ellos sirve como sustrato para otro. Las series de reacciones empieza en los cloroplastos en donde se realiza en presencia de luz y se incorporan O2 y se libera CO2 , este organelo produce glicolato (compuesto de dos carbonos) que puede difundir hacia los peroxisomas en donde es transformada en glioxilato por acción de la glicolato oxidasa, con la formación de peróxido de hidrógeno (H2O2), el glioxilato mediante la aceptación de un grupo amino puede ser convertido en glicina que es transferido hacia la mitocondria para ser convertido en serina. Las células vegetales poseen otro tipo de peroxisoma, el cual, además de tener glicolato oxidasa y la catalasa presentan otras enzimas que no se encuentran en las células animales. Este organelo recibe el nombre de GLIOXISOMA, que está presente, principalmente, en las semillas en proceso de germinación, donde transforma los ácidos grasos almacenados en azúcares para obtener energía para la producción de materiales para la plántula. Las series de reacciones reciben el nombre del ciclo del Glioxilato. 32  EL SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS EN LA CÉLULA VEGETAL: En las células indiferenciadas del meristema, el RE es relativamente escasas y están enmascaradas por numerosos ribosomas libres que llenan el citosol. En cambio, en las células vegetales diferenciadas el RE es abundante y forma túbulos que ingresan a los plasmodesmos. En las células que forman mucílago, se observan abundantes vesículas secretorias surgiendo del complejo de Golgi. Además, componentes del complejo de Golgi sirven para el transporte de ciertas proteínas de depósito, como la vinicilina y la legumina en los cotiledones de algunas leguminosas, y la zeína en el endospermo de maíz. Estas proteínas se localizan en organoides especiales, cuerpos proteicos o gránulos de aleurona. En las células vegetales existe uno o más compartimentos llamados vacuolas, limitados por membranas que pueden representar entre el 10 y 90% del volumen del citoplasma Se cree que las vacuolas se forman por la fusión entre si de vesículas provenientes del complejo de Golgi. Además, el complejo de Golgi participa en la formación de la pared de la célula vegetal. 33