T5 - Transport vesicular i Aparell de Golgi PDF

T5-Transport-vesicular-i-Aparell... FarmaHero_05 Biología Celular 1º Grado en Farmacia Facultad de Farmacia y Ciencias de la Alimentación Universitat de Barcelona Reservados todos los derechos. No se permite la ex...

T5-Transport-vesicular-i-Aparell... FarmaHero_05 Biología Celular 1º Grado en Farmacia Facultad de Farmacia y Ciencias de la Alimentación Universitat de Barcelona Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10859943 TEMA 5: El Transport vesicular i l’Aparell de Golgi 1. TRANSPORT VESICULAR Transport vesicular → manté la comunicació entre els diferents compartiments i permet que les proteïnes arribin correctament a la membrana plasmàtica. ERES (Exit sites) → Dominis del RE especialitzats en la sortida de les proteïnes perquè aquestes arribin a l’Aparell de Golgi o a altres compartiments (grànuls de secreció, endosomes…) i, posteriorment, a la membrana plasmàtica i/o a l’exterior. VIES BIOSINTÈTICA-SECRETORES El transport des del RE a l’aparell de Golgi i des d’aquest a la superfície cel·lular o a qualsevol altre lloc es fa mitjançant vesícules (que han de passar prèviament per l’aparell de Golgi). Aquesta via pot ser de 2 tipus: a. Via anterògrada: via que va del RE a la MP, passant per l’Aparell de Golgi. b. Via retrògrada: via que va de la MP al RE = Les proteïnes i/o lípids entren a la cèl·lula i accedeixen als endosomes, després les transporten fins a l’Aparell de Golgi. El seguiment de la via biosintètica secretora d’una proteïna es marca amb una proteïna fluorescent o s’observa amb el microscopi òptic in vivo. S’observa com: 1. La proteïna es sintetitza al RE 2. La proteïna es comença a concentrar als llocs que faciliten el seu transport (ERES) ja que és on es formen les vesícules i/o els cossos de transport. TIPUS DE VESÍCULES Vesícules que en sentit anterògrad o retrògrad trasporten molècules entre les diferents cisternes del Golgi fins al RE. Vesícules esfèriques Elements de transport irregulars = túbuls situats entre les cisternes del Golgi CENTROSOMA És un orgànul situat prop de l’Aparell de Golgi que dirigeix tots els microtúbuls de la cèl·lula. Això facilita que les entitats transportadores viatgin fins el nucli i, posteriorment, des de l’Aparell de Golgi fins a la Mem. plasmàtica, on es fusiona la vesícula perquè la proteïna es distribueixi. 1.1. IMPORTÀNCIA DEL TRANSPORT VESICULAR Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10859943 Totes les vesícules sintetitzades al RE han de ser transportades i dirigides cap al seu compartiment corresponent. Si el transport no és regulat, pot originar malalties greus. Les proteïnes de coberta són imprescindibles ja que permeten la deformació de la membrana (per gemmació o invaginació), amb l’objectiu de poder mantenir la curvatura i fer que altres proteïnes permetin la fissió d’aquesta gemmació. D’aquesta manera la vesícula es pot fusionar amb el compartiment diana correcte perquè aquest pugui rebre proteïnes i material per seguir sent funcional. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Aquesta especificitat direccional és possible gràcies a les proteïnes SNARE i Rabs ja que permeten que la vesícula vagi al compartiment que li correspon (específic). El transport cel·lular és possible gràcies al citoesquelet. ELS VERITABLES PROTAGONISTES James Rothman, Randy Schekman i Thomas Südhof = científics estatunidencs que van guanyar el Premi Nobel de Medicina el 2013 perquè van descobrir les proteïnes que intervenen en el transport vesicular. Com ho descobreixen? - James Rothman: treballant amb cèl·lules de mamífer va descobrir que eren homòlogues. - Randy Schekman: ho va descobrir en els llevats. - Thomas Südhof: va realitzar un estudi sobre l’alliberament de neurotransmissors mitjançant l’observació de vesícules sinàptiques 1.2. MAQUINÀRIA DEL TRANSPORT VESICULAR 1. Selecció 2. Formació de vesícules de transport (gemmació i escissió, proteïnes de coberta…) 3. Moviment i direcció (proteïnes motores i citoesquelet) 4. Fusió amb el compartiment diana (SNAREs, Rabs PROTEÏNES DE COBERTA: Les proteïnes de coberta són complexos proteics que formen una coberta i donen forma a les vesícules transportadores de proteïnes i lípids. La seva funció és desenvolupar la força necessària per trencar la membrana, seleccionar allò que ha d’entrar dins la vesícula i formar aquesta. Elimina la publicidad de este documento con 1 coin Biología Celular Banco de apuntes de la a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10859943 TIPUS: ➔ COPI I = és la principal proteïna de coberta, formada per diverse proteïnes. Funciona a l’aparell de Golgi i s’encarrega del tràfic des de l’AG fins al RE, produint vesícules que viatjaran per transport anterògrad. ➔ COPI II = és un conjunt de proteïnes que s’ensamblen formant vesícules en el RE. Per tant, s’encarrega del tràfic des del RE fins a l’AG, produint vesícules que viatjaran per transport Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. retrògrad. Aquesta via forma les vesícules ERES perquè les vesícules han de viatjar fins la membrana plasmàtica per sortir a l’exterior. ➔ CLATRINA = s’encarrega del tràfic des de la membrana plasmàtica fins als endosomes i de la xarxa de transgolgi fins als endosomes tardans. És la forma més regular ja que quan s’ensambla ella mateixa forma un triskelion que forma part d’una cistella esfèrica constituïda per hexagons i pentagons. FOSFATIDILINOSITOLS: Els fosfatidilinositols (són lípids) regulen el moment i el lloc en els quals es formen les vesícules. Per tant, intervenen en la senyalització a determinats llocs de la membrana. En resum, permeten que selectivament, es reclutin les proteïnes que intervindran en la formació de vesícules. Els fosfatidilinositols-4,5-difosfat s’hidrolitzen gràcies a la fosfolipasa i, quan arriba un estímul amb una kinasa, s’uneixen a proteïnes amb dominis d’interacció. Certes proteïnes adaptadores faran de pont entre la membrana i la clatrina i, per tant, permetran la unió de PI2 o PI3. ➔PI(4)P: situat als ERES del RE. Permet que, en un moment determinat, s’iniciï la deformació de les membranes i es formi una vesícula en la membrana. ➔PI(4,5P)P2: situat a llocs de la MP on es produeixen vesícules, segons la presència de Clatrina. LES PROTEÏNES SNARE: Les proteïnes SNARE són proteïnes helicoïdals que són traduïdes al citosol i que presenten una regió hidrofòbica en el seu extrem C-Terminal que permet la inserció d’aquestes a la bicapa lipídica de les membranes. Així, queden encarades al citosol i poden realitzar les seves funcions. Les proteïnes SNARE són les encarregades de facilitar la fusió de les vesícules a les membranes corresponents. I, a més, s’encarreguen de l’especificitat de direccionament en el transport vesicular. Hi ha 2 tipus: V-SNARE = localitzades a la membrana de les vesícules, cada una té una parella d’interacció. T-SNARE = localitzades a la membrana del compartiment diana, cada una té una parella d’interacció. La V-SNARE i la T-SNARE interaccionen entre elles, fet que permet que la vesícula interaccioni amb la membrana Elimina la publicidad de este documento con 1 coin a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10859943 Procés de fusió de les vesícules amb la membrana: I. EN ser proteïnes helicoïdals, s’enrotllen entre elles fortament (la v-snare amb la t-snare), provocant l’apropament de la membrana de la vesícula i la del compartiment. II. Aquesta forta interacció venç la part hidrofílica del citosol. III. Els fosfolípids de les dues membranes es barregen. IV. S’inicia la fusió entre les dues membranes. Pot ser de 2 tipus: - Fusió homotípica = si la fusió entre vesícules i compartiments és igual - Fusió heterotípica = si la fusió entre vesícules i compartiments és dife V. Un cop produïda la fusió, les SNARE se separen gràcies a les proteïnes NSF (xaperona citosòlica amb activitat ATPasa), les quals alliberen energia per separar-les perquè puguin seguir regulant processos de fusió. PROTEÏNES RABS (superfamilia proteïnes Ras): Les proteïnes Rabs són proteïnes monomèriques amb activitat GTPasa que es localitzen en diferents compartiments. S’encarreguen de regular l’especificitat de direccionament vesicular i la freqüència del transport vesicular. Per tant, augmenta l’eficiència del transport vesicular. Funcionament: 1. En la seva forma inactiva (unida a GDP) es mantenen solubles en el citosol gràcies als GDI (inhibidors que eviten que la proteïna s’activi, fa de interruptor molecular). 2. En una membrana, s’activa la GEF (guanine exchange factor) que, a la vegada, activa la seva Rab-GDP respectiva. Això passa perquè cada proteïna Rab correspon a una GEF determinada que es troba en la membrana d’un compartiment concret. 3. La GEF dissocia GDP que permet la unió del GTP a la proteïna Rab (forma activa). Poden passar 2 cosses: - Canvi de conformació: farà que una regió hidrofòbica de la proteïna Rab es pugui inserir a la bicapa del compartiment. Desenmascarament (es pot ancorar de forma +estable) - Les proteïnes Rab s’uneixen als seus efectors = per tal de realitzar les seves funcions. Els efectors poden ser: ➔Proteïnes motores del citoesquelet: la Rab activa permet que la vesícula viatgi pels microtúbuls. Per tant, afavoreix el tràfic vesicular a través del citoesquelet. Ex: Rab5 ➔Proteïnes inhibidores de la interacció entre els SNARE: la Rab dissocia una de les proteïnes inhibidores perquè les SNARE puguin interaccionar fortament. Per tant, regula els processos de fusió de les vesícules. 4. La vesícula viatja al compartiment que li correspon on es facilitarà la seva fusió. Per tant, les Rabs són com interruptors ja que regulen la freqüència en què es donen les interaccions. FORMACIÓ DE LES COPII (en l’ER): Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10859943 El complex COPII és un complex proteic format per diverses proteïnes que faciliten la formació de les vesícules en els ERES. Les proteïnes COP I i COP II són les que s’encarreguen del transport entre el Reticle Endoplasmàtic i l’Aparell de Golgi. Formació de les vesícules 1. En la membrana del RE es formen els ERES, en llocs on no hi hagi ribosomes però si PI(4)P ja que aquests permeten l’arribada de proteïnes (Sec-12) que faciliten l'inici de la formació de vesícules. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. 2. La proteïna Sec-12 en activar-se, porta la proteïna Sar-1-GDP a la membrana del RE per canviar el GDP per GTP. 3. La proteïna Sar-1-GTP canvia la seva conformació i està activa. Exposa una zona hidrofòbica que permet una forta unió a la membrana del RE. Hi ha 2 conseqüències: - Creació efecte cunya = al incloure una zona hidrofòbica més en una de les monocapes de la membrana, fa que aquesta es deformi i desenvolupi la curvatura necessària perquè es formi la vesícula. - Degut a l’estat actiu = la proteïna Sar-1-GTP interacciona amb les proteïnes del complex COPII, les Sec23-Sec24, i s’hi uneix. 4. Les proteïnes translocadores (receptors) de la membrana del RE (que estan unides a Sec24) viatgen fins on es troben les Sec24 i s’hi uneixen = selecció del cargo que es transporta cap a l’Aparell de Golgi. 5. Les proteïnes Sec23-Sec24 recluten altres subunitats del complex COPII, les Sec13-Sec31, i, en oligomeritzar-se totes aquestes es forma la vesícula de transport. 6. La formació d’aquesta provoca l’activació de l’activitat GTPasa de la proteïna Sar-1 GTP i, per consegüent, aquesta s’inactiva a si mateixa (en passar a conformació inactiva, adherida a GDP) i la vesícula deixa d’interaccionar amb ella. 7. La vesícula es desprèn i s’inicia el transport = la vesícula es pot unir a altres vesícules, formant agrupacions tubovesiculars transitòries entre el RE i el Golgi, les quals viatgen a través de microtúbuls. 8. Mentre es formen, les vesícules COP I positives fan retornar altres proteïnes i lípids al RE = via anterògrada. Ex: Arf-1 o Xaperones BiP. 1.3. SEQÜÈNCIES DE RETENCIÓ AL RETICLE ENDOPLASMÀTIC: KDEL KDEL = Lisina (L), Àcid aspàrtic (D), Àcid glutàmic (E), Leucina (L). Aquestes són conseqüències de les proteïnes que han de ser retornades al RE. Aquestes són reconegudes per un receptor que permet la seva selecció i el seu empaquetament amb coberta COP I, per ser retornades al RE. Receptor = té seqüències d’interacció amb el complex COP I a la cua citosòlica: 1. El complex COP I és atret pel receptor 2. Un conjunt de complexos COP I conformen la vesícula 3. Les proteïnes han de ser retornades s’empaqueten en aquesta i segueixen la via retrògrada. ↑↑ interacció receptor-KDEL = ↓↓pH (= [H+]) Elimina la publicidad de este documento con 1 coin a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10859943 A la llum del RE el ph és neutre (7). En canvi, mentre s’avança per la via anterògrada, el pH de les cisternes va disminuint (+àcid) perquè cada cop les membranes presenten una major quantitat de bombes de protons i amb major activitat. Quan ens allunyem del RE, la interacció receptor-KDEL augmenta i, per tant, les proteïnes que s’han transportat de forma inespecífica poden ser retornades cap al RE més fàcilment. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. 2. APARELL DE GOLGI 2.1. MORFOLOGIA DE L’APARELL DE GOLGI L’aparell de Golgi és un conjunt de cisternes aplanades (de 4 a 8), que es troben en la zona perinuclear en animals, a prop del centrosoma ja que: - La seva localització i funcionalitat: relacionades amb el transport a través de microtúbuls. - La seva forma: relacionada amb l’actina del citoesquelet. Conjunt de cisternes = DICTIOSOMA - Cisternes Cis: cisternes d’entrada al Golgi. Comunicades amb la Xarxa-Cis-Golgi, sistema de selecció d’entrada de les partícules que han d'accedir al Golgi. - Cisternes Intermitges - Cisternes Trans: cisternes de sortida del Golgi. Comunicades amb la Xarxa-Trans-Golgi, sistema de selecció de sortida de les partícules que han de ser dirigides cap a diferents compartiments. 2.2. FUNCIONS DE L’APARELL DE GOLGI 1) Classificació de proteïnes i direccionament cap a diferents destinacions. 2) Síntesi de carbohidrats/sucres: - PECTINA = paret cel·lular dels fongs - Cel·lulosa o Hemicel·lulosa = paret dels vegetals - Glucosaminoglicans (GAGs) = repeticions de disacàrids units linealment i no ramificats, constituents de la matriu extracel·lular dels animals (proteoglicans). 3) Síntesi de glucolípids. 4) O-glicosilació. 5) Modificacions de glúcids dels glucolípids i glucoproteïnes provinents del reticle. 6) Sulfatació (càrrega negativa). 7) Proteòlisi i maduració de proteïnes. MODIFICACIÓ DELS GLÚCIDS DE PROTEÏNES Elimina la publicidad de este documento con 1 coin a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10859943 Al Reticle endoplasmàtic les proteïnes es troben glicosilades amb 2 N-acetilglucosamines i algunes manoses. - Si NO són modificades al Golgi = sucres rics en manoses - Si són modificades al Golgi = sucres complexos Les proteïnes glicosilades amb sucres complexos segueixen un procés seqüencial → Els sucres són units a les proteïnes en conseqüència de la unió de sucres anterior; si un d’ells no és unit a la proteïna, els següents tampoc. 1. Una proteïna arriba a la cara cis del Golgi i, si és reconeguda, les manosidases eliminen certes manoses d’aquesta. 2. Després de perdre algunes manoses, s’hi uneixen N- acetilglucosamines. 3. 3. Posteriorment, s’hi uneixen galactoses. 4. 4. Finalment, s’hi uneixen àcids siàlics i/o fructoses. Importància de la glicosilació: ❖Protecció (p.ex, de l’acció de proteases delimitant l’aproximació d’altres molecs.) ❖Reconeixement/direccionament (per lectines a l’adhesió cel·lular o M6P-R a lisosomes) ❖Sensibilització (de receptors pels seus lligands) ❖Control de qualitat (de les proteïnes que arriben des de el RE) Model per determinar si una proteïna està glicosilada amb sucres complexos: Endo H: Endoglicosidasa que hidrolitza els sucres que no contenen N-acetilglucosamines (sucres rics en manosa), ja que no estan protegits per aquesta. Aquesta, permet observar aquelles proteïnes en què els sucre no han estat hidrolitzats, aquelles que presenten N-acetilglucosamines i, per tant, les que han estat glicosilades amb sucres complexos. 2.3. POLARITZACIÓ DEL GOLGI El model seqüencial de modificació de proteïnes amb sucres complexos demostra que l’Aparell de Golgi està polaritzat. Això vol dir que: - Té una composició proteïca diferent en cada tipus de cisterna - Té una composició enzimàtica diferent en cada una d’aquestes (en cada una d’elles actuen diferents enzims per incorporar els diferents sucres) Immunodetecció juntament amb or col·loïdal ⇒ ha permès observar la localització de cada tipus d’enzim en el conjunt de cisternes. Models que expliquen la polaritat: a. Model del transport vesicular→ Les proteïnes viatgen d’unes cisternes a altres, les quals són estàtiques (cisternes cis, intermitges i trans), a través de vesícules. b. Model de maduració de cisternes→ Les vesícules en fusionar-se homotípicament, formen cisternes mòbils del Golgi mentre que, a la vegada, es formen vesícules de retorn. Les cisternes maduren mentre hi ha un transport vesicular anterògrad: Proteïnes petites = vesícules en sentit anterògrad per arribar abans a TGN Proteïnes grans = transport per maduració de cisternes (no poden amb vesícules) Entre les cisternes poden existir connexions i túbuls, a través dels quals poden viatjar determinades molècules per travessar el Golgi i accedir a la TGN. Com circulen les molècules entre les diferents cisternes del Golgi? Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10859943 COCUN = encarregada del transport vesicular Elimina la publicidad de este documento con 1 coin Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.