Estudio de la estructura de los orgánulos y sus funciones (PDF)

TEMA 2: Estudio de la estructura de los orgánulos y de sus funciones principales en la célula eucariota animal. Célula animal: Citoplasma / Citosol : (no es orgánulo) Medio celular, sin estructura aparente, en el que se encuentran el núcleo, los orgánulos, las inclusiones y diversas estructura...

TEMA 2: Estudio de la estructura de los orgánulos y de sus funciones principales en la célula eucariota animal. Célula animal: Citoplasma / Citosol : (no es orgánulo) Medio celular, sin estructura aparente, en el que se encuentran el núcleo, los orgánulos, las inclusiones y diversas estructuras. Gel casi líquido que contiene (en disolución o suspensión) sustancias como enzimas (biocatalizador; acelera los procesos metabólicos) e inclusiones citoplásmicas que no forman parte de los orgánulos o estructuras celulares. Es vital para la célula, debido a los procesos que en él se realizan: Las propiedades coloidales de la célula, la formación del huso mitótico y la división celular. Actúa como un tampón que equilibra el pH celular (7.4). Transcripción Contiene: 1. ATP, GTP, tRNA y moléculas de señalización celular 2. Enzimas que intervienen en los diferentes procesos ○ ej: Biosíntesis de aminoácidos Núcleo Contiene el genoma celular (DNA), almacenando la información genética y es el centro de control celular. Se producen la replicación del DNA, la transcripción y procesamiento del RNA. En eucariotas los mRNA sufren procesos postranscripcionales antes de salir al citoplasma, los cuales modifican la expresión génica. La separación por la membrana nuclear, al separar el genoma del lugar de traducción del mRNA desempeña un papel vital en esta expresión. ENVUELTA NUCLEAR Separa el contenido del núcleo del citoplasma, manteniéndolos como compartimentos independientes metabólicamente. Sus únicos canales son los complejos de poro nucleares, que controlan el paso de proteínas y RNA, con un papel clave en la regulación genética. Estructura: 2 membranas nucleares (interna y externa), la lámina nuclear (cara interna) y los complejos de poro. ○ Su membrana es una bicapa fosfolipídica solo permeable a moléculas muy pequeñas, actuando como una barrera selectiva. ○ La membrana externa se continúa con la del retículo endoplásmico y también posee ribosomas en su superficie. ○ La interna tiene muchas proteínas integrales de membrana (unión la matriz celular de láminas) LÁMINA CELULAR Subyacente a la membrana interna, red de proteínas fibrosas (lamininas) que da soporte estructural al núcleo, la lámina nuclear.Estas proteínas se ensamblan entre sí formando dímeros, que se asocian dando lugar a los filamentos. La lámina nuclear se relaciona con la cromatina, COMPLEJO DE PORO Vital para la salida de las moléculas de RNA, y para entrada de proteínas necesarias al núcleo Moléculas pequeñas difunden libremente por el poro (difusión pasiva), pero la mayoría de proteínas y el RNA pasan por transporte selectivo Las proteínas destinadas al núcleo son “etiquetadas” con señales de localización nuclear (ej: importinas) que serán reconocidos por los receptores nucleares en el poro. Las que deben salir del núcleo, se señalizan mediante la señal de exportación nuclear (ej: exportinas) ORGANIZACIÓN DE CROMOSOMAS Territorios cromosómicos: Los cromosomas ocupan distintas zonas del núcleo y se organizan de manera que la actividad transcripcional de un gen se relaciona con su posición. Localización de cromatinas y actividad transcripcional: La heterocromatina (muy condensada) transcripcionalmente inactiva se asocia con la envuelta nuclear (dominios asociados a lámina o LAD) o con nucleolo (dominios asociados al nucleolo o NAD). La eucromatina (descondensada) transcripcionalmente activa está en el interior del núcleo. Fábricas de replicación y transcripción: ○ La replicación del DNA se da en grandes complejos con múltiples horquillas de replicación. ○ La transcripción también se da en lugares agrupados enriquecidos en RNA pol. y factores de transcripción. CUERPOS NUCLEARES Tiene algunos orgánulos diferenciados en su interior, no rodeados por membrana. Nucleolo: Síntesis de rRNA y producción de ribosomas, mediante el ensamblaje de las subunidades ribosómicas. Cuerpos Polycomb, centros de represión transcripcional mediante metilación de histonas. Cuerpos de Cajal y motas, procesamiento y almacenamiento de moléculas (snRNP) relacionadas con el procesamiento del pre-mRNA y en el ensamblaje de la telomerasa. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO Red de túbulos y sacos rodeados de membrana, se extiende desde la membrana nuclear por el citoplasma. Suele ser el orgánulo más grande, la luz (interior) puede llegar al 10% total del volumen celular 2 tipos: Retículo endoplásmico rugoso (RER), cubierto por ribosomas en su superficie citosólica, su función es el procesamiento y distribución de proteínas. Retículo endoplásmico liso (REL), no posee ribosomas en superficie, su función es el metabolismo de lípidos, aunque también almacena calcio. R.E.R (diapositiva 16 pregunta de examen) Las membranas del retículo endoplasmático rugoso constan de un 30% de lípidos y un 70% de proteínas, mayor contenido de proteínas que la membrana plasmática.  Función principal: Almacenar proteínas sintetizadas por sus ribosomas para su glucosilación (procesamiento) y empaquetamiento para transferirlas a otro orgánulo o al exterior celular. Las proteínas secretadas siguen la vía secretora: RER→ Golgi→ Vesículas de secreción→ Exterior de la célula Según su destino final, las proteínas se traducen en ribosomas libres, o del RER. Las proteínas pueden translocarse al RE durante su síntesis en los ribosomas de membrana (translocación cotraduccional) o después de ser sintetizadas en elcitosol (postraduccional). La común en mamíferos es la cotraduccional: los ribosomas implicados en la síntesis de proteínas cuyo destino es la secreción, están marcadas para dirigirse al RE mediante una secuencia señal de la cadenapolipeptídica Inserción de las proteínas en la membrana del RE: Las proteínas cuyo destino es la membrana plasmática o la membrana del RE, Golgi lisosomas, se insertan en la del RE en vez de ser liberadas a la luz. Siguen la misma vía de: RE -> Golgi -> Membrana plasmática o lisosomas. Pero lo hacen como componentes de la membrana (proteínas integrales, que en muchos casos atraviesan la bicapa lipídica normalmente con regiones alfa-hélice). La luz del RE equivale al exterior celular topológicamente, los dominios proteicos de la membrana plasmática expuestos en la superficie celular son los translocados previamente al interior del RE. También se producen en él los procesos de: Procesamiento de proteínas: ○ Adición de cadenas de azúcares/oligosacáridos (Glucosilación) para formar glucoproteínas. ○ Plegamiento de cadenas polipeptídicas en su forma tridimensional correcta (mediado por chaperonas) o el ensamblaje de proteínas constituidas por varias subunidades.  ○ Control del correcto plegamiento: Si las proteínas no se pliegan bien, son degradadas rápidamente siendo identificadas por las propias chaperonas, enviadas al citosol y degradadas por el sistema ubiquitin-proteasoma. R.E.L ( no tiene pegados ribosomas) Principal función: síntesis de la mayoría de lípidos celulares, como lípidos de membrana y otros como hormonas esteroideas, además de constituir un almacén de calcio celular. La mayoría de fosfolípidos proviene del glicerol y son sintetizados en la cara citoplasmática de la membrana del RE. Esto hace que los fosfolípidos (hidrófobos, quedan dentro de la membrana) nuevos sólo se añaden a esta cara de la membrana (citosólica) del RE. Para mantener el equilibrio deben transferirse a la otra mitad, por medio de una flipasa Las flipasas catalizan la translocación de fosfolípidos y en todas las membranas celulares existen diferentes familias de ellas. También es el principal lugar de síntesis de colesterol y ceramida que se transforma englicolípidos o esfingomielina (único fosfolípido de membrana que no deriva de glicerol en el Golgi) Es el responsable de la síntesis de productos finales o precursores de todos los lípidos principales de las membranas. Es muy abundante en células muy activas en metabolismo lipídico: Células productoras de hormonas esteroideas (sintetizadas a partir de colesterol), en órganos como testículos u ovarios. En células hepáticas donde metaboliza compuestos liposolubles RE: EXPORTACIÓN DE PROTEÍNAS Y LÍPIDOS Proteínas y lípidos migran a través de la vía secretora desde el RE en vesículas de transporte hacia el Golgi. Previamente se forma el compartimento intermedio RE-Golgi. Estas vesículas se forman por gemación de membrana, y se funden con la membrana del orgánulo de destino. En este transporte, los lípidos y proteínas de membrana mantienen su orientación topológica de un orgánulo a otro. APARATO DE GOLGI Se organiza en cisternas rodeadas de membrana y vesículas asociadas. Posee polaridad en estructura y función: Las proteínas y lípidos que provienen del RE entran por su cara cis (orientada hacia el núcleo) y tras atravesar el Golgi, salen por su cara trans Funciones principales:  Reprocesado y distribución de las proteínas recibidas del RE para ser transportadas a sus destinos finales: Lisosomas, membrana plasmática o la secreción. Según van atravesando el Golgi, se van modificando. Síntesis de glicolípidos y esfingomielina. Partes: cis, medial, trans y red trans-Golgi. Transporte de proteínas y lípidos a través de él: Desde la parte cis, hasta la red trans que es el centro organizador y distribuidor hacia los destinos finales. 2 posibles modelos de transporte dentro del Golgi: Mediante vesículas en cisternas estables, o de maduración de cisternas GLICOSILACIÓN DE PROTEÍNAS En el Golgi se modifican las porciones de carbohidratos de las glicoproteínas. Se realizan mediante enzimas situadas en los diferentes compartimentos del Golgi, por lo que se produce de manera ordenada mientras la glicoproteína se desplaza a través de él. METABOLISMO DE LÍPIDOS Y POLISACÁRIDOS Síntesis de esfingomielina (único fosfolípido no glicérico de membrana) y glicolípidos desde la ceramida (sintetizada antes en el RE). La adición de carbohidratos a la ceramida da lugar a diversos glicolípidos, que se localizarán en la cara externa de la membrana constituyendo marcadores de superficie para el reconocimiento célula-célula. DISTRIBUCIÓN Y TRANSPORTE Y LÍPIDOS  Distribución por vesículas de transporte desde la red trans hasta su destino celular final. Unas proteínas se transportan a la membrana plasmática directamente o por medio de un endosoma de reciclaje, otras se secretan de la célula y se dirigen a los lisosomas. LISOSOMAS Orgánulos rodeados de membrana que contienen enzimas capaces de degradar todos los polímeros biológicos: Proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos y lípidos. “Sistema digestivo” celular, digiriendo tanto material captado del exterior celular, como componentes obsoletos de la célula. Estas enzimas son en su mayoría hidrolasas ácidas (activas a pH 5, pero no a pH neutro 7,2-7,4), que hidrolizan proteínas, DNA, RNA, polisacáridos y lípidos. ○ Que sean activas solo a pH ácido protege a la célula de una digestión incontrolada, esto se hace mediante una bomba de protones en la membrana lisosómica con gasto de ATP. Los lisosomas digieren el material captado del exterior celular por endocitosis (fagocitosis y pinocitosis). Se forman al fusionarse las vesículas de transporte formadas en la red trans del Golgi con un endosoma tardío (con las moléculas ingeridas por endocitosis). Esta formación de endosomas y lisosomas representa una intersección entre la vía secretora y la vía endocítica, por la que son ingeridas moléculas extracelulares a partir de la superficie celular. Fagocitosis: Células especializadas como macrófagos ingieren partículas grandes como Bacterias, restos de células o células envejecidas para ser eliminadas, que se almacenan en fagosomas que se fusionan con los lisosomas dirigiéndose su contenido (fagolisosoma). Autofagia: Recambio de material celular propio, se forma una vesícula alrededor de l porción citoplasmática u orgánulo (autofagosoma) que se fusiona con un lisosoma y lo digiere.  MITOCONDRIAS Función principal: Generación de energía metabólica. Responsables de la mayor parte de energía útil derivada de la degradación de ácidos grasos y carbohidratos, convertida en ATP en la fosforilación oxidativa. La mayoría de sus proteínas se traducen en ribosomas citoplasmáticos y se importan al orgánulo mediante señales directoras específicas. Es el único orgánulo citoplasmático con DNA propio, el cual codifica tRNA, rRNA y alguna proteína mitocondrial. Su ensamblaje requiere proteínas codificadas por su propio genoma y traducidas en ella, y proteínas codificadas por el genoma nuclear e importadas del citosol ORGANIZACIÓN ESTRUCTURAL Sistema de doble membrana, interna y externa separadas de un espacio intermembrana. La interna forma pliegues (crestas) que se extienden hacia la matriz mitocondrial. La matriz contiene el genoma mitocondrial y las enzimas responsables del metabolismo oxidativo. El piruvato obtenido en la glicólisis entra desde el citoplasma a la mitocondria será oxidado completamente hasta CO2 con generación de acetil CoA, que se metaboliza en el ciclo de Krebs, junto con el acetil CoA que proviene de la oxidación de ácidos grasos. CONTINUACIÓN La oxidación de acetil CoA a CO2 está acoplada con la reducción de NAD+ y FAD a NADH y FADH2, lo cual llevará a la mayor generación de energía derivada del metabolismo oxidativo en el proceso de fosforilación oxidativa, en la membrana mitocondrial interna. La membrana externa es muy permeable a moléculas pequeñas, por la presencia de porinas, siendo la composición del espacio intermembrana y del citosol muy similar. La interna es impermeable a casi todos los iones y moléculas pequeñas, necesario para mantener el gradiente de protones de la fosforilación oxidativa. No son orgánulos estáticos, se pueden mover y continuamente sufren fusiones y fisiones, que remodelan la red mitocondrial de la célula. SISTEMA GENÉTICO DE LAS MITOCONDRIAS Genoma constituido por moléculas circulares de DNA, con varias copias en cada una, y con la información para codificar proteínas esenciales para el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa. Las proteínas necesarias para la replicación y expresión del DNA mitocondrial, está en el núcleo celular. Existen diferencias en codones entre el código genético universal y mitocondrial humano PROTEÍNAS MITOCONDRIALES La mayoría de proteínas se sintetizan en el citoplasma, deben ser importadas a través de 1 o 2 membranas. Para entrar deben estar sin plegar completamente, en ocasiones asociadas con chaperonas, y suelen entrar por diversos complejos transmembrana. LÍPIDOS MITOCONDRIALES Se importan desde el citosol, y se procesan en la mitocondria. En ella se sintetiza la cardiolipina (4 cadenas de ácidos grasos) que mejora la eficiencia de la fosforilación oxidativa. La transferencia de fosfolípidos desde el RE se da en puntos estrechos de contacto entre su membrana y la mitocondrial, mediada por proteínas de transferencia de fosfolípidos. TRANSPORTE MEMBRANA INTENSA La función de generación de energía requiere el transporte eficiente de moléculas pequeñas entre mitocondrias y citosol. La membrana interna tiene muchas proteínas transportadoras.  La energía necesaria para este transporte es proporcionada por el gradiente electroquímico generado por el bombeo de protones a través de la membrana mitocondrial interna durante la fosforilación oxidativa