Biología Celular y Sistémica 2011

Teórico : Aparato de Golgi, Lisosomas y

Peroxisomas.

Dr. Roberto Najle

Las organelas delimitadas por membranas importan proteínas por uno de tres

mecanismos posibles: 1)transporte a través de los poros nucleares. 2)transporte a

través de membranas y 3) transporte por vesículas.

Los códigos señal dirigen las proteínas hacia el compartimiento correcto.

Transporte de proteínas entre compartimentos

Transporte regulado:

Entre citoplasma y núcleo

Transporte transmembrana:

Citoplasma a peroxisomas,

mitocondrias, plastos y RE

Transporte vesicular:

De RE a Golgi

De Golgi a membrana plasmática,

vesículas de secreción, lisosomas

De membrana plasmatica a

endosomas

Rutas entre compartimentos celulares:

Ruta biosíntetica Ruta endocítica Rutas de recuperación

Vesículas de transición llegando desde el RE

Red cis-Golgi(RCG)

Red trans-Golgi (RTG)

Cisternas intermedias

Vesículas de transporte

partiendo de la red

trnasGolgi RTG

Red trans-Golgi (RTG)

Red cis-Golgi (RCG)

Envoltura nuclear

Dictiosoma en una célula animal Dictiosoma en una célula de un alga

Compartimentalización funcional del Golgi

Sin contrastarOsmio

Nucleósido

difosfatasaFosfatasa ácida

La cara cis (o de formacion): mira

hacia los elementos de

transición del RE.

El compartimento del Golgi mas

próximo a los elementos de

transición es una red tubular

denominada red cis- Golgi

(RCG).

cara opuesta La cara trans (o de

maduración) los compartimentos

de este lado forman red de

túbulos red trans-Golgi (RTG).

Las cisternas cis, intermedias y trans son bioquímica y funcionalmente

diferentes, cada compartimiento tiene su propia dotación de enzimas

Tanto el RE como el complejo de Golgi están rodeados de multitud de

vesículas de transporte, que portan lípidos y proteínas desde los elementos

de transición del RE al complejo de Golgi, entre las cisternas del propio

dictiosoma y desde el complejo de Golgi hasta varios destinos celulares(como

gránulos de secreción, los endosomas, los lisosomas y membrana

plasmática).

La mayoría de las vesículas implicadas en la transferencia de lípidos y

proteínas , se consideran vesículas cubiertas (Capas de proteínas), son

responsables de encurvar la membrana, facilitando la vesiculacion y

desaparecen de la vesícula antes de que esta se fusione con la membrana de

destino.

Red cis de Golgi

Cisterna cis

Cara cis

Vesícula de transporte

Red transde Golgi

Cisterna trans

Cisterna media

Cara trans

MODELO DE MADURACION DE CISTERNAMODELO DE TRANSPORTE VESICULAR

cisterna

RCG RTG

Grupo

vesícular

tubular

Papel del RE y el complejo de Golgi en la glicosilación de proteínas

Glicosilación : es la adición de cadenas laterales de hidratos de carbono, a

residuos aminoacílicos específicos de proteínas , para formar las Glicoproteínas.

Existen dos tipos de glicosilaciones:

a) La glicosilacion asociada a N: adicion de una unidad especifica de

oligosacarido al grupo amino terminal de ciertos residuos de aspargina

b) La glicosilacion asociada a O: adicion del oligosacarido al grupo hidroxilo de

residuos de serinas o treoninas.

La primera etapa es la glicosilacion central se verifica en el RE.

Oligosacarido: dos unidades de GlcNAc, nueve de manosa y tres de glucosa.

•Biosíntesis del oligosacarido

central para la glicosilacion en N

de residuos de aspargina .

•Procesamiento inicial del

oligosacarido central.

•Identificación y eliminación de

proteínas mal plegadas.

•Unión de N-acetilgalactosamina

a serina o treonina.

•Primera etapa en la fosforilacion

de proteínas lisosomales.

•Adición de galactosa.

•Adición de ácido siálico.

•Adición de acido sialico.

•Sulfatación de tirosina.

•Eliminación de manosa.•Segunda etapa en la fosforilacion

de proteínas lisosomales.

•Eliminación de manosa

•Unión de N-acetilglucosamina

RCG

RTG

Mig

ració

n a

tra

vé

s d

el C

om

ple

jo d

e G

olg

i

Tipos de proteínas Ejemplos Sitio de síntesis

Proteínas séricas Prot. Matriz extcel. Hormonas peptídicas Enzimas digestivas Proteinas de la leche

Albúmina, transferrina Lipoproteínas Inmunoglobulinas Colágeno, fibronectina Proteoglicanos Insulina, glucagón Endorfinas, encefalinas Tripsina, amilasa, ribonucleasa Caseina, lactoalbúmina

Hígado Linfocitos fibroblastos pancreas cel.neurosecret. pancreas gland.mamarias

Clases de proteínas secretorias en mamíferos

Tipos de proteínas Ejemplos Sitio de síntesis

Proteínas séricas Prot. Matriz extcel. Hormonas peptídicas Enzimas digestivas Proteinas de la leche

Albúmina, transferrina Lipoproteínas Inmunoglobulinas Colágeno, fibronectina Proteoglicanos Insulina, glucagón Endorfinas, encefalinas Tripsina, amilasa, ribonucleasa Caseina, lactoalbúmina

Hígado Linfocitos fibroblastos pancreas cel.neurosecret. pancreas gland.mamarias

Trafico en el sistema de endomembranas. Las vesículas que transportan lípidos y proteínas pueden seguir varias rutas

desde el RE y el complejo de Golgi, dando lugar a vesiculas de secreción, endosomas y lisosomas.1 las proteínas se

sintetizan en los ribosomas unidos a la cara citosolica del RE rugoso. 2 Las etapas iniciales de la glicosilación tienen

lugar en la luz del RE. Las vesiculas de transición llevan hacia la RCG a los lípidos y glicoproteínas recién sintetizadas. 3

Los lípidos y proteínas se desplazan por el dictiosoma gracias a vesiculas o cisternas que van madurando. Desde la RTG

parten las que serán las vesiculas de secreción 4 y las que formaran parte de los endosomas 5, en función de su

contenido proteico. Las vesiculas de secreción se dirigen hacia la membrana plasmática, donde liberan, su contenido por

exocitosis, bien 4a constitutiva bien 4b como respuesta a una señal. 6 La célula toma por endocitosis proteína y otros

materiales, fabricando así vesiculas de endocitosis, que se fusionan con los endosomas tempranos. 7 Los componentes

no destinados a la digestión que sigue a la endocitosis, son reciclados hacia la membrana plasmática. 8 Los endosomas

tempranos, con el material destinado a la digestión, maduran dando lugar, primero a los endosomas tardíos, y luego a

los lisosomas.9 El trafico retrogrado permite el retorno de proteínas especificas a sus compartimentos correspondientes.

Los Lisosomas son organelas acidas que contienen una batería de enzimas

degradativas.

Las plantas y las células fungicidas contienen la mayor parte de los organelas

encontrados en una célula animal pero carecen de lisosomas. En lugar,

contienen una vacuola central grande que favorece muchas de las funciones

de lisosoma.

LISOSOMAS

1) Sintesis de la

enzima lisosomal y

adición del azúcar

2) Fosforilación de

manosa , por la

acción secuencial

de dos enzimas

3) La manosa 6

fosfato se une al

receptor y las enzimas

se empaquetan en

vesículas de

transporte.

4) El bajo pH de los

endosomas tardíos

promueve la

disociación de

enzima y receptor.

5) Reciclado

del receptor

Endosoma

tardío

Lisosoma

RE Rugoso Carbohidrato

Enzima

1) En la superficie interna RTG (pH 6,4) hay receptores manosa 6 fosfato el

pH favorece la unión de enzimas solubles lisosomales.

2) Los complejos receptor-ligando se empaquetan en vesículas de

transporte y se distribuyen hacia los endosomas.

3) Las enzimas lisosomales necesarias para la degradación del material

tomado por endocitosis se transportan desde RTG hasta los endosomas

tardíos(pH5,5).

4) Los endosomas tardíos son la evolución de los endosomas tempranos

formados por vesículas originadas en la RTG y en la membrana

plasmática.

Lisosomas: Compartimentos Digestivo

• Un lisosoma es un saco membranoso con enzimas hidroliticas

• Las enzimas lisosomales pueden hidrolizar proteinas, lipidos, hidratos de carbonos y acidos nucleicos.

• Todas las enzimas lisosomales son hidrolasas acidas (pHoptimo cercano a 5,0 ).5 fosfatasas, 14 proteasas y peptidasas, 2 ,nucleasas, 6 lipasas, 13 glicosidasas y 7sulfatasas.

Enfermedades lisosomales•Exceso de actividad lítica debido al aumento y a la falta de control de la autofagia.

•Daño y cambios en la permeabilidad de la membrana del lisosoma

•Excesiva liberación de hidrolasas hacia el exterior de la célula. las enzimas se

sintetizan en forma normal , pero en lugar de ser dirigidas hacia los lisosomas , son

segregadas hacia el medio extracelular.

•Actividad lítica inadecuada: en Silicosis y ASBETOSIS , GOTA

•Silicosis o enfermedad de los mineros se debe a la captación de fibras de silice por las

celulas fagocitarias de los pulmones. Las fibras quedan encerradas en los lisosomas ,

pero no pueden degradarse, provocando fugas en la membrana lisosomica ,derrame del

contenido de enzimas dentro de la célula y daño al tejido pulmonar.

•Ocurre algo similar cuando las células carroñeras captan fibras de asbesto y ocasionan

la enfermedad llamada asbestosis, ambos padecimientos son debilitantes e incluso

pueden causar muerte.

•Enfermedades de almacenaje debidas a anormalidades genéticas de los lisosomas: se

conocen unas 40 enfermedades lisosomales de acumulación ,de carácter hereditario ,

cada una de ellas caracterizada por la acumulación anómala de una o de múltiples

sustancias, habitualmente polisacáridos o lípidos, que en condiciones normales son

catalizados por hidrolasas lisosomales.

Las células captan materiales del medio extracelular dentro de vesículas

derivadas de pliegues o invaginaciones, de la membrana plasmática,

dividiéndose la captación de materiales extracelulares en dos categorías

FAGOCITOSIS : captación partículas materiales. Vesículas (1 a 2 um de

diámetro).

ENDOCITOSIS: captación de líquidos, solutos disueltos y macromoléculas

suspendidas. Vesículas (1 a 2 um de diámetro).

a) endocitosis a granel y b) endocitosis mediada por receptores (ligandos

especificos).

CITOPLASMA

Pseudopodo

“Alimento” u

otra particula

FLUIDO

EXTRACELULAR

Bacterium

Food vacuole

An amoeba engulfing a bacterium via

phagocytosis (TEM)

Pseudopodium

of amoeba

1 µm

Vacuola

alimenticia

FAGOCITOSIS

Plasmamembrane Pinocytosis

vesicles forming

(arrows) in a cell

lining a small

blood vessel

(TEM).

0.5 µm

Vesicle

ENDOCITOSIS a GRANEL

Receptor

ENDOCITOSIS MEDIADA POR RECEPTORES

Ligando

Coated

pit

Coated

vesicle

Coat protein

Coat

protein

Plasma

membrane

0.25 µm

A coated pit

and a coated

vesicle formed

during

receptor-

mediated

endocytosis

(TEMs).

Los lisosomas son necesarios para

actividades celulares tan variadas como la

nutrición, defensa, reciclado de

componentes celulares y diferenciación.

Aunque la digestión es, casi siempre,

intracelular, en algunos casos las enzimas

lisosomales son segregadas por exocitosis.

Con respecto al origen del material si

proviene del exterior se habla de lisosomas

heterofágicos, si es de origen intracelular se

denominan lisosomas autofágicos.

ial

Formación de lisosomas y su papel en los procesos de digestión celular. En este esquema se muestran

los principales procesos en los que participan los lisosomas. Las rutas mostradas son A fagocitosis B

endocitosis mediada por receptores, C autofagia y D digestión extracelular.

Vesiculas con

hidrolasas

acidas

Endosoma

temprano

Endosoma

temprano

Liberación de

nutrientes ,

conforme

progresa la

digestión

Vacuola

fagocítica

Cuerpo

residual

Endosoma

tardío

Lisosoma

Lisosoma

Endosoma

tardío

Formación de una

vacuola autofágica

alrededor de una

mitocondria

Complejo

de Golgi

Vesiculas de

endocitosis

EndocitosisFagocitosis

Exocitosis, liberando hidrolasas

acidas al medio extracelular

Membrana

plasmática

Peroxisomas: Oxidación

• Peroxisomas son compartimentos metabólicos especializados rodeados deuna simple membrana. Aparecen en células de vegetales superiores yanimales así como hongos, protozoos y algas. En los animales , losperoxisomas se encuentran en la mayoría de las células , pero sonespecialmente abundantes en la del hígado y riñón.

• Además de su papel en la detoxificación del peróxido de hidrogeno, losperoxisomas animales cumplen otras funciones, incluyendo la neutralizaciónde los compuestos peligrosos (como el metanol, el etanol, el formol y elformaldehido ) y el catabolismo de sustancias extrañas (tales como los D-aminoacidos).

• Los peroxisomas animales intervienen también en la degradación oxidativade los ácidos grasos , que son componentes de los traiacilgliceroles, losfosfolípidos y los glicolípidos.

• Peroxisomas son pequeños organelas que contienen enzimas que oxidavarios compuestos orgánicos sin la producción de ATP. Los subproductos de laoxidación se utilizan dentro reacciones biosintéticas.

• Peroxisomas producen peróxido de hidrogeno y convierte a este en agua

Vesículas importantes que se encuentran en el citoplasmade las células eucarióticas.

Miden: 0,5 a 1um de diámetro y presentan en algunascélulas un nucleoide cristalino

Urato de oxidasa, d-aminoácido-oxidasa y oxidasa del ácidoa-hidroxílico oxidan los sutratos y reducen el oxígeno aperóxido de hidrógeno y la CATALASA lo descompone enagua y oxígeno

Peroxisomas

Peroxisomas degradan los ácidos grasos y compuestos

tóxicos. Todas las células animales (excepto eritrocitos) y

muchas células de la planta contienen peroxisomas, una

clase de organelas áspero esféricos, 0.2-1.0 m de diámetro .

Peroxisomas contienen varias enzimas-oxidasas- que

utilizan el oxígeno molecular para oxidar sustancias

orgánicas, en el proceso se forma peróxido de hidrógeno

(H2O2), una sustancia corrosiva.

Peroxisomas también contienen cantidades de copias de

la enzima catalasa que degrada el peróxido de hidrógeno

para rendir el agua y el oxígeno:

2 H2O2 → 2 H2O + O2

Al contrario de la oxidación de ácidos grasos en

mitocondrias, que produce el CO2 y esta acoplada a la

generación de ATP, oxidación peroxisomal de ácidos grasos

produce grupos acetilos y no se ligan a la formación del

ATP

FUNCIONES DEL PEROXISOMA•Catabolismo de ácidos grasos de cadena larga•Metabolismo de radicales libres de oxígeno•Síntesis de lípidos de colesterol y éter•Formación de ácidos biliares•Catabolismo de purinas, prostaglandinas,leucotrienos•Detoxificación de alcohol en el hígado•Metabolismo de estradiol

• Algunas enfermedades congénitas humanas se asocian con laausencia de peroxisomas y/o con la disfunción de sus enzimascomo es:

• Adrenoleucodistrofia neonatal (NALD)alteracion ligada al sexosolo en los varones alteraciones neurologicas profundas yfinalmente la muerte. falla en la b-oxidación de los ácidosgrasos, almacenamiento anormal de lípidos en cerebro, médula,glándulas adrenales)

• Diversas sustancias químicas (drogas, contaminantes

industriales) inducen una proliferación marcada de peroxisomas.

• El estradiol parece tener un efecto depresivo sobre losperoxisomas (por lo menos en hepatocitos de pez).