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Organelos Membranosos
Retículo
Endoplasmático
Rugoso
Envoltura Nuclear
Aparato de
GolgiRetículo
Endoplasmático
Liso
Endosomas
Lisosomas
Sistema de
Endomembranas
participa en la síntesis de proteínas
es un organelo prominente en células secretoras
formado por sacos aplanados llamados cisternas
las cisternas están comunicadas entre sí y ubican en forma paralela cerca del núcleo
Retículo Endoplasmático Rugoso
presenta polirribosomas
las proteínas son integradas a organelos, membranas o secretadas al exterior
realiza el plegado inicial y la glicosilación de las proteínas
las sustancias sintetizadas pasan luego al aparato de Golgi
Retículo Endoplasmático Rugoso (RER)Retículo Endoplasmático Rugoso (RER)
cisternas
ribosomas
envoltura
nuclear
retículo
endoplásmico
liso
retículo
endoplásmico
rugoso
los ribosomas inicialmente se encuentran libres en el citosol
pero existe una secuencia señal que permite unir el ribosoma e insertar la proteína al RE
la señal, llamada péptido señal, es una secuencia compuesta por 6-20 a.a. hidrofóbicos
el PS es reconocido por la PRS (partícula reconocimiento señal), que lleva al ribosoma al RER donde hay
un receptor para la PRS
la PRS es un complejo de ARN y proteínas, que tiene 6 polipéptidos y una molécula de ARN llamada 7SL.
Incorporación Traduccional de Proteínas al RER
A medida que emerge el
péptido señal es
reconocida por la PRS.
La PRS lleva al complejo
hasta el RER donde se une
al receptor de la PRS.
La PRS se libera y el
ribosoma se une al
complejo de translocación
de membrana Sec61.
Se reanuda la traducción y
la cadena polipeptídica es
traslocada a través de la
membrana.
Se elimina el péptido señal
y se libera el polipéptido en
la luz del RE.
Translocación Postraduccional de Proteínas al RER
• Algunas proteínas se sintetizan
en ribosomas libres y se
incorporan después al RER.
• Este proceso no requiere de la
PRS, como en el caso anterior.
• El péptido señal es reconocido
por dos proteínas receptoras
diferentes, que forman el
complejo Sec 62/63, asociadas
al complejo Sec61.
• El complejo Sec62/63 reconoce
el PS y el Sec61 permite
translocar la proteína.
• Este proceso requiere también
de una chaperona llamada BiP
para traslocar la proteína.
Inserción de Proteínas Integrales a la Membrana del RER
• Estas proteínas se incluyen en la membrana mediante regiones hidrofóbicas
que atraviesan la bicapa lipídica.
• Las regiones que atraviesan la membrana son regiones en hélice alfa
constituidas por 20 a 25 aminoácidos hidrófobos.
• Algunas proteínas atraviesan la bicapa una vez y otras varias veces.
• Pueden estar orientadas con el extremo amino o carboxilo hacia afuera.
• La orientación de las proteínas de membrana se establece a medida que las
cadenas se traslocan al RER.
Inserción de Proteínas Integrales a la Membrana del RER
las proteínas tienen una
secuencia amino-terminal que
es eliminada por la peptidasa
señal durante el pasaje de la
cadena por el canal del
complejo Sec61
luego se anclan a la membrana
por una segunda hélice alfa que
atraviesa la bicapa ubicada en
el centro de la proteína
esta secuencia de detención
de la transferencia, produce
el cierre del canal de la
Sec61 y bloquea el pasaje
de la cadena polipeptídica
así, la porción carboxilo terminal de
la cadena se sintetiza en el citosol
Inserción de Proteínas Integrales a la Membrana del RER
• Las proteínas politópicas son insertadas mediante una serie alterna de secuencias señal internas y
secuencias transmembrana de detención de la transferencia.
primero, una secuencia señal interna
da lugar a la inserción de la cadena
polipeptídica en la membrana
luego una secuencia de detención de
la transferencia, por lo cual la cadena
forma un bucle en la luz del RE, y la
síntesis de la proteína continúa hacia
el lado citosólico de la membrana
Inserción de Proteínas Integrales a la Membrana del RER
una segunda secuencia señal, hace que la
cadena en crecimiento se inserte otra vez en
la membrana, dando lugar a otro dominio en
forma de bucle en el lado citosólico de la
membrana
a esto le puede seguir otra secuencia de
detención de la transferencia, y luego otra
secuencia señal y así sucesivamente
ello genera dominios en forma de bucle expuestos
tanto a la luz del RE como a lado citoplásmico de la
membrana
Procesamiento de Proteínas en el RER
1. Rotura proteolítica del péptido señal a medida que la cadena polipeptídica se transloca a
través de la membrana del RE.
2. Plegamiento de las cadenas polipeptídicas.
3. Ensamblaje de proteínas formadas por varias subunidades (cuaternarias).
4. Formación de los puentes disulfuro.
5. Agregado de hidratos de carbono a las glucoproteínas (glicosilación).
Procesamiento de Proteínas en el RER
una de las proteínas principales
en la luz del RE es un miembro de
la familia de las chaperonas
Hsp70 llamado BiP
• las proteínas se translocan a través de la membrana del RE a modo de cadenas polipeptídicas sin
plegar mientras prosigue su traducción.
• estos polipéptidos se pliegan en forma tridimensional en el RE por medio de chaperonas moleculares
que facilitan el plegamiento de las cadenas polipeptídicas.
BiP se une a la cadena sin plegar
cuando atraviesa la membrana y
luego pliega la proteína y ensambla
las proteínas oligoméricas en el RE
las proteínas bien ensambladas se
separan de BiP y pasan al aparato
de Golgi
Procesamiento de Proteínas en el RER
• La formación de puentes disulfuro entre las cadenas es fundamental para el plegamiento y
ensamblaje proteico.
• Los puentes no se forman en el citosol, debido a que es un ambiente reductor que mantiene los
residuos de cisteína en su estado reducido (-SH).
• En el RE, sin embargo, hay un ambiente oxidante que promueve la formación de puentes disulfuro.
• Los puentes disulfuro desempeñan un papel importante en la estructura de las proteínas secretadas y
de la superficie celular.
• La formación de puentes disulfuro está favorecida por la disulfuro isomerasa que se localiza en el RE
Glicosilación de Proteínas en el RER
El proceso comienza con la transferencia de un oligosacárido común compuesto por 14 a
un residuo de asparagina de la cadena polipeptídica en crecimiento.
El oligosacárido se localiza en la
membrana del retículo endoplásmico
unido a un lípido transportador
llamado dolicol fosfato.
La enzima encargada de agregar el
oligosacárido es llamada
oligosacariltransferasa.
El oligosacárido está
compuesto siempre por 2 N-
acetilglucosaminas, 3
glucosas y 9 manosas
Procesamiento de Proteínas en el RER
La oligosacariltransferasa reconoce una secuencia especial de 3 aminoácidos de la cadena polipeptídica
y une el oligosacárido a uno de estos tres aminoácidos de la secuencia que es la asparagina.
Una vez unido a la proteína, el oligosacárido inicial
sufrirá modificaciones posteriores.
Se eliminan tres residuos de glucosa y uno de
manosa mientras la proteína está en el RE.
Posteriormente las glicoproteínas pasarán al aparato
de Golgi donde sufrirán modificaciones adicionales.
Retículo Endoplasmático Liso
Retículo Endoplasmático Liso
1. síntesis de lípidos
2. síntesis de hormonas esteroides
3. detoxificación
4. movilización de glucosa
5. almacenamiento y liberación de calcio
Funciones
Síntesis de Lípidos
• los fosfolípidos son sintetizados en
la cara citoplásmica de la
membrana del RE, a partir de
precursores citosólicos
hidrosolubles
• en primer lugar, dos ácidos grasos
unidos a la coenzima A se
combinan con glicerol-3-fosfato
mediante una enzima unida a la
membrana
• el fosfolípido resultante, ácido
fosfatídico, se inserta en la
membrana
• luego, las enzimas de la cara
citoplásmica de la membrana
adicionan diferentes grupos a las
cabezas polares
• ello da lugar a la fosfatidilcolina,
fosfatidilserina,
fosfatidiletanolamina o
fosfatidilinositol.
Síntesis de Lípidos
• la síntesis de fosfolípidos en la cara
citosólica de la membrana del RE
permite que las cadenas hidrófobas de
los ácidos grasos permanezcan ocultas
en la membrana
• eso permite que las enzimas unidas a la
membrana catalicen sus reacciones con
los precursores hidrosolubles del citosol
• sin embargo, la síntesis de estos
fosfolípidos en la cara citoplásmica
hace que los fosfolípidos nuevos sólo
se inserten en la cara citosólica de la
membrana del RE.
Síntesis de Lípidos
• Para mantener una membrana estable,
algunos de estos fosfolípidos de nueva
síntesis deben transferirse a la otra monocapa
del RE.
• Esta transferencia no tiene lugar
espontáneamente ya que requiere el paso de
un grupo polar a través de la membrana.
• Por ello existen enzimas que trasladan a los
lípidos y que son denominadas flipasas.
• Estas catalizan la translocación de fosfolípidos
a través de la membrana del RE, dando lugar
a un crecimiento uniforme de las dos partes
de la bicapa.
Síntesis de Lípidos
• Además de sintetizar
fosfolípidos derivados del
glicerol, el RE también
sintetiza los otros dos lípidos
de membrana: colesterol y
ceramida.
• La ceramida se convierte en
glucolípidos o esfingomielina
(el único fosfolípido de
membrana que no deriva del
glicerol) en el aparato de
Golgi.
• Por lo tanto, el RE es el
responsable de la síntesis de
todos los lípidos de las
membranas eucariotas.
Síntesis de Esteroides
• Fase I: se produce la oxidación de las drogas por medio de un “sistema
oxidativo de función mixta”
Detoxificación o inactivación de drogas
• Fase II: las moléculas oxidadas son unidas a moléculas hidrofílicas que
inactivan a la droga y forman compuestos solubles y fáciles de eliminar
por el organismo.
comprende dos cadenas transportadoras de electrones formadas por:
flavoproteínas (citocromo c reductasa y citocromo b5 reductasa)
hemoproteínas (citocromo b5 y citocromo P450)
Las enzimas que participan en esta fase se llaman transferasas y las más
importantes son las que transfieren grupos sulfatos y UDP-glucoronato.
Movilización de Glucosa
glucógeno-fosforilasa
1. Glucógeno Glucosa 1-fosfato (G1P)
glucogenólisis
fosfoglucomutasa
2. Glucosa 1-fosfato Glucosa 6-fosfato (G6P)
membrana plasmática
4. Glucosa libre espacio extracelular
en el REL por difusión facilitada
glucosa 6-fosfatasa
3. Glucosa 6-fosfato Glucosa libre
Almacenamiento y Liberación de Calcio
• se mantiene una baja concentración citosólica de Ca mediante transporte activo (tipo P) hacia
vesículas del REL llamadas calciosomas.
• las vesículas tienen canales iónicos especiales que se abren cuando el citosol necesita calcio en
forma transitoria.
Aparato de Golgi
modifica, clasifica y traslada las proteínas
hacia su destino final (lisosomas, membrana
plasmática o secreción)
sintetizan glucolípidos y esfingomielina
en plantas sintetizan los polisacáridos de la
pared celular
se encuentra presente en todas las células
eucariotas
se ubica entre el RE y la MP, cerca del
centrosoma
formado por subunidades menores llamadas dictiosomas, que miden 1 µm
los dictiosomas están formados por cisternas y vesículas
las cisternas son discoidales, aplanadas, se disponen en forma paralela y están separadas por 20 a 30 nm
Aparato de Golgi
el número de cisternas varía entre 3 y 7 según el tipo de célula
cada dictiosoma tiene una cara proximal (cis) y otra distal (trans)
la cara cis es convexa y mira hacia la envoltura nuclear
la trans es cóncava y da hacia la membrana plasmática
la cis presenta de vesículas de transición que vienen del RE y traen la mayoría de las proteínas sintetizadas
a su vez hay transporte de vesículas de una cisterna a otra, que llevan las proteínas que se van modificando en las diferentes cisternas
Aparato de Golgi
las cisternas distales terminan el procesamiento seleccionan y separan los distintos tipos de proteínas
la cara cis del dictiosoma recibe las vesículas del RER y comienza a modificar las proteínas
las cisternas intermedias continúan la maduración de las glucoproteínas por acción de complejos enzimáticos
Aparato de Golgi
el procesamiento de glucoproteínas se produce a partir del oligosacárido de 14 monosacáridos
que fue agregado a la proteína en el RER
Glicosilación
• este proceso origina miles de
oligosacáridos específicos para cada
tipo de proteína
• a veces se agregan tantos que los
glúcidos son más abundantes que la
proteína
Glicosilación
• Las glucoproteínas destinadas a los lisosomas sufren fosforilación de la manosa, en vez de la
eliminación inicial de tres residuos de manosa.
• Los restos de manosa fosforilados son reconocidos por un receptor de manosa-6-fosfato en la red trans
del Golgi, que dirige el transporte de estas proteínas a los lisosomas.
• Por lo tanto, la fosforilación de los residuos de manosa es un paso crucial en la distribución de las
proteínas lisosómicas hacia su destino intracelular correcto.
Glicosilación de Proteínas Lisosómicas
en el primer paso de esta reacción, se
añade N-acetilglucosamina fosfato a
residuos específicos de manosa,
mientras la proteína aún está en la red
cis del Golgi
luego se produce la eliminación del grupo
Nacetilglucosamina, dejando residuos de
manosa-6-fosfato en el oligosacárido
Glicosilación de Proteínas Lisosómicas
• La especificidad de este proceso reside en la enzima que cataliza la adición selectiva de N-
acetilglucosamina fosfato a las proteínas lisosómicas.
• Esta enzima reconoce un determinante estructural presente en las proteínas lisosómicas pero no en las
proteínas destinadas a la membrana plasmática o a la secreción.
• Este determinante de reconocimiento no es una simple secuencia de aminoácidos, sino que a depende de
la conformación tridimensional de la proteína plegada.
• Estos determinantes se denominan regiones señal, a diferencia de las señales lineales tratadas
previamente.
Síntesis de Glucolípidos
• Además de procesar y distribuir las glucoproteínas, el aparato
de Golgi participa en la síntesis de glucolípidos y esfingolípidos.
La esfingomielina es sintetizada por la transferencia de un grupo
fosforilcolina desde la fosfatidilcolina a la ceramida. Luego, la adición de
carbohidratos a la ceramida puede dar lugar a diferentes glicolípidos.
• Los fosfolípidos derivados del
glicerol, el colesterol y la ceramida
se sintetizan en el RE. La
esfingomielina y los glicolípidos se
sintetizan a partir de la ceramida
en el aparato de Golgi
Síntesis de Polisacáridos de la Pared Celular
es un polímero de glucosa sintetizado en la superficie
celular por enzimas de la membrana plasmática.
Pared Celular
Celulosa
Hemicelulosa
Pectinas
son moléculas complejas de cadena ramificada que se
sintetizan en el aparato de Golgi y son transportadas
mediante vesículas a la superficie celular.
• La síntesis de estos polisacáridos de la
pared celular es una función importante para
la célula vegetal.
• Hasta el 80 % de la actividad metabólica del
aparato de Golgi de las células vegetales se
dedica a la síntesis de polisacáridos.
Distribución y Exportación de Proteínas
• Las proteínas, al igual que los lípidos y los polisacáridos, son transportadas desde el
aparato de Golgi a sus destinos finales a través de la vía secretora.
• Esto implica la distribución de las proteínas en diferentes tipos de vesículas de transporte,
que llevarán su contenido hasta la localización celular.
• Algunas proteínas se transportan del
Golgi a la membrana plasmática por
una vía secretora constitutiva, que es
responsable de la incorporación de
proteínas y lípidos a la membrana
plasmática y de la secreción continua
de proteínas al exterior de la célula.
• Otras proteínas son transportadas a la
superficie celular a través de una vía
diferente llamada secreción regulada.
• Finalmente otras dirigidas en forma
específica a otros organelos celulares
como los lisosomas o las vacuolas.
Distribución de Proteínas a los Lisosomas
La manosa-6-fosfato es reconocida
específicamente por un receptor
ubicado en la membrana del Golgi.
Las proteínas destinadas a los lisosomas están marcadas con manosa-6fosfato, que se
origina por la modificación de sus oligosacáridos al entrar al aparato de Golgi.
Los complejos formados por el receptor más la enzima
lisosómica se empaquetan en vesículas de transporte
destinadas a los lisosomas.
Las proteínas destinadas a la
membrana de los lisosomas están
señalizadas por secuencias en sus
dominios citoplásmicos, en vez de por
residuos de manosa-6-fosfato.
Distribución de Proteínas a las Vacuolas
A diferencia de las proteínas destinadas
a los lisosomas, las proteínas se
destinan a las vacuolas mediante
secuencias peptídicas cortas en lugar de
señales formadas por carbohidratos.
invaginación de
la membranaformación de la
vesícula
Mecanismo de transporte de las Vesículas
• Las vesículas de transporte tienen un papel central en el transporte de moléculas entre los
diferentes organelos membranosos y en el transporte del material captado en la superficie celular.
• El transporte de las vesículas es una actividad celular fundamental, responsable del tráfico
molecular entre diversos compartimentos rodeados por membrana específicos.
• Por lo tanto, la selectividad de dicho transporte resulta clave para mantener la organización
funcional de la célula.
• La superficie de las vesículas está recubierta por proteínas de revestimiento que dirigen la
gemación de las vesículas permitiendo la distorsión de la membrana.
• Se han caracterizado tres tipos de vesículas revestidas de proteínas que intervienen en
diferentes tipos de transporte vesicular.
COPI: se originan a partir del compartimento intermedio
RE-Golgi o del aparato de Golgi, y participan en las
vías de recuperación que sirven para retener a las
proteínas residentes en el Golgi y en el RE.
COPII: se originan a partir del RE y transportan su
carga hasta el aparato de Golgi.
Vesículas revestidas de clatrina: permiten la captación
de moléculas extracelulares desde la membrana
plasmática mediante endocitosis y del transporte de
moléculas desde el Golgi a los lisosomas.
Vesículas revestidas COP: se originan a partir del
RE y del complejo de Golgi.
Proteínas de revestimiento y gemación de Vesículas
Vesículas Revestidas por Clatrina
• En la formación de vesículas que van a
los lisosomas, la proteína adaptadora se
denomina AP-1.
• Esta se une al receptor de la manosa-6-
fosfato, dirigiendo a las proteínas al
interior de las vesículas cubiertas por
clatrina.
• Las vesículas revestidas por clatrina están compuestas por dos clases de complejos proteicos, clatrina y
proteínas adaptadoras, que se unen aliado citosólico de las membranas.
• La clatrina desempeña un papel estructural, forma una estructura semejante a la red de basket que
distorsiona la membrana y dirige la gemación de las vesículas.
• La unión de la clatrina a las membranas está mediada por proteínas adaptadoras, pero actúan diferentes
proteínas adaptadoras en la formación de vesículas en la membrana plasmática y en el Golgi.
Vesículas Revestidas COP
• Están constituidas por complejos
proteicos diferentes, que funcionan
como la clatrina y las proteínas
adaptadoras.
• El ensamblaje de la cubierta de la
vesícula requiere de proteínas de unión
a GTP, que regulan la unión de las
proteínas de revestimiento a la
membrana.
• La gemación de las vesículas de
clatrina y las vesículas COPI requiere
una proteína de unión a GTP
denominada ARF (factor de ribosilación
del ADP).
• La gemación de las vesículas
revestidas COPII requiere una proteína
de unión a GTP diferente, denominada
Sar1.
Fusión de Vesículas
La fusión de una vesícula de transporte implica dos tipos de acontecimientos:
1. En primer lugar, la vesícula de transporte debe reconocer específicamente la
membrana diana correcta; por ejemplo, una vesícula que transporta enzimas
lisosómicas tiene que llevar su carga sólo a los lisosomas.
2. En segundo lugar, la membrana de la vesícula y la membrana diana deben
fusionarse, entregándose el contenido de la vesícula al orgánulo diana.
Según el modelo actual, el reconocimiento
entre una vesícula y su blanco está
mediado por la interacción específica entre
pares de proteínas transmembrana,
seguido por la fusión entre las bicapas
lipídicas de la vesícula y de la membrana
diana.
Fusión de Vesículas – Hipótesis SNARE
• la fusión de las vesículas está mediada por la
interacción entre un par específico de proteínas,
denominadas SNAREs, que se ubican en la
membrana de la vesícula y en la membrana
diana (v-SNAREs y t-SNAREs, respectivamente).
• Además de las SNAREs, la fusión de vesículas
requiere otro tipo de proteína llamado Rab, que
son una familia de proteínas de unión a GTP
(existen más de 30 tipos diferentes y se ha
demostrado que intervienen en procesos
específicos del transporte de vesículas).
Fusión de Vesículas – Hipótesis SNARE
• Tras la unión de las SNAREs y la fusión de las
membranas, se requiere un complejo de otras
dos proteínas (el complejo NSF/SNAP) para
completar el proceso del transporte de vesículas.
• Las proteínas NSF/SNAP no se requieren la fusión
de las membranas, sino que actúan después de la
fusión de la membrana para desmontar el
complejo SNARE, y permitir que las SNAREs se
puedan reutilizar en ciclos posteriores.