Seminario 7.- Biología Celular y Biotecnología PDF

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Seminario 7.- Biología Celular y Biotecnología Lisosomas y Terapia de reemplazamiento de enzimas lisosomales. 1.- Términos para aprender: Cuerpos densos, cuerpos residuales, macroautofagía, microautofagía, autofagia mediada por chaperonas, fagoforo, autogagosoma. 2.- Cite al menos una diferencia y una semejanza entre: A.- Lisosomas y vacuolas vegetales B.- Macroautofagia y microautofagia 3.- ¿Qué sucedería si no existiesen A.- La N acetilglucosamina fosfotransferasa B.- El receptor M6P 4.- Haga un esquema de las distintas vías por las que llegan a los lisosomas las enzimas lisosomales y los materiales a degradar. ¿Qué procesos tienen lugar en cada uno de los compartimentos de la ruta de síntesis de las enzimas lisosomales? 5.- ¿Cuál es el significado de A.-. Los cuerpos densos B.- Los cuerpos residuales C.- La autofagia? 6.- ¿Cuáles de las siguientes afirmaciones son correctas? Fundamente las respuestas: A.- Las membranas lisosomales contienen una bomba de protones que utiliza la energía de la hidrólisis del ATP para bombear protones fuera del lisosoma y mantener el lumen del mismo a un pH ácido. B.- Si se trata una célula con una base débil que eleve el pH de los orgánulos hacia la neutralidad los receptores de M6P se acumularán en el Golgi porque no podrán enlazar a las enzimas lisosomales. 7.- En las plantas las estructuras más análogas a los lisosomas son: a) vacuolas b) peroxisomas c) vesículas digestivas d) lisosomas Razone la respuesta. 8.- Compare el significado funcional de A.- Los lisosomas y las vacuolas vegetales. B.- Las vacuolas vegetales y las vacuolas pulsátiles de protozoos. Para entregar: Ejercicio: Deben leer el texto y los artículos, y contestar las preguntas que se indican a continuación: Acaba de graduarse en Biotecnología y usted, junto con otros compañeros, está pensando en montar una empresa biotecnológica dedicada a la producción industrial de un producto proteico que tenga alta demanda. En una primera reunión determinan que dos aspectos importantes a tener en cuenta son la molécula a producir y el organismo/célula en el cual va a ser producida. En relación al organismo/célula en el cual va a ser producida la lectura de la parte marcada en amarillo del artículo Molecular and biotechnological aspects of microbial proteases. Rao MB, Tanksale AM, Ghatge MS, Deshpande VV. Microbiol Mol Biol Rev.

62 (1998) 597-635 y sus conocimientos de biología celular hace que decidan tener en cuenta varios aspectos: - Requerimientos de desarrollo (el 30 o 40% de los gastos se dedican a ello). Deciden hacer una lista de los requerimientos de procariotas, eucariotas unicelulares, por ejemplo levaduras, y organismos pluricelulares, vegetales o animales, o sus células en cultivo y responder a la siguiente pregunta: ¿Cuál(es) supone que necesitan menos requerimientos y por tanto implican menor coste? - Tiempo de producción. Piensan en el tiempo que el organismo seleccionado necesita para producir la sustancia y justifican su apreciación. - Seguridad, tanto durante la producción como del producto final. - Idoneidad del organismo en el que se va a producir esa molécula. Deciden: a) Tener en cuenta si es producida o no por el organismo/célula en el que desea producirla. Si la molécula no es producida naturalmente por ese organismo/célula o debe ser mejorada, deben responder a la siguiente pregunta: ¿Qué característica es indispensable que tenga ese organismo/célula? b) Pensar en las diferencias entre procariotas y eucariotas en relación a la síntesis y procesamiento de proteínas y hacer una lista de las que deberían tener en cuenta. - Facilidad de obtención del producto final. Deciden indicar que aspectos debe tener en cuenta. Finalmente deciden producir una enzima que pueda ser administrada vía sanguínea para revertir una enfermedad lisosomal. Para demostrar la viabilidad de la propuesta, con sus conocimientos de biología celular hacen un esquema de las rutas de síntesis y traslado de los enzimas lisosomales a los lisosomas, especificando todos los procesos que tienen lugar y luego hacen una lista de los aspectos fundamentales que deben tener en cuenta. La parte marcada en amarillo del artículo: Lysosomal enzyme replacement therapies: Historical development, clinical outcomes, and future perspectives. Solomon M, Muro S. Adv Drug Deliv Rev. 2017 118:109-134 les puede ayudar. Problemas: 1.- ¿Qué efecto tendría sobre su localización en la célula la adicción de la señal M6P a una proteína que normalmente es citosólica? ¿Y a una proteína que normalmente es secretada? Razone las respuestas. 2- ¿Cuál es el destino predecible de las hidrolasas ácidas lisosómicas en la enfermedad celular I en la que las células carecen de la enzima requerida para la formación de la señal M6P? Razone la respuesta. 3.- Los lisosomas contienen poderosas enzimas hidrolíticos que son transportados desde su sitio de síntesis en el RE vía aparato de Golgi y endosomas perinucleares. ¿Por qué estas enzimas no dañan a los constituyentes de estos orgánulos? ¿Y por qué no destruyen su propia membrana? 4.- Un paciente llega a su clínica con una acumulación de glucocerebrósidos en sus lisosmas. ¿Cuál es su diagnóstico y que terapia sugeriría? 5.- Los pacientes con el síndrome de Hunter o con el síndrome de Hurler acumulan glucosaminoglucanos en los lisosomas pues son incapaces de sintetizar las enzimas necesarias para su degradación y raramente superan la adolescencia. Cuando se fusionan las células de los pacientes de ambos síndromes, los glucosaminoglucanos son degradados de forma correcta, lo que indica que las células carecen de enzimas degradativos diferentes. Además, si las células son cultivadas juntas son capaces de corregir el defecto en las otras e incluso el medio de cultivo procedente de un cultivo de

células de Hurler es capaz de corregir el defecto en las células de Hunter y a la inversa. Los factores correctores presentes en el medio son inactivados por la acción de proteasas, por tratamiento con periodato que destruye los carbohidratos y por tratamiento con fosfatasa alcalina que elimina los grupos fosfato. A.- ¿Cuáles cree que son los factores correctores? Empezando por las células del paciente dador describa la ruta que siguen los factores hasta alcanzar el medio de cultivo y posteriormente entrar en las células diana para corregir los defectos lisosomales. B.- ¿Cuál es la razón que explicaría que los tratamientos con proteasas, periodato y fosfatasa alcalina inactiven los factores correctores? C.- ¿Esperaría un tipo de efecto de corrección similar si se tratara de enzimas citosólicas mutantes? 6.- Los niños afectados de la enfermedad celular-I sintetizan perfectamente las enzimas lisosomales, pero estas son secretadas al exterior celular en vez de ser dirigidas a los lisosomas. En principio la enfermedad celular-I podría ser causada a) porque las células carezcan de la enzima GlcNAc fosfotransferasa, que es necesaria para crear la señal M6P esencial para una clasificación adecuada, b) por deficiencias en la enzima GlcNAc fosfoglucosidasa que elimina GlcNAc y deja expuesto el grupo M6P, o c) en el propio receptor de M6P. Estas posibles causas se distinguen por la capacidad de varios sobrenadantes de cultivos celulares para corregir el defecto de las células mutantes. Imagine que tiene tres líneas celulares (A,B y C) cada una de las cuales deriva de un paciente con una de las tres enfermedades celulares-I hipotética. Experimentos con los sobrenadantes de estas líneas celulares permiten obtener los siguientes resultados: 1.- El sobrenadante de las células normales corrige los defectos de Ay B pero no los de C. 2. El sobrenadante de C corrige el defecto en células que carecen de un enzima lisosomal específica, pero los sobrenadantes de A y B no lo hacen. 3.- Si los sobrenadantes de las células mutantes se tratan primero con fosfoglucosidasa para eliminar GlcNAc, los sobrenadantes de A y C corrigen el defecto pero el de B no lo hace....