Sistema DE Endomembranas genoma sur PDF

Preview

Summary

Download Sistema DE Endomembranas genoma sur PDF

Description

12/2/2021

SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS

[REGRESAR]

SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS Viviana Sabatino – Andrea Lassalle – Silvia Márquez

INTRODUCCIÓN Una de las características distintivas de las células eucariotas respecto de las procariotas es su alto grado de compartimentalización. La presencia de un núcleo bien diferenciado, con una envoltura nuclear que confina el material genético al interior del núcleo, es sólo un aspecto de la separación espacial de funciones dentro de la organización celular. El citoplasma, a su vez, se encuentra recorrido en todas direcciones por un sistema de sacos y túbulos, cuyas paredes de membrana ofician de límite entre la matriz citoplasmática y la luz o cavidad del sistema. Este conjunto de estructuras membranosas, incluida la envoltura nuclear, se conoce como sistema de endomembranas (SE) o sistema vacuolar citoplasmático (SVC).

COMPONENTES DEL SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS Dentro del sistema de endomembranas se distinguen los siguientes elementos:

a)

Retículo endoplasmático granular o rugoso (REG o RER). Es un grupo de cisternas aplanadas que se conectan entre sí mediante túbulos. Presente en todos los tipos celulares, se halla especialmente desarrollado en las células secretoras de proteínas. El REG ofrece una cara citosólica tachonada de ribosomas, a los que debe su aspecto rugoso. Los ribosomas se unen a las membranas del REG por su subunidad mayor, mediante receptores específicos, las proteínas integrales de las membranas cisternales conocidas como riboforinas. b)

Retículo endoplasmático agranular o liso (REA o REL). Su aspecto es más tubular y carece de ribosomas. Es poco conspicuo en la mayoría de las células, pero alcanza un notable desarrollo en las células secretoras de hormonas esteroides. c)

Aparato o complejo de Golgi. Constituido por sacos discoidales apilados, como mínimo en número de tres, rodeados por pequeñas vesículas. Cada saco presenta una cara convexa y otra cóncava, esta última orientada hacia la superficie celular. En las células animales se ubica típicamente entre el núcleo y el polo secretor de la célula, en tanto en las células vegetales aparece fragmentado en varios complejos denominados dictiosomas o golgiosomas. d)

Envoltura nuclear. Doble membrana que encierra una cavidad, la cisterna perinuclear, en

directa continuidad con la luz del REG, del cual se considera una dependencia. Al igual que éste, presenta ribosomas sobre la cara citosólica. Durante la división celular se desorganiza y se fragmenta en cisternas que se incorporan al REG. Al finalizar la división, la envoltura nuclear se reconstituye a partir de aquél.

www.genomasur.com/lecturas/Guia05.htm

1/19

12/2/2021

www.genomasur.com/lecturas/Guia05.htm

SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS

2/19

12/2/2021

SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS

Fig. 5.1 - El sistema de endomembranas

FUNCIONES DEL SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS El sistema de endomembranas es asiento de enzimas que participan en la síntesis de diversos tipos de macromoléculas: proteínas y glucoproteínas en el REG, lípidos en el REL y glúcidos complejos en el aparato de Golgi. A la vez, el SVC proporciona una vía intracelular para la circulación de sus productos y una sección de “empaque” para la exportación de algunos de ellos. Por último, maneja un sistema de señales que le permite dar a los mismos el destino final para el cual fueron sintetizados, ya sea en el interior de la célula o en el medio extracelular. Algo así como un “estampillado”, un sistema de códigos postales que guía a las moléculas en la dirección correcta. La vía de tránsito intracelular implica un transporte desde el RE hasta el aparato de Golgi; a partir de éste hay dos caminos posibles: hacia las vesículas de secreción y desde allí a la membrana plasmática, o bien hacia los lisosomas.

Fig. 5.2 - Vías de tránsito intracelular en el SE

www.genomasur.com/lecturas/Guia05.htm

3/19

12/2/2021

SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS

El transporte vesicular El transporte en el SVC se lleva a cabo por medio de vesículas, pequeñas bolsas limitadas por membrana que se desprenden como brotes de un compartimento dador y viajan por el citosol hasta alcanzar el compartimento receptor; entonces se fusionan a este último. Hay varios aspectos que interesa destacar con respecto al transporte vesicular:

Fig. 5.3- Transporte vesicular

¿Qué transportan las vesículas? Cada vesícula tiene un continente (la membrana) y un contenido (su naturaleza dependerá de cuál sea el compartimento dador); ambos se desplazan de un compartimento a otro. Cuando se produce la fusión al compartimento receptor, el contenido de la vesícula se vuelca al lumen del mismo. La membrana vesicular, por su parte, se incorpora a la membrana receptora. Si la estructura diana es la membrana plasmática, entonces el contenido es vertido al medio. ¿Qué mueve a las vesículas? En su trayecto de una cisterna a otra, las vesículas son movidas por elementos del citoesqueleto.

www.genomasur.com/lecturas/Guia05.htm

4/19

12/2/2021

SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS

Fig. 5.4- Vesículas revestidas

¿Qué causa la brotación? Las vesículas que participan en el transporte, cualquiera sea el compartimento de origen, son vesículas revestidas. Se entiende por tales a las vesículas que llevan una cubierta formada por subunidades proteicas ensambladas a modo de enrejado sobre la cara externa de la membrana vesicular. Dicho revestimiento es adquirido en el momento en que se produce la gemación o protrusión de la vesícula y es su misma causa: a medida que las subunidades se ensamblan generan la curvatura de la membrana que da origen al brote. El revestimiento se desensambla inmediatamente después de la brotación; este paso es necesario, pues mientras las vesículas se hallan revestidas no pueden fusionarse con otra membrana. ¿Cómo reconocen las vesículas al compartimento receptor? Las membranas de las cisternas poseen pares de moléculas complementarias: v-SNARE (en la vesícula de transporte) y t-SNARE (en la cisterna destino o target). La fusión de una vesícula con una cisterna sólo se produce previo reconocimiento del par v-SNARE /t-SNARE adecuado.

www.genomasur.com/lecturas/Guia05.htm

5/19

12/2/2021

SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS

Fig. 5.5 - Reconocimiento del compartimento receptor: v-SNARE = vesicle-SNAP receptor, t-SNARE = target-SNAP receptor

¿Cómo se mantiene constante la cantidad de membrana en cada compartimento? Las membranas vesiculares incorporadas a un compartimento receptor forman un nuevo brote (causado por proteínas de revestimiento) y se desprenden para regresar al compartimento de origen, como vesículas de reciclaje. El compartimento de origen, obviamente, ha de poseer las mismas t-SNARE que la cisterna receptora. El reciclaje no sólo permite mantener constante la cantidad de membrana de los distintos sectores del sistema, también hace posible que cada uno de ellos conserve su identidad, recuperando las moléculas que le son propias y le otorgan sus funciones particulares.

Fig. 5.6- Reciclaje de membrana www.genomasur.com/lecturas/Guia05.htm

6/19

12/2/2021

SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS

¿Puede la membrana transportada permanecer como componente del compartimento receptor? Sí. De hecho, éste es el mecanismo por el cual las cisternas y la membrana plasmática incorporan nuevos componentes y crecen. ¿Cómo

se corresponden las caras del sistema de endomembranas con las caras de la membrana celular? Como consecuencia del tránsito vesicular, las moléculas de membrana sintetizadas en el RE (liso y rugoso) o en el aparato de Golgi, llegan a integrarse a la membrana celular. Sabemos, por otra parte, que la membrana plasmática es asimétrica: los componentes lipídicos de ambas monocapas – la citosólica y la extracelular – son diferentes, los dominios proteicos tienen una orientación definida dentro de la bicapa y los restos glucídicos de glucolípidos y glucoproteínas sólo se orientan hacia el medio extracelular. ¿Dónde se genera esta asimetría? Se genera en los compartimientos de origen, donde los componentes de membrana adoptan su orientación definitiva; luego, el transporte vesicular se limita a mantener dicha orientación. De esta forma, todo aquello que tiene una posición luminal en el sistema de endomembranas, pasa a una ubicación extracelular en la membrana celular, en tanto que los componentes de la cara citosólica del sistema se integran a la cara citosólica de la membrana celular.

Fig. 5.7- Asimetría de las membranas. Correspondencia entre el SE y la membrana plasmática.

VESÍCULAS REVESTIDAS Se conocen hasta el momento dos tipos de vesículas revestidas: las vesículas con revestimiento de clatrina y las vesículas con revestimiento de coatómero. www.genomasur.com/lecturas/Guia05.htm

7/19

12/2/2021

SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS

El revestimiento de clatrina se ensambla a partir de subunidades constituidas por seis cadenas proteicas enlazadas, los trisqueliones, que forman alrededor de la vesícula un enrejado donde alternan hexágonos y pentágonos, con el aspecto de una cúpula geodésica. Llevan cubierta de clatrina las vesículas que brotan del aparato de Golgi hacia los lisosomas, las vesículas de secreción regulada y las formadas por endocitosis. El revestimiento de coatómero se forma a partir de las COP (por proteínas del coatómero). Está presente en las vesículas que viajan del RE al aparato de Golgi, las que realizan transporte dentro de este complejo, las destinadas a la secreción continua y en todas las vesículas recicladoras. Tanto la cubierta de clatrina como la de coatómero se unen a membrana sólo después de que otra molécula, el ARF (factor de ribosilación del ADP) se haya fijado a la misma. El revestimiento promueve la deformación de la membrana y la gemación de la vesícula, en tanto que el ARF le señala dónde y cuándo hacerlo. Si la cubierta sólo es importante para la gemación -proceso que es básicamente el mismo en cada orgánulo- ¿por qué necesita diversos tipos de cubierta la célula? La razón más probable es que la cubierta seleccione la carga que ha de empacarse en cada vesícula. En algunos casos, las proteínas transportadas se localizan en la membrana, directamente unidas a la cubierta. En otros, la carga se fija a la cubierta a través de un intermediario, un receptor, localizado en el espesor de la membrana. El uso de cubiertas distintas posibilitaría el flete de cargas diferentes desde un mismo punto de origen y desde diferentes departamentos. 

Fig. 5.8- Participación de la clatrina y las COP en la selección del cargamento

FUNCIONES DEL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO LISO a) Síntesis de lípidos. En las membranas del REL se sitúan las enzimas responsables de la síntesis de la mayor parte de los lípidos celulares: triglicéridos, fosfoglicéridos, ceramidas y esteroides.  Los precursores para la síntesis provienen del citosol, hacia el cual se orientan los sitios activos de las respectivas enzimas. Por lo tanto, los lípidos recién sintetizados quedan incorporados en la monocapa citosólica del REL. Sin embargo, gracias a la participación de las flipasas del retículo, se logra el movimiento hacia la monocapa luminal de los lípidos correspondientes, asegurándose de esta forma la asimetría entre ambas capas, que será mantenida de aquí en más.

b) El REL en las células musculares. El REL actúa como reservorio de calcio, el cual –frente a la llegada de un estímulo - es liberado al citosol, donde dispara una respuesta específica. Esta función es particularmente importante en las células musculares. Allí el REL, que toma el nombre de retículo www.genomasur.com/lecturas/Guia05.htm

8/19

12/2/2021

SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS

sarcoplásmico, adopta una conformación muy especializada. El calcio es liberado frente al impulso nervioso desencadenado por la acetil colina en la unión neuromuscular, y una vez en el citosol participa en la contracción muscular. Cuando retorna al REL, por la acción de una bomba de calcio, se produce la miorrelajación.

c) El REL en las células hepáticas. Está involucrado en dos funciones: detoxificación y glucogenólisis. La detoxificación consiste en la transformación de metabolitos y drogas en compuestos hidrosolubles que puedan ser excretados por orina. La glucogenólisis (degradación del glucógeno) tiene lugar en el citosol, donde los gránulos de glucógeno se encuentran en íntima relación con el REL. El producto de la glucogenólisis, la glucosa 6-fosfato (glucosa 6-P), es atacada entonces por la glucosa 6-fosfatasa, enzima de la membranas del retículo. Ésta cataliza la hidrólisis del grupo fosfato, permitiendo así que la glucosa atraviese la membrana celular hacia el torrente circulatorio. La glucosa 6-fosfatasa no se expresa en las células musculares, razón por la cual el glucógeno muscular no contribuye a la mantención de la glucemia.

FUNCIONES DEL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO GRANULAR a)

Síntesis de proteínas. Todas las proteínas sintetizadas en la célula (excepto las codificadas

por ADN de mitocondria y cloroplasto) son iniciadas por ribosomas libres del citosol. Muchas de ellas, las proteínas nucleares, las citosólicas y las que están destinadas a cloroplastos, mitocondrias o peroxisomas, concluyen su síntesis en dichos ribosomas para luego dirigirse, por el citosol, hacia sus compartimentos diana. Otras, en cambio, como las proteínas integrales de membrana, las de secreción y las enzimas lisosomales, terminan su síntesis en el REG. ¿Cómo se dirige la síntesis hacia uno de estos dos ramales? ¿Existen diferentes poblaciones de ribosomas? ¿Dónde radica la señal que conduce a determinadas proteínas hacia el REG?

www.genomasur.com/lecturas/Guia05.htm

9/19

12/2/2021

SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS

Fig. 5.9- Síntesis de proteínas en el REG. Hipótesis de la señal. La respuesta a estos interrogantes fue proporcionada por Blobel y Sabatini, en el año 1971, cuando propusieron su hipótesis de la señal, ampliamente corroborada después. Las proteínas que se sintetizan en el REG tienen en su extremo aminoterminal una seguidilla de aproximadamente treinta aminoácidos cuyos radicales son predominantemente hidrófobos. Este primer fragmento de las proteínas recibe el nombre de péptido señal o péptido guía. No aparece péptido guía en las proteínas del citosol, núcleo, mitocondria, cloroplasto ni peroxisoma. Cuando el péptido guía está presente, es reconocido por la PRS (partícula de reconocimiento de la señal) situada en el citosol. La PRS interactúa con el péptido señal y detiene la síntesis temporariamente. Entonces el ribosoma se une a las membranas del REG. Recordemos que allí se ubican las riboforinas (receptores de ribosomas). También hay receptores para la PRS. Una vez que el ribosoma se adhiere a las membranas reticulares, entonces el péptido guía ingresa en un canal transmembranar, la PRS se separa y la traducción se reanuda. A medida que la proteína crece, se vuelca hacia el lumen del REG: la síntesis proteica y la translocación a través de la membrana son simultáneas (cotraslación).

Fig. 5.10- Sïntesis de proteínas en el REG. Cotraslación Las proteínas que carecen de péptido señal no son reconocidas por la PRS; por este motivo no se dirigen hacia el sistema de endomembranas y su síntesis se completa en el citosol. Muchas de ellas atraviesan otras membranas con posterioridad (postraslación) para alcanzar su localización definitiva. Se han encontrado otras secuencias aminoacídicas, distintas del péptido señal, que actúan como marcas para dirigirlas a sus respectivos destinos. Las proteínas sintetizadas en el REG pueden dividirse en dos grandes grupos: membranares y luminales o solubles. Las membranares permanecen incluidas en la membrana, en algunos casos ligadas a ella mediante el péptido señal; en otras, secuencias de aminoácidos internas a la cadena funcionan como péptidos de anclaje, deteniendo la translocación de la proteína por el canal. Según la cantidad de secuencias de anclaje que presentan, hay proteínas de paso único o proteínas multipaso. Las proteínas intrínsecas insertas en la membrana a nivel del REG se retienen como componentes de este organoide o son transportadas en vesículas, formando parte del “envase”, hasta incorporarse a otras membranas del sistema o a la propia membrana plasmática.

www.genomasur.com/lecturas/Guia05.htm

10/19

12/2/2021

SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS

Fig. 5.11 a - Inserción de proteínas integrales en la membrana del REG

Fig. 5.11 b- Inserción de proteínas integrales de multiple paso en la membrana del REG Las proteínas solubles no conservan el péptido señal ni poseen otros péptidos de anclaje. Cuando el péptido señal es escindido de la cadena (en este corte actúa una peptidasa señal ubicada en la cara luminal de las cisternas), ésta pierde contacto con la membrana y se vuelca por completo al lumen. Si las proteínas solubles no son residentes del REG, entonces siguen su ruta, en este caso como contenido de las vesículas transportadoras. Podemos citar en este grupo a las proteínas de secreción y a las hidrolasas lisosomales.

Glicosilación. La mayor parte de las proteínas sintetizadas en el REG incorporan cadenas glucídicas a su paso por el mismo. La presencia en la cadena polipeptídica de la secuencia de aminoácidos asparagina– x-serina o asparagina–x–treonina (x es otro aminoácido cualquiera), señal de glicosilación, marca el sitio donde se unirá el glúcido. Todas las glucoproteínas sintetizadas en el REG reciben el mismo oligosacárido: una cadena ramificada de doce unidades de monosacárido.

www.genomasur.com/lecturas/Guia05.htm

11/19

12/2/2021

SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS

Fig. 5.12- Glicosilación nuclear. Ésta se sintetiza sobre un lípido de membrana -el dolicol-fosfato -, y luego es transferida en bloque a la asparagina de la señal de glicosilación (se forma un enlace N-glicosídico). En la síntesis del oligosacárido y su posterior transferencia participan las enzimas glicosiltransferasas. El glúcido se adiciona tantas veces como aparezca en la proteína la señal de glicosilación. Mientras la glucoproteína aún se halla en el REG, enzimas glicosidasas remueven algunas unidades de monosacárido, al tiempo que distintas glicosiltransferasas añaden otras nuevas. Se produce así la diversidad de cadenas a partir del primer bloque transferido. Un núcleo del oligosacárido original, no obstante, se conserva hasta el final en todas las glucoproteínas, de allí que esta glicosilación reciba el nombre de glicosilación nuclear.

FUNCIONES DEL APARATO DE GOLGI El aparato de Golgi es la estación distribuidora final del sistema. Las macromoléculas sintetizadas en REL y REG llegan a él mediante transporte vesicular y son recibidas en la cara convexa del aparato o cara de recepción, donde se encuentra una zona de transición con el RE, la red cis. Desde allí, por el mismo mecanismo, son enviadas a la cisterna cis, luego a la medial, y por último al compartimento trans del complejo de Golgi, que se corresponde con su cara cóncava. A partir de otra zona de transición, la red del trans Golgi, brotan las vesículas que contienen los productos definitivos. El complejo de Golgi no se limita al transporte de las sustancias recibidas. En este sector, por el contrario, se da la forma final a las moléculas que ingresan. En el aparato de Golgi tienen lugar las siguientes reacciones:

Glicosilación terminal. Es la modificación secuencial, por remoción y adición de monosacáridos, de las glucoproteínas sintetizadas en el REG. También se adicionan nuevos bloques oligosacarídicos construidos por completo en el aparat...