Sistema de endomembranas y citoesqueleto PDF

Preview

Summary

Ojala les pueda servir ...

Description

SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS El

sistema

de

endomembranas

está

vida

compuesto

por

el

retículo

endoplasmático que está dividido en retículo endoplasmático rugoso y liso el aparato de Golgi y en los peroxisomas. Cada uno de estos sistemas está compuesto por glicoproteínas intrínsecas y glicolípidos formando una barrera permeable entre ellas.

Retículo Endoplasmático El RE esta constituido por todo el citoplasma, desde el núcleo hasta la membrana celular. Este compuesto por una red de túbulos y sacos aplanados que se encuentran adheridas a la misma. Es un organoide indiviso, ya que tiene una membrana y posee una sola cavidad. Este organoide se divide en dos: el Retículo endoplasmático Rugoso y Liso (RER-REL).

R.E.R Consiste en una red de sacos aplanados que están muy desarrolladas en su totalidad, la diferencia con el REL es que este contiene ribosomas adheridos a ellas que se encargan de la producción y transporte de las proteínas. Los ribosomas se encuentran adheridos a la cara citosólica de la membrana, componiendo complejos denominados polisomas, que son ribosomas enlazados por una molécula de ARNm.

Generalmente se encuentran en células con

actividad secretora tales como los plasmocitos o las células hepáticas. Los ribosomas tienen un coeficiente de sedimentación de 70S en procariotas (50S + 30S) y 80S en eucariotas (60S+20S). Síntesis de Proteínas en el RER La síntesis del polipéptido inicia después que un RNA (ácido ribonucleico) mensajero se une con un ribosoma libre, es decir, uno que no esté unido con una membrana citoplásmica.

Conforme surge del ribosoma, una partícula de reconocimiento de señal (SRP) identifica la secuencia de señal hidrófoba; dicha partícula posee en las células de mamíferos seis polipéptidos distintos y una pequeña molécula de RNA, llamada RNA 7S. La SRP se une tanto a la secuencia señal en el polipéptido naciente como al ribosoma, con lo que detiene temporalmente la síntesis de más polipéptido. La SRP unida sirve como una marca que permite que el complejo entero (SRPribosoma-polipéptido naciente) se una de manera específica a la superficie citosólica de la membrana del retículo endoplásmico. La unión a este último ocurre a través de dos interacciones bien definidas: una entre la SRP y el receptor de SRP (paso 2), y la otra entre el ribosoma y el translocon. El translocon es un conducto recubierto con proteína incrustado en la membrana del ER a través del cual el polipéptido naciente puede moverse en su paso del ribosoma a la luz del retículo endoplasmático. Una vez que el complejo SRP-ribosoma-cadena naciente se une a la membrana del retículo endoplásmico, la SRP se libera de su receptor en el ER, el ribosoma se une al extremo citosólico del translocón, y la secuencia señal en el polipéptido naciente se inserta en el estrecho canal acuoso del translocón. Conforme entra a la cisterna del RER, un polipéptido naciente es sujeto de la actividad de diversas enzimas situadas dentro de la membrana o en la luz del RER. La porción amino-terminal que contiene el péptido de señal se retira de la mayor parte de los polipéptidos nacientes por acción de una enzima proteolítica, la peptidasa de señal. La peptidasa de señal y la oligosacariltransferasa son proteínas integrales de la membrana que están próximas al translocon y actúan sobre las proteínas nacientes conforme entran a la luz del retículo endoplásmico. El RER es una planta procesadora de proteínas importante. Para realizar sus funciones, la luz del RER está empacada con chaperonas moleculares que reconocen proteínas

desplegadas o mal plegadas, se unen a ellas y les dan la oportunidad de adquirir su estructura tridimensional correcta (nativa). En ciertas circunstancias, las proteínas mal plegadas pueden generarse en el retículo endoplásmico a mayor velocidad de la que pueden transportarse al citoplasma. La acumulación de proteínas mal plegadas, que puede ser letal para la célula, inicia un “plan de acción” completo dentro de la célula que se conoce como respuesta de proteína no plegada (UPR). El retículo endoplásmico contiene sensores de proteína que vigilan la concentración de proteínas no plegadas o mal plegadas en la luz del ER. El retículo endoplásmico contiene sensores de proteína que vigilan la concentración de proteínas no plegadas o mal plegadas en la luz del ER. Según el modelo prevaleciente esbozado en la figura 8-18, los detectores se mantienen en un estado activo mediante chaperonas moleculares, en especial BiP. Si las circunstancias conducen a la acumulación de proteínas mal plegadas, las moléculas BiP de la luz del retículo endoplásmico se reclutan al servicio como chaperonas para las proteínas defectuosas, lo que las hace incapaces de inhibir a los sensores. Las Chaperonas son un conjunto de proteínas que se encargan del plegamiento correcto de las proteínas en el RER antes de ser llevadas al A.G. En el RER, se encuentran las chaperonas hsp70, que son proteínas conjugadas con ubiquitina y son degradadas por proteosomas. REL El retículo endoplásmico liso forma parte de la red de túbulos y sacos del RE, es caracterizado por no presentar ribosomas en su parte estructural. El retículo de los músculos lisos del cuerpo humano se denominan retículo sarcoplasmático y se encuentran en esta zona y en células del hepatocito, ya que la mayoría de las funciones que se generan son de factor de excreción y por lo tanto, entre sus funciones que realiza este organelo son las siguientes:

Síntesis de hormonas esteroideas en las células endocrinas de las gónadas y la corteza suprarrenal. Esto sucede debido a que son sustancias lipídicas que se secretan mediante la relación RE y Aparato del Golgi al medio extracelular. Detoxificación: Esta función es de suma importancia en el RE Liso ya que esta se encarga de eliminar todo tipo de sustancia tóxica que pueda afectar el funcionamiento de estos organelos. Este proceso se da debido a que existen un sistema de enzimas que transfieren oxígeno (oxigenasas), incluida la familia del citocromo P-450. Secuestro de iones calcio en el citoplasma celular. La liberación regulada de Ca2 + del SER de células musculares esqueléticas y cardiacas. Esto ocurre debido a diversos señalizadores celulares que se encargan de abrir los canales del RE Liso para la liberación regulada del Ca2+ hacia el medio citosólico.

Aparato de Golgi El aparato de Golgi fue descubierto en el año de 1898 por Camilo Golgi al descubrir una estructura que se encontraba inmersa en el sistema de endomembranas de la célula eucariota a través de un método de coloración argéntica. Es una estructura que se halla entre el R.E y la membrana plasmática, con endosomas y lisosomas situados entre el complejo, esto es de carácter critico para este organelo ya que con las vesículas transportadoras del R.E, estas llegan al Aparato de Golgi para la empaquetación y secreción de las proteínas ya clasificadas y organizadas, sin la intervención del R.E.R. Generalmente hay presencia de A.G en células de la mucosa intestinal, del páncreas exocrino y del hepatocito, donde hay aproximadamente unos 50 dictiosomas, que representan el 2% del volumen citosólico.

Esta integrado por una o varias unidades funcionales denominadas dictiosomas. Los dictiosomas están compuestos de: 1. Una red cis o de formación, formada por numerosos sacos y túbulos interconectados y donde se genera las reacciones de modificación de proteínas, lípidos y polisacáridos. 2. Una cisterna cis, conectada con la red cis 3. Una o mas cisternas cis medias independientes, lo cual no están conectadas entre sí 4. Una cisterna trans, conectada con la red trans 5. Una red trans o de maduración, que tiene una similitud con la red cis y actúa como un centro de organización y distribución que dirige el tráfico molecular hacia los endosomas, los lisosomas, la membrana plasmática o el exterior de la célula Generalmente, en las funciones que realiza el Aparato de Golgi y el RER son de transporte y procesamiento de proteínas, que es una función continua. El transporte de las proteínas a través de los compartimentos de las cisternas del Golgi, en las que madurarían de manera gradual y migrarían de forma paulatina a través del aparato en dirección cis-trans en lugar de hacerlo en el interior de vesículas de transporte. En lugar de ocuparse del transporte de proteínas a través del apilamiento del Golgi en dirección cis-trans, estas vesículas asociadas al aparato de Golgi se encargarían de devolver a las proteínas residentes del Golgi a los compartimentos iniciales de este aparato para su reutilización. La desaparición de la estructura organizada del aparato de Golgi cuando se inhibe el transporte de vesículas desde el R.E pone de relieve la importancia que reviste este dinámico proceso en el mantenimiento de la estructura de dicho aparato. Los resultados de algunos estudios recientes señalan que el mantenimiento de la

estructura dinámica del Golgi se basaría en interacciones establecidas entre proteínas de las membranas de las cisternas y el citoesqueleto. El aparato de Golgi tiene varias vías de producción proteica, donde estas están divididas en las siguientes: Vía Facultativa o Reguladas: La producción proteica es relativamente continua, pero el producto secretorio es almacenado en el citoplasma en gránulos especiales con membranas que poseen características particulares que hacen que no sean exportados en ausencia de un estímulo especifico. Vía Constitutiva: La producción proteica es continua y el producto se descarga apenas es elaborado. Lisosomas Todos los organelos contienen lisosomas, que son organoide que se encargan de realizar la digestión intracelular incorporadas por un proceso de endocitosis. Existe un proceso que se denomina autofagia, donde el lisosoma digiere alimentos de la propia célula. Un lisosoma contiene alrededor de 50 enzimas hidrolíticas que se producen en el retículo endoplásmico rugoso y se dirigen a estos organelos. Consideradas en conjunto, las enzimas lisosómicas pueden hidrolizar todo tipo de macromoléculas biológicas. Se cree que los lisosomas surgen a partir de los endosomas que recibieron dos clases de vesículas transportadoras, una con material endocitado y otra con enzimas hidrolíticas. Algunos tipos de lisosomas son: 1. Lisosomas primarios o autofagosomas: Son generados en el Aparato de Golgi y contiene dentro de ella enzimas hidrolíticas.

2. Lisosomas secundarios o endofagosomas: Se forma a partir de la unión del lisosoma primario con un fagosoma o un pinosoma. Contiene enzimas y sustancias que participan en el proceso de digestion Las enzimas de un lisosoma comparten una propiedad importante: todas alcanzan su actividad óptima en un pH ácido, por lo que son hidrolasas ácidas. El pH óptimo de estas enzimas se sitúa por debajo del pH del compartimiento lisosómico, que se aproxima a 4.6. La elevada concentración interna de protones se mantiene mediante una bomba de protones (una ATP-asa de H+) presente en la membrana que limita al organelo. Su proceso de activación ocurre en un pH de 5.0 Los lisosomas también tienen una función clave en el recambio de organelos, o sea en la destrucción regulada de los propios organelos celulares y su remplazo. Esto tiene que ver en relación con la autofagia, que incluye la formación de auto fagosomas, que se producen con la ayuda del REL, donde aporta una porción de su membrana para envolver al organoide obsoleto y formar el autofagosoma. El autofagosoma sigue un camino igual al del fagosoma, donde se fusiona con un endosoma secundario para poder recibir enzimas hidrolíticas del complejo de Golgi y se convierte en fagolisosoma. Todo este proceso termina a partir de la degradación del organoide por parte de sus enzimas. En algunas neuronas y células hepatocitícas y células del musculo cardiaco, los auto fagosomas no terminan de digerir algunos componentes de los organoide y

se

convierten en

cuerpos

residuales. Existen diversas

enfermedades que son provocadas por los lisosomas causadas por almacenamiento lisosómico de cuerpos residuales, que son las siguientes: 1. Enfermedad de Tay-Sachs: Causada por la deficiencia de la enzima βN-hexosaminidasa A, que degrada el gangliósido GM2. El GM2 es el principal componente de las membranas de las células cerebrales y, en

ausencia de la enzima hidrolítica, el gangliósido se acumula en los lisosomas hinchados de las células cerebrales, lo que provoca la disfunción. La forma grave de la enfermedad, que se manifiesta durante la lactancia, se caracteriza por retraso mental y motor progresivo, así como anormalidades esqueléticas, cardiacas y respiratorias. 2. Enfermedad de Gaucher: Se caracteriza por la acumulación de glucocerebrosidasa, por la ausencia de la glicosidasa que se encarga de la degradación de esta, que cataliza la hidrolisis del glicolípido en ceramida y glucosa, lo que ocasiona crecimiento esplénico y anemia. 3. Enfermedad de Niemann-Pick: Generada por la acumulación de esfingomielasa, a falta de la enzima esfingomielanasa, que se encarga de la hidrolisis del esfingolípido en ceramida y fosforilcolina. Vesículas Transportadoras El A.G y el RER tienen vesículas transportadoras que fluctúan entre los 50 y 250 nm de diámetro. Existen vesículas transportadoras y las mas estudiadas que son la COP (Coatamero) y Clatrina 

COP: Su cubierta esta formada por ordenaciones de múltiples unidades proteicas. Estas se dividen en dos y se clasifican debido a que a pesar que tengan la misma estructura, se generan en lugares diferentes, estas son:

 COP I: Su cubierta se genera en la cara del complejo de Golgi y retornan al RE. Se componen de 7 subunidades proteicas. Transportan dirección AGRE o transportar materiales entre las cisternas del AG  COP II: genera las vesículas que se forman en el RE y se dirigen a la cara de la entrada del complejo de Golgi. Consta de dos subunidades proteicas heterodiméricas. Transportan dirección RE AG Tanto el COP I como el COP II se ligan a proteínas denominadas ARF, específicamente ARF 1 y Sar 1

Clatrina: Su cubierta resulta de la asociación de múltiples unidades proteicas denominadas trisqueliones, generadas a partir de la unión de un complejo proteico ARF con el COP I y COP II. Estas generan vesículas que surgen de la membrana plasmática durante la endocitosis y las que se forman en la cara de salida del aparato de Golgi y se dirigen a los endosomas y a la membrana plasmática durante la secreción plegada.

Mitocondria: Las mitocondrias están rodeadas por un sistema de doble membrana, constituido por una membrana mitocondrial interna y otra externa separadas por un espacio intermembrana. La membrana interna forma numerosos pliegues (crestas), que se extienden hacia el interior (o matriz) del orgánulo. Cada uno de estos componentes desempeña un papel funcional distinto, siendo la matriz y la membrana interna los principales compartimentos funcionales de las mitocondrias. La matriz contiene el sistema genético mitocondrial, así como las enzimas responsables de las reacciones centrales del metabolismo oxidativo. La mayoría de las proteínas mitocondriales son traducidas en los ribosomas citoplásmicos libres, y son importadas al orgánulo debido a señales directoras específicas. contienen su propio ADN, que codifica ARNt, ARNr, y algunas proteínas mitocondriales. El ensamblaje de las mitocondrias implica, por tanto, a proteínas codificadas por su genoma propio y traducidas en el orgánulo, así como a proteínas codificadas por el genoma nuclear e importadas desde el citosol. A diferencia de la membrana interna, la membrana externa mitocondrial es completamente permeable a las moléculas pequeñas. Esto es debido a que contiene unas proteínas denominadas porinas, que forman canales que permiten la difusión libre de moléculas menores de 1.000 dalton. Por tanto, la composición del espacio intermembrana es similar a la del citosol respecto a los iones y a las moléculas pequeñas.

Las mitocondrias contienen su propio sistema genético, el cual está separado y es distinto del genoma nuclear de la célula. El genoma mitocondrial está constituido por moléculas circulares de ADN, como los de las bacterias, presentes en varias copias por orgánulo. El genoma mitocondrial humano codifica 13 proteínas implicadas en el transporte de electrones y en la fosforilación oxidativa. Varían considerablemente en tamaño entre las diferentes especies. Los genomas de las mitocondrias humanas y de la mayoría de los animales tienen sólo alrededor de 16 kb, pero se han encontrado genomas mitocondriales. sustancialmente más grandes en las levaduras (aproximadamente 80 kb) y en las plantas (más de 200 kb). Sin embargo, estos genomas mitocondriales más grandes están compuestos fundamentalmente por secuencias no codificantes y no parece que contengan mucha más información genética. Se cree que las mitocondrias evolucionaron a partir de bacterias que desarrollaron una relación simbiótica viviendo dentro de células más grandes (endosimbiosis). El ADN mitocondrial puede sufrir varias mutaciones, que frecuentemente son nocivas para el orgánulo, debido a que la mayoría de las mitocondrias del ovulo fecundado las aporta el oocito en vez del espermatozoide y estas mutaciones son transmitidas a la generación siguiente por la madre. Por ejemplo, la neuropatía óptica hereditaria de Leber, es una enfermedad que conduce a la ceguera, puede producirse por mutaciones en los genes mitocondriales que modifican los componentes de la cadena de transporte de electrones. Los cloroplastos y mitocondrias tienes similitudes entre ellas. Tanto los cloroplastos como las mitocondrias tienen como función generar energía metabólica, evolucionaron mediante endosimbiosis, contienen su propio sistema genético y se replican por división (fisión binaria). Sin embargo, los cloroplastos son más grandes y complejos que las mitocondrias, y desempeñan varias funciones críticas además de generar ATP.

Peroxisomas Son organoides que se encuentran en todas las células, tiene una forma ovoidal y esta limitado por una sola membrana. Posee un diámetro de 0,6 um y su numero varia entre 70 y 100 por célula. Contiene enzimas oxidativas, que tiene relación con funciones metabólicas, debido a que pueden formar y descomponer el peróxido de hidrogeno, que es una molécula sumamente tóxica para el organismo; generalmente, existen unas 40 enzimas intracelulares. Generalmente se encuentran en células hepáticas. Los peroxisomas se definieron como orgánulos que llevaban a cabo reacciones oxidativas produciendo peróxido de hidrógeno. Debido a que peróxido de hidrógeno es nocivo para la célula, los peroxisomas también contienen la enzima catalasa, que descompone el peróxido de hidrogeno convirtiéndolo en agua o utilizándolo para oxidar otros compuestos orgánicos. A su vez, estas participan en la B-oxidación de los ácidos grasos de más de 20 carbonos, generando como producto final energía en forma de ATP. El proceso oxidativo de los ácidos grasos generalmente no va encaminado a producir energía debido a que carecen de cadena de transporte electronico. El anillo superóxido que se encuentra en los procesos de oxidación, son considerados radicales libres, ya que son radicales muy reactivos y una enzima denominada superóxido dismutasa, se encarga de eliminarla. Se sospecha que este anillo produce perdidas de sulfhidrilos en las proteínas, alteraciones en la bicapa lipídica de las membranas celulares y mutaciones genéticas, lo que podría acelerar el envejecimiento orgánico y facilitar un cuadro clínico cancerígeno  Síndrome caracteriza

de por

Zellweger la

baja

o

síndrome

producción

o

cerebro-hepato-renal: ausencia

de

Se

peroxisomas,

especialmente en tejidos encargados de la depuración, desintoxicación del cuerpo, como pueden ser las células renales y del hepatocito. Ocurre por la mutación de un gen que codifica la síntesis de una proteína de membrana

de peroxisoma, gen...