Tema 4 bcel - Apuntes 4 PDF

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Apuntes Biología Celular del Grado en Biología....

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TEMA 4:

Sistema de endomembranas. Retículo endoplásmico: origen evolutivo, organización estructural, dominios y plasticidad morfofuncional. Funciones del retículo. Complejo de Golgi: compartimentación estructural, molecular y funcional. Tráfico vesicular intracelular y señalización. Lisosomas: estructura y composición química. Formación de lisosomas. Mecanismos de digestión celular: papel de los lisosomas en la fagocitosis, endocitosis y autofagia. Vacuolas vegetales.

Vemos la ruta de secreción en la primera imagen, esto está porque vamos a ver los orgánulos que están dentro de la célula. Vamos a hacer un camino a través de los endosistemas de las células para hablar de estos orgánulos. 

POSIBLE ORIGEN EVOLUTIVO

Una célula sin orgánulo rodeado de membrana, mediante una invaginación profunda, va a dar lugar a un sistema de endomembrana (retículo y la estructura nuclear), lo demás son especializaciones de estas dos cosas. El sistema de endomembranas es que todas las membranas que hay en el interior de una célula y las que rodean a los orgánulos proceden de una membrana plasmática. En algunas bacterias el DNA se halla unido a una invaginación de la membrana plasmática llamada mesosoma. En células procariotas muy arcaicas, una invaginación de este tipo pudo dar lugar a una envoltura alrededor del DNA permitiendo todavía el acceso del DNA al citosol celular (como se requiere para permitir que el DNA pueda dirigir la síntesis de proteínas). Probablemente esta envoltura se generó completamente a partir de la membrana plasmática, TEMA 4: BIOLOGIA CELULAR

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produciendo un compartimento limitado por una doble membrana. El lumen del retículo es un continuo con el espacio que se halla entre las membranas nucleares externa e interna.

 EXISTEN DOS TIPOS DE RETÍCULO:  Retículo endoplasmático rugoso (RER): orgánulo membranoso que presenta ribosomas adosados a su superficie.  Retículo endoplasmático liso (REL): orgánulo membranoso que no presenta en su superficie ribosomas. 

RETICULO ENDOPLASMATICO RUGOSO

En la imagen vemos el RER, si yo veo ribosomas pegados, veo que se está produciendo síntesis de proteína, el RER es aquella zona del retículo endoplasmatico que tiene ribosomas adosados porque se están sintetizando proteínas. En el momento de la célula vemos que se están sintetizando proteínas.

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RETICULO ENDOPLASMATICO LISO.

Aquellas zonas del retículo endoplasmático que en ese momento NO tienen ribosomas adosados y se suele ver de otra manera, con forma no tan aplanada como en el RER.

¡OJO!: RER Y REL están en el mismo orgánulo y se continua uno con otro. Son dos formas diferenciales de un mismo orgánulo.

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FUNCIONES DEL RETICULO ENDOPLASMATICO. (Posible pregunta exámen) Los ribosomas del RER sintetizan proteínas por translocación co-traduccional. Incorpora proteínas citosólicas por translocación post- traduccional. Realiza la N- glicosilacion de proteínas (RER) Sintetiza fosfolípidos de membrana (REL) Realiza glucogenolisis (REL) Detoxifica (REL) Almacena Ca2+ (REL)

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CONCEPTO DE TRANSLOCACCION TRANSLOCACION POST-TRADUCCIONAL.

CO-TRADUCCIONAL

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TC Translocación co-traduccional.// aquella en la que la translocación sucede durante la traducción. Este tipo de translocación es la más frecuente en el retículo. Esto explica por qué los ribosomas se unen a la membrana del RE pero no a la cara citoplasmática de otros orgánulos.

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TP Translocación post-traduccional.// aquella en la que la translocación de proteínas al interior se realiza después de que la proteína haya sido sintetizada completamente y se haya liberado al citosol.

Para nuestros tipos celulares la TC es la más normal, una proteína conforme se traduce se introduce dentro del retículo, (translocar es pasar de un sitio a otro), por lo contrario, TP es que se introduce la proteína en el retículo una vez que se ha sintetizado por completo. En una levadura normalmente ocurre la TP. La proteína no puede elegir su mecanismo. ¿Cuál es el más complejo? TC. *Los ribosomas no están constantemente anclados a la membrana externa del retículo, sino que solamente se anclan al mismo cuando la secuencia señal o péptido señal, sintetizado por un ribosoma gracias a un determinado ARNm, indica que esta proteína tiene que ir al retículo, entonces se ancla al mismo y se produce el proceso de translocación.

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MECANISMO DE TC DE PROTEINAS

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Por un lado, tenemos los ribosomas, el ARNm… En la membrana del retículo tiene que haber un translocador, esto significa, que es una proteína. Necesitamos un receptor para la señal, en este caso es doble, actúa como una lanzadera y está en el citosol, uno SRP y otro receptor en la membrana del retículo, este es el receptor del receptor SRP. SRP se debe a que P es de partícula de reconocimiento de la señal que reconoce la señal “Signal sequence”. Por lo tanto, tenemos un mensajero en el citosol. (este mensajero se acopla a las dos subunidades del ribosoma y se empieza a leer en dirección 5´-3´). El péptido señal nos indica que la proteína se va a terminar de sintetizar en el retículo, esa señal se une a lo verde (SRP: se une al péptido señal y a la subunidad grande del ribosoma y en ese momento se para la traducción de la proteína y en este estado es reconocido por su receptor). Tras la hidrolisis Cuando esto pasa SRP transfiere el ribosoma sobre el translocador y por eso el ribosoma se adosa a la membrana del retículo, que en ese momento cambia su conformación y se abre, la hidrolisis de SRP es fundamental porque aporta energía, SRP y su receptor tienen GTP unido (esto proporciona energía). Como se libera/hidroliza y se puede volver a utilizar, la traducción sigue, y la proteína entraría por el translocador (open) se acopla al canal, en una translocación co-transduccional. Hay otra proteína de membrana que se llama peptidasa de la señal, esta corta el péptido, exactamente el péptido señal que solo servía para elevar la proteína anteriormente (en el 4) y sigue la traducción, cuando el mensajero se termina de leer la proteína ha entrado por completo al retículo y las dos subunidades del ribosoma de desacoplan y el translocon se cierra, volviendo otra vez al principio. ¡OJO! Canal: reconoce al sustrato y no sufre cambio conformacional, no se consume energía. Translocador/translocon: reconoce al sustrato y tiene un cambio conformacional, puede consumir energía o no.

El péptido se degrada una vez tenido en el citosol, en el proteosoma. El sistema de translocación es utilizado como control de calidad de proteínas que llegan al RE. Todas aquellas proteínas que no pasan este control o que se encuentran mal plegadas, se retrotranslocan al citosol para degradarse. En el 7, aparece la proteína que conforme sale va al proteosoma. Se controla todo. Todas las posibilidades no solamente son posibles sino probables, conceptualmente, el translocon está formado por una proteína que se llama “Sec 61” porque se dio en mutantes de secreción de levadura. 61 hace referencia a la masa de la proteína. Múltiples copias de la proteína hacen el canal, también el receptor está unido a “Sec 61” y forma parte de ella las proteínas formando un complejo sec 61, se juntas las proteínas, la peptidasa y más. Cada vez que analicemos el camino que sigue una proteína tenemos que fijarnos en: 1. 2. 3. 4.

La señal. El receptor. El translocador. La energía.

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INSERCIÓN DE PROTEINAS TRANSMEMBRANALES EN LA MEMBRANA DEL RER.

Estas proteínas en vez de tener una señal en el extremo amino que las va a dirigir hasta el retículo, tiene varias señales, una proteína va a ser transmembrana con un paso único, tienen una señal adicional más, tienen una señal en el extremo amino, es reconocida por la partícula de reconocimiento y el ribosoma se va con la particula pegada al translocon… ( lo mismo que ayer) hasta el número 3, llega la segunda secuencia señal ( que es interna) es una hélice alfa ( entre 2025 aminoácidos) que cuando está ocupando el canal, en ese momento, esa señal es una señal de parada de la translocación ( pero no de la traducción), es decir, ya la proteína no se transloca más, no entra más, el resto de la proteína se sigue sintetizando pero ya no entra, se mueve dentro del translocador la de dentro y se ancla en la bicapa lipídica del RER. La proteína señal hace: 1. Para la translocación 2. Anclaje *Las proteínas entran en forma de bucle. Se demostró que las proteínas en vez de estar en la membrana, se iban al interior, lo cual demostró que según la secuencia señal, esta es necesaria y suficiente para que la proteína sea una proteína transmembrana de paso único. Hay una pequeña diferencia con respecto al anterior y es el movimiento del péptido señal, pues en el anterior el péptido señal está en otro lado, pero pueden ocurrir las dos cosas, ocurra lo que ocurra, esto para degradarse tendría que volver al traslocon y salir. Una proteína multipaso podría tener muchas secuencias señales, todo se basa en distintas secuencias señales, la primera en el extremo amino y después señales internas, que puede ser de paso único o de más pasos (multipaso).

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N-GLICOSILACIÓN DE PROTEINAS EN EL RER

En la imagen vemos glicoproteínas, proteínas glicosiladas, se le añaden azucares y siempre con un residuo Aa, la Asparagina y esto ocurre en el retículo conforme se está traduciendo la proteína, es necesario en la traducción la presencia de ribosoma aunque no se vea en la imagen, la Asparagina (Asn) tiene que estar en una secuencia determinada, con [X] que puede ser cualquiera menos la prolina y a continuación Ser o Thr, a estas proteínas se le pega un oligosacárido preformado en el retículo, que siempre es el mismo, con 14 elementos, con dos enlaces ( pirofosfato), formado por 2 N-acetil glucosamina 9 manosas y 3 glucosas ( estos 15 solo las 5 primeras se quedan siempre, las 2 glucosaminas y 3 manosas) y conforme aparece la asparagina hay un oligosacárido transferasa, esta es una enzima que se encarga de transferir. En el Golgi, la Asn se modifica. Aunque la secuencia de aminoácidos sea la correcta, si no hay un plegamiento y la glicoproteina no es accesible a la enzima, no hay transcripción. Se van formando bucles transitorios para que los Aas no estén expuestos.  Los procariotas también glucosilan proteínas, pero por otro mecanismo. La adición covalente de azúcares a las proteínas es una de las principales funciones biosintéticas del RER Glucosilación de una proteína en el RE. Casi inmediatamente después de que la cadena polipeptídica entre en el lumen, se glucosila sobre los residuos de asparragina diana. El oligosacárido que se muestra en la figura se transfiere a la asparragina como una unidad intacta, a través de una reacción catalizada por la oligosacarido transferasa, una enzima unida a membrana. (Se unirán tantos oligosacáridos como

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asparraginas, Asn, se encuentren). Existe una copia de esta enzima asociada con cada translocador proteico de la membrana del RE.

Las tres glucosas se eliminan para indicar que esta proteína está madura y que puede ir hacia el Aparato de Golgi.

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TRANSLOCACION POST-TRADUCCIONAL.

Mecanismo que sirve a aquellas proteínas que se sintetizan oir completo en el citosol, y luego se incorporan al retículo. Entran por el translocon y la secuencia señal también se corta para llevarla al retículo. Formando parte del complejo Sec 61 (translocon) están las proteínas que rson el complejo Sec 63, que forman parte de la maquinaria de translocación, y nos aporta la energía necesaria para llevar la prteinas al traslocador, esta energía la utiliza en forma de ATP, en concreto a través de la hidrolisis. Lo que se va pegando a al proteina, se llaman chaperonas (cualquier proteina que interviene en el correcto plegamiento de otra proteína), está en concreto parecer ser la primera chaperona que se describió, y se le puso el nombre de BiP, se unía a cualquier proteína que se encontraba allí (por el traslocon) , las chaperonas actúan como si cogieran la cuerda y tirasen de ella, al unirse a la proteina se produce un cambio conformacional. Resumen: Nos tenemos que quedar con que las proteínas que se introducen al retículo por un mecanismo post traduccional tienen una secuencia señal que se corta una vez dentro, tienen un complejo Sec 63 y una proteína interna del retículo la “bounding protein” (BiP)que utiliza la hidrolisis del ATP como fuente de energía. Solamente interactúa con BiP el complejo Sec 63 cuando hay presencia de ATP.

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La mayoría de las proteínas de los hongos entran al retículo por este mecanismo.

*Proteínas: a continuación… - Membrana: complejo Sec, 61 y 63, peptidasa que corta la señal, receptor de SRP. - Interior del retículo: Boundig protein, el oligosacárido transferasa.

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PROTEINAS SINTETIZADAS POR RIBOSOMAS LIBRES O UNIDOS AL RETICULO.

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SINTESIS DE LIPIDOS DE MEMBRANA: FOSFATIDILCOLINA (podemos ver su estructura en el tema 1, membranas celulares, figura 10-2ª y 10-3) examen

Tenemos la síntesis de lípidos de membrana, un ejemplo de esto, mediante la fosfatidilcolina (puede llegar a ser el 40-60% de los lípidos de membrana) los demás lípidos se sintetizan de manera parecida a esta, pudiendo comprender las diversas variaciones para el resto. Tiene lugar en membranas del retículo, y la primera síntesis se establece dentro de la membrana, en la cara citosolica del retículo, la fosfatidilcodina es un fosfoglicerido por lo tanto su biosíntesis se hace a través del glicerol-(3)-fosfato, a los que se le unirán ac grasos, estos que están libres se incorporan en la membrana del retículo y se activan mediante coenzima A. Hay una trasferasa (acil), son enzimas, que en este caso transfiere grupos acilos a sus respectivos carbonos. El fostato del 3 se pierde mediante una fosfatasa que hace que se hidrolice, después aparece otro fosfato en la cabeza de la fosfatidilcolina mediante una fosfocolina, añadiendo la colina y un fosfato (numero 5) porque la enzima añade fosfocolina, no colina sola, el donador de fosfocolina es el C-P-PColina. En la célula los nucleótidos y los enlaces fosfatos se suelen utilizar para donar “cosas”. Al final tenemos la fosfatidilcolina. Más tarde esta puede cambiarse de cara para equilibrar la concentración que ocurre en cada una de las caras, pero esto es al final, al principio siempre se empieza por la cara citosolica del retículo. Las flipasas son las que cambian la ubicación (equilibrando la concentración de las distintas monocapas). Enzimas importantes: 1. Aciltrasferasa. 2. Fosfatasa. 3. Colina fosfotrasferasa. *Los lípidos se sintetizan en la cara citosolica de las membranas del RE y se traslocan enzimáticamente a la cara exoplasmática. 

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GLUCOGENOLISIS

Vemos una imagen en microscopia electrónica, vemos los gránulos de glucógeno en las células que almacenan glucógeno (rojo), también hay vesículas del REL(azul). Las células que queman azucares normalmente almacenan glucógeno para usarlo cuando lo necesitan, cuando vemos en una célula esto es que lo tiene almacenado el glucógeno (paralelismo con las células de la grasa, que la almacenan). Cuando necesitan glucógeno, lo tienen que romper mediante una glucogenolisis, aunque el glucógeno está en el citosol, siempre ocurre al lado de una zona de REL porque cuando se rompe el glucógeno se produce glucosa-1-fosfato que se convierte en glucosa-6-fosfato entrando directamente a la glucolisis, pero en una célula del hígado ( que tienen que llevar la glucosa a la sangre cuando es necesario), que almacena mucha glucosa, la glucosa-6-fosfato no podría liberarse a la sangre por sí sola, entonces hay una enzima la glucosa-6-fosfatasa que el quita el fosfato a la glucosa-6-fosfato quedando glucosa sola y quedando en el REL.

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DETOXIFICACIÓN

(estamos hablando de las funciones del retículo *tener en cuenta).

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En la membrana del retículo hay enzimas que hacen menos toxicas a determinadas sustancias “detoxifican”, esto significa que la mayoría de las veces son sustancias que tienen grupos H por lo que son muy toxicas por su gran poder reductor. Se convierten en sustratos con grupo OH hidrofilico, esto lo hacen algunas enzimas que están en la membrana del retículo, la más importante es citocromo P-450, está detoxifica a muchos sustratos haciendo el sustrato más soluble de grupo H a OH (menos reactivo, porque ya no tiene poder reductor) eso se hace a partir de citocromos, que siempre hacen reacciones redox ( oxidación- reducción) y usando NADPH y al final usando oxigeno se libera agua y se convierte el grupo H en OH, hay que recordar que la enzima P-450 está en el REL. Son los distintos estados por los que pasa la proteína citocromo P-450.

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ALMACENAMIENTO DE IONES Ca2+ EN EL RETICULO

El Ca2+ es esencial en muchos procesos enzimáticos o mecanismo celulares, y por ello la célula lo almacena en el RE y en las mitocondrias. Cuando se requiere (se cogen estos almacenes), se intercambia entre el RE, el citosol y la mitocondria. Puede haber un intercambio de iones calcio entre retículo, citosol y mitocondria, cuando se necesita, se puede sacar desde el retículo o la mitocondria. Hay un montón de canales trasportadores de distinto tipo y que se regulan de distinta manera. ¿De qué depende un intercambio más o menos eficiente? De que sepamos colocar los canales o transportadores en los sitios adecuados. MIRAR OTRA VEZ RESUMEN FUNCIONES DEL RETICULO ENDOPLASMATICO.

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COMPLEJO DE GOLGI

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ESTRUCTURA

La flecha nos plasma la dirección a la que van las proteínas, las cisternas ocupan la parte central, es algo “aplanado”; Por encima de las cisternas hay una red y después de la última cisterna hay otra red (no tan aplanadas como las cisternas). Por definición, hay unas cosas que se llaman cis (lo más cercano) y otras trans (lo más alejado).

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Estructuras (por orden): 1. Red del cis Golgi. 2. Conjunto de cisternas aplanadas (Cis, medial y trans). * 3. Red del trans Golgi. (5 compartimentos reconocibles funcionalmente distintos entre sí.) *A veces al conjunto de las cisternas se le llama “dictiosoma”. (el dictiosoma varía entre 2,3,6 cisternas...) * El aparato de Golgi y el RE forman un único compartimento. La red del cis del Golgi y la red del trans Golgi constituyen un subcompartimento dentro del aparato de Golgi.  Red del Cis Golgi. Recibe glucoproteínas en vesículas de transporte desde el RER.  Dictiosoma (cisternas Cis, Mediales y Trans). Transforma las glucoproteínas.  Vesículas de transporte. Transportan a las moléculas de cisterna en cisterna.  Red del Trans Golgi. Clasifica a las proteínas.  Gránulos de secreción. Se funden con la MP.

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PROCESAMIENTO DE GLICOPROTEINAS EN EL COMPLEJO DE GOLGI. (examen)

Hay diversidad estructural de los 5 compartimentos, las transformaciones que sufren las proteínas que vienen del retículo son distintas en cada compartimento.  En la red Cis Golgi, es donde se marcan las enzimas que van a ir a los lisosomas (proteínas) y todas están n-glicosiladas. En estas enzimas, sus manosas (una, dos o tres) que aparecen cuando llegan al Golgi, se fosfoliran, se le añ...