TEMA 6 - EL APARATO DE GOLGI Y LISOSOMAS (RESUMEN+RESPUESTAS) PDF

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BIOLOGÍA CELULAR TEMA 6 – EL APARATO DE GOLGI. ÍNDICE: 1. INTRODUCCIÓN. 2. ORGANIZACIÓN DEL APARATO DE GOLGI 2 MONITORIZACIÓN DEL TRANSPORTE 2 RELACIÓN ENTRE EL NÚCLEO, RER Y APARATO DE GOLGI. 3. COMUNICACIÓN ENTRE LAS CISTERNAS DEL APARATO DE GOLGI. 3 TRANSPORTE VESICULAR. 3 MADURACIÓN DE CISTERNAS...

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BIOLOGÍA CELULAR TEMA 6 – EL APARATO DE GOLGI. ÍNDICE: 1. INTRODUCCIÓN. 2. ORGANIZACIÓN DEL APARATO DE GOLGI 2.1 MONITORIZACIÓN DEL TRANSPORTE 2.2 RELACIÓN ENTRE EL NÚCLEO, RER Y APARATO DE GOLGI. 3. COMUNICACIÓN ENTRE LAS CISTERNAS DEL APARATO DE GOLGI. 3.1 TRANSPORTE VESICULAR. 3.2 MADURACIÓN DE CISTERNAS. 4. PROCESADO DE OLIGOSACÁRIDOS. 4.1 CLASIFICACIÓN DE PROTEÍNAS DEL RER SEGÚN DESTINO. 5. SECRECIÓN CONSTITUTIVA Y REGULADA. 5.1 SECRECIÓN REGULADA 5.2 SECRECIÓN CONSTITUTIVA. 6. LISOSOMAS 6.1 SEÑAL ESPECÍFICA DE TRANSPORTE. 6.2 CLASIFICACIÓN DE LOS LISOSOMAS. 6.3 PROCEDENCIA DEL MATERIAL DEGRADADO 6.4 RECICLAJE DE LA MEMBRANA Y DEL CITOPLASMA MEDIANTE LOS LISOSOMAS: CUERPOS MULTIVESICULADOS.

1. INTRODUCCIÓN El aparato de Golgi, o el complejo de Golgi, funciona como una fábrica en la que las proteínas recibidas del RE se reprocesan y distribuyen para ser transportadas a sus destinos finales: los lisosomas, las membranas plasmáticas o la secreción. Además, como ya se ha mencionado, los glicolípidos y la esfingomielina son sintetizados en el Golgi para llevar a cabo la glicosilación y la modificación de los azúcares (es necesario que sean membranas distintas del retículo porque la cadena de montaje de los azúcares se tiene que hacer en sitios distintos). Como se produce un fenómeno de glicosilación, las cadenas de azúcares van aumentando de tamaño y la membrana va aumentando de grosor conforma avanza. En las células vegetales el aparato de Golgi es, además, el sitio en el que se sintetizan los polisacáridos complejos de la pared celular. Así, el aparato de Golgi está implicado en procesar el amplio espectro de constituyentes celulares que viajan a lo largo de la vía secretora. 2. ORGANIZACIÓN DEL APARATO DE GOLGI. En la mayoría de las células, el Golgi está formado por unos sacos aplanados rodeados de membrana que reciben el nombre de cisternas o sáculos, cuyo número es variable, desde tres a ocho y su comunicación no es directa, sino que se realiza mediante vesículas. Su membrana presenta unas proteínas muy específicas que son capaces de identificar las distintas vesículas procedentes del retículo endoplasmático rugoso. Una característica fundamental del aparato de Golgi es que sus cisternas, cuyo conjunto recibe nombre de dictiosoma, presenta una polaridad concreta. La cara de membrana que se orienta hacia el RER y el núcleo recibe el nombre de cara cis convexa y funciona como una cara de entrada, mientras que la cara de salida está orientada hacia la membrana y otros orgánulos como los lisosomas y recibe el nombre de cara trans cóncava. La orientación hacia el RER y el núcleo es dirigida mediante microtúbulos (posición yuxtanuclear). El conjunto del dictiosoma se va engrosando conforme pasa por el aparato de Golgi. El transporte de vesículas interno del aparato de Golgi produce profundos cambios y modificaciones con el fin de completar su desplazamiento a sus destinos finales. Algunas de las funciones propuestas para las vesículas procedentes del aparato de Golgi son las siguientes: la reparación y recambio de membranas, la secreción extracelular, la propia formación intrínseca de lisosomas, una modificación de oligosacáridos o formación de algunos mucopolisacáridos como el cartílago. Estos últimos tiene

una importancia transcendental debido a que constituyen la esencia de la configuración deforme de la matriz extracelular. 2.1 MONITORIZACIÓN DEL TRANSPORTE. Se inyectaron vesículas marcadas que emitían fluorescencia y se siguió su recorrido mediante microscopía de fluorescencia. De esta forma se pudieron caracterizar los diferentes compartimentos que determinaban la estructura del dictiosoma del aparato de Golgi. En la imagen de la derecha podemos visualizar la trayectoria y distribución de las vesículas por los almacenes discretos del aparato de Golgi. Habitualmente y gracias a este seguimiento este orgánulo suele ser dividido en varias estructuras. La cara cis, orientada al núcleo, un apilamiento de sáculos que se denominan subcompartimento medial (justo después de la cara cis) y subcompartimento trans (justo antes de la cara trans) y una cara trans (o red terminal trans) que funciona como cara de salida. De esta última cara las vesículas modificadas por el aparato de Golgi saldrán y se dirigirán a sus destinos diana. Las modificaciones empiezan en la red cis y continúan los cambios a lo largo de los subcompartimentos. La red trans funciona como un centro organizador que dirigirá el tráfico de estas nuevas moléculas, es decir, hay una clasificación del material. 2.2 RELACIÓN ENTRE EL NÚCLEO, RER Y APARATO DE GOLGI.

3. COMUNICACIÓN ENTRE LAS CISTERNAS DEL APARATO DE GOLGI. Como ya hemos dicho antes, las distintas cisternas que forman el dictioma del aparato de Golgi no están unidas ni conectan mediante membrana, sino que su comunicación se realiza mediante vesículas. A continuación, exponemos dos modelos para explicar esta comunicación.

3.1 TRANSPORTE VESICULAR. Este modelo confiere al aparato de Golgi una estructura estática, donde las enzimas se encuentran en posiciones permanentes. Este modelo se define por el movimiento del RE al Golgi a través de vesículas; las vesículas van pasando de cisterna en cisterna. Cada vesícula tiene una composición específica de proteína.

3.2 MADURACIÓN DE CISTERNAS. En este modelo la estructura del dictiosoma no es estático, sino que le confiere una naturaleza dinámica, donde conforme las vesículas avanzan las enzimas van retrasándose. Solo se produce transporte en una dirección. Esta hipótesis es posterior a la del transporte vesicular.

4. PROCESADO DE OLIGOSACÁRIDOS. El procesamiento de las proteínas en el Golgi supone la modificación y síntesis de los restos de carbohidratos de las glicoproteínas. Uno de los aspectos principales de este procesamiento es la modificación de los N-oligosacáridos que se unieron a las proteínas en el RE. Los N-oligosacáridos se procesan en el aparato de Golgi mediante una secuencia ordenada de reacciones. En la mayoría de los casos, la primera modificación de las proteínas destinadas a ser secretadas o a la membrana plasmática es la eliminación de tres residuos de manosa.

A esto le sigue la adición secuencial de una N-acetilglucosamina, la eliminación de dos manosas más y, por orden, se añaden dos N-acetilglucosaminas más, tres galactosas y tres ácidos siálicos. En el esquema siguiente podemos el orden de estas reacciones y el lugar donde se ocasionan. 4.1 CLASIFICACIÓN DE PROTEÍNAS DEL RER SEGÚN DESTINO. Las proteínas que salen del Golgi tienen 3 destinos: la membrana plasmática y secreción no regulada, actuación simulando vesículas de secreción o los lisosomas. El destino depende de señales o de su ausencia. Lo importante es que según el destino las modificaciones que se realizan a los oligosacáridos provenientes del RER son distintas. Los cambios de azúcar son reconocidos y es lo que acaba dirigiendo la vesícula a su destino final. 5. SECRECIÓN CONSTITUTIVA Y REGULADA. 5.1 SECRECIÓN REGULADA. Se trata de un mecanismo que solo influye en células especializadas en la secreción, como lo son las glándulas, las neuronas o las células del aparato digestivo, entre otras. Las vesículas de secreción regulada necesitan una señal (aumento de calcio) ya que no se fusionan directamente con la membrana. Necesitamos gasto de energía mediante ATP y GTP. 5.2 SECRECIÓN CONSTITUTIVA. Se produce en todas las células y se encarga de liberar moléculas que van a formar parte de la matriz extracelular o bien sirven para regenerar la propia membrana celular. Es un proceso constante de producción, desplazamiento y fusión, con diferente intensidad de tráfico según el estado fisiológico de la célula.

6. LISOSOMAS Los lisosomas son orgánulos limitados por una membrana simple, en cuyo interior encontramos hidrolasas ácidas, y presentan una morfología heterogénea (nucleasas, proteasas, hidrólisis de polisacáridos y mucopol, proteasa y lipasas) Encontramos una bomba de protones (H+) utilizada para mantener un pH más o menos ácidos (5 unidades de pH) en el interior de la célula. A pH fisiológico el lisosoma es funcionalmente inactivo, por ello es necesario un pH de 5 unidades para su correcto funcionamiento.

6.1 SEÑAL ESPECÍFICA DE TRANSPORTE.

El procesamiento del N-oligosacárido de las proteínas lisosómicas difiere del de las proteínas secretadas y de la membrana plasmática. Las proteínas destinadas a incorporarse en los lisosomas, en vez de la eliminación inicial de tres residuos de manosa, son modificadas mediante una fosforilación de la manosa. En el primer paso de esta reacción, se añade N-acetilglucosamina fosfato a residuos específicos de manosa, probablemente mientras la proteína está aún en la red cis del Golgi. A esto le sigue la eliminación del grupo N-acetilglucosamina, dejando residuos de manosa-6fosfato en el N-oligosacárido. Debido a esta modificación, estos residuos no son eliminados durante el procesamiento posterior. En su lugar, el residuo de manosa fosforilado es reconocido específicamente por un receptor de manosa-6-fosfato en la red trans del Golgi, que dirige el transporte de estas proteínas a los lisosomas. Alrededor del residuo de manosa fosfolirado junto con el receptor específico de esta, se va formando vesículas de clatrina, que son las encargadas de deformar la membrana del Golgi y seleccionar las sustancias que van hacia los lisosomas. Estas vesículas viajan hasta los cuerpos multivesiculares y endosomas tardíos con quienes se fusionan, lo que produce la liberación de la clatrina y, por consiguiente, el gasto de energía n forma de ATP. A continuación, la proteína llega a una zona donde se produce un cambio de pH. El pH más ácido de estos endosomas respecto al que hay en la cara trans hace que las hidrolasas se desliguen de su receptor, el cual puede volver a ser incluido en vesículas de reciclado que se dirigen de nuevo a la cara trans del aparato de Golgi. Finalmente, se degrada el fosfato en el lisosoma. 6.2 CLASIFICACIÓN DE LOS LISOSOMAS. Los lisosomas se pueden clasificar en función de su actividad de degradación. Distinguiríamos, por tanto, entre lisosomas primarios y secundarios: · Lisosomas primarios: Son aquellos que están recién formados y sin actividad de digestión celular. Para que se forma un lisosoma primario es necesario millones de vesículas que salgan del Golgi. Estos para poder degradar algo tienen que unirse a sustancias que lleguen en forma de vesículas. · Lisosomas secundarios: Son lisosomas que ya han incorporado elementos para ser degradados. En su interior quedan cuerpos residuales que pueden ser llegar a los lisosomas y

ser degradados, mediante alguna de las siguientes vías: endocitosis, fagocitosis o autofagia. Cabe destacar esta última donde los orgánulos o contenido citosólico son englobados en vesículas o autofagosomas que se fusionan con los lisosomas. Sin embargo, hay veces que estos no pueden ser expulsados y se van acumulando en el interior del lisosoma en forma de gránulos de lipofucsina. 6.3 PROCEDENCIA DEL MATERIAL DEGRADADO Los lisosomas secundarios reciben una denominación distinta dependiendo de la vía mediante el cual está siendo degradado el material: endocitosis (endolisosomas), autofagia (autogafolisosoma) y fagocitosis (fagolisosoma). La fagocitosis y la endocitosis son procesos que pueden parecer iguales, pero en cuanto a su mecanismo no tienen nada que ver. En la fagocitosis se produce un movimiento de la célula sobre lo que se quiere fagocitar. La célula puede rodearlo, moverse sobre él y al final fagocitarlo. En el caso de la endocitosis es un caso específico, las células forman

vesículas de clatrina reconociendo aquello que quieren.

6.4 RECICLAJE DE LA MEMBRANA Y DEL CITOPLASMA MEDIANTE LOS LISOSOMAS: CUERPOS MULTIVESICULADOS. Es un proceso de degradación de membrana plasmática y en menor medida de citoplasma. Una vesícula empieza a formar invaginaciones hacia el interior que se van separando. La membrana que va entrando desde la membrana plasmática va formando el cuerpo multivesicular. Una vez que este alcance un tamaño suficiente podrá unirse a un lisosoma. Los lisosomas serían los orgánulos que contribuyen a degradar el exceso de membrana plasmática.

PREGUNTAS POSIBLES. 1. Describe la estructura de un dictiosoma. ¿Qué regiones podemos distinguir? ¿Dónde se localiza en la célula? El dictiosoma es el conjunto de los sáculos aplanados que conforman el retículo de Golgi. Encontramos tres zonas claramente diferenciables: la cara cis convexa, un apilamiento de sáculos intermedios que funcionan a modo de subcompartimentos (encontramos el medial y el trans) y, por último, la red trans cóncava. El conjunto de los dictiosomas está conformado entre 3 y 8 sáculos. El dictiosoma está claramente polarizado, la red cis está orientada hacia el núcleo y el RER mientras que la red trans está de cara a la membrana plasmática, a lisosomas y otros compartimentos celulares. Por tanto, podemos encontrar aparato de Golgi cerca del núcleo y muy próximo del RER. 2. Funciones del aparato de Golgi. El aparato de Golgi, o el complejo de Golgi, funciona como una fábrica en la que las proteínas recibidas del RE se reprocesan y distribuyen para ser transportadas a sus destinos finales: los lisosomas, las membranas plasmáticas o la secreción. Además, como ya se ha mencionado, los glicolípidos y la esfingomielina son sintetizados en el Golgi para llevar a cabo la glicosilación y la modificación de los azúcares 3. ¿Qué hipótesis conoces que expliquen la transferencia de las proteínas de secreción y transmembrana a través del dictiosma? Mediante el transporte vesicular (este modelo confiere al aparato de Golgi una estructura estática, donde las enzimas se encuentran en posiciones permanentes. Este modelo se define por el movimiento del RE al Golgi a través de vesículas; las vesículas van pasando de cisterna en cisterna. Cada vesícula tiene una composición específica de proteína) y la maduración de las cisternas (en este modelo la estructura del dictiosoma no es estático, sino que le confiere una naturaleza dinámica, donde conforme las vesículas avanzan las enzimas van retrasándose. Solo se produce transporte en una dirección. Esta hipótesis es posterior a la del transporte vesicular) 4. ¿Cómo se forma un oligosacárido O-ligado? El procesamiento de las proteínas en el Golgi supone la modificación y síntesis de los restos de carbohidratos de las glicoproteínas. Uno de los aspectos principales de este procesamiento es la modificación de los N-oligosacáridos que se unieron a las proteínas en el RE. Los N-oligosacáridos se procesan en el aparato de Golgi mediante una secuencia ordenada de reacciones. En la mayoría de los casos, la primera modificación de las proteínas destinadas a ser secretadas o a la membrana plasmática es la eliminación de tres residuos de manosa. A esto le sigue la adición secuencial de una N-acetilglucosamina, la eliminación de dos manosas más y, por orden, se añaden dos N-acetilglucosaminas más, tres galactosas y tres ácidos siálicos. En el esquema siguiente podemos el orden de estas reacciones y el lugar donde se ocasionan. 5. Define secreción constitutiva y regulada. ¿Qué diferencias hay entre ellas? La secreción regulada se trata de un mecanismo que solo influye en células especializadas en la secreción, como lo son las glándulas, las neuronas o las células del aparato digestivo, entre otras. Las vesículas de secreción regulada necesitan una señal (aumento de

calcio) ya que no se fusionan directamente con la membrana. Necesitamos gasto de energía mediante ATP y GTP. La secreción constitutiva se produce en todas las células y se encarga de liberar moléculas que van a formar parte de la matriz extracelular o bien sirven para regenerar la propia membrana celular. Es un proceso constante de producción, desplazamiento y fusión, con diferente intensidad de tráfico según el estado fisiológico de la célula. Podemos deducir que la regulada es mucho más específico y está más controlado que la constitutiva y que esta es mucho más constante. 6. Describe la estructura y composición de un lisosoma. ¿Qué condiciones son necesarias para su funcionamiento? Los lisosomas son orgánulos limitados por una membrana simple, en cuyo interior encontramos hidrolasas ácidas, y presentan una morfología heterogénea (nucleasas, proteasas, hidrólisis de polisacáridos y mucopol, proteasa y lipasas). Para el correcto funcionamiento del lisosoma, su interior ha de encontrarse en un pH más o menos ácido (5 unidades de pH), por lo que utiliza constantemente una bomba de protones para que el pH se mantenga ácido. 7. ¿Qué tipos de lisosomas conoces? Enuméralos y defínelos. · Lisosomas primarios: Son aquellos que están recién formados y sin actividad de digestión celular. Para que se forma un lisosoma primario es necesario millones de vesículas que salgan del Golgi. Estos para poder degradar algo tienen que unirse a sustancias que lleguen en forma de vesículas. · Lisosomas secundarios: Son lisosomas que ya han incorporado elementos para ser degradados. En su interior quedan cuerpos residuales que pueden ser llegar a los lisosomas y ser degradados, mediante alguna de las siguientes vías: endocitosis, fagocitosis o autofagia. Cabe destacar esta última donde los orgánulos o contenido citosólico son englobados en vesículas o autofagosomas que se fusionan con los lisosomas. Sin embargo, hay veces que estos no pueden ser expulsados y se van acumulando en el interior del lisosoma en forma de gránulos de lipofucsina. 8. Describe los mecanismos de señalización y modificaciones que sufre una hidrolasa ácida desde su síntesis hasta su destino final en el interior de un lisosoma. El procesamiento del N-oligosacárido de las proteínas lisosómicas difiere del de las proteínas secretadas y de la membrana plasmática. Las proteínas destinadas a incorporarse en los lisosomas, en vez de la eliminación inicial de tres residuos de manosa, son modificadas mediante una fosforilación de la manosa. En el primer paso de esta reacción, se añade N-acetilglucosamina fosfato a residuos específicos de manosa, probablemente mientras la proteína está aún en la red cis del Golgi. A esto le sigue la eliminación del grupo N-acetilglucosamina, dejando residuos de manosa-6fosfato en el N-oligosacárido. Debido a esta modificación, estos residuos no son eliminados durante el procesamiento posterior. En su lugar, el residuo de manosa fosforilado es reconocido específicamente por un receptor de manosa-6-fosfato en la red trans del Golgi, que dirige el transporte de estas proteínas a los lisosomas. Alrededor del residuo de manosa fosfolirado junto con el receptor específico de esta, se va formando vesículas de clatrina, que son las encargadas de deformar la membrana del Golgi y seleccionar las sustancias que van hacia los lisosomas. Estas vesículas viajan hasta los cuerpos

multivesiculares y endosomas tardíos con quienes se fusionan, lo que produce la liberación de la clatrina y, por consiguiente, el gasto de energía n forma de ATP. A continuación, la proteína llega a una zona donde se produce un cambio de pH. El pH más ácido de estos endosomas respecto al que hay en la cara trans hace que las hidrolasas se desliguen de su receptor, el cual puede volver a ser incluido en vesículas de reciclado que se dirigen de nuevo a la cara trans del aparato de Golgi. Finalmente, se degrada el fosfato en el lisosoma 9. Describe y haz un esquema del proceso de autofagia.

10. ¿Qué es un cuerpo multivesiculado? ¿Cómo se forma, para que sirve y cuál es su destino? Una vesícula empieza a formar invaginaciones hacia el interior que se van separando. La membrana que va entrando desde la membrana plasmática va formando el cuerpo multivesicular. Una vez que este alcance un tamaño suficiente podrá unirse a un lisosoma. Los lisosomas serían los orgánulos que contribuyen a degradar el exceso de membrana plasmática....