Aparato de Golgi

Aparato de Golgi
Introducción
El tema de RE incluyó una
descripción del tráfico de proteínas
denominado biosintético, el cual
incluía al aparato de Golgi como
organelo cuya función primordial es
distribuir las proteínas hacia su
destino final : lisosomas, membrana
plasmática o al exterior. Toda la
distribución se realiza a través de
vesículas que se desprenden del
organelo origen y se fusionan a la
membrana del organelo destino.
Todos los organelos de las vías
endocítica y biosintética, poseen un
lumen que es topológicamente
equivalente con el exterior de la
célula. La vía del RER al Golgi y con
Prof. Iván Rebolledo
destino a la membrana es la llamada
“por defecto”, debido a que las
proteínas no necesitan señales
especiales; es decir, una proteína
originada en RER automáticamente
se moverá al Golgi y de aquí a la
membrana, a menos que contenga
alguna señal que le obligue a ir a
otro organelo (lisosoma).
Estructura
El Golgi se encuentra generalmente
cerca del centro de la célula,
próximo al núcleo, aunque según la
función primordial de la célula,
pudiera encontrarse en otra posición
(citoplasma apical en células caliciformes, periférico en hepatocitos).
Cara cis
Vesícula
del Golgi
Retículo
cis
cis
medial
trans
Retículo
trans
Vesícula
secretora
Cara trans
Aparato de Golgi
Está integrado por cisternas
aplanadas que semejan a una “pila
de platos”, rodeadas por gran
cantidad
de
vesículas
que
corresponden al tráfico hacia, desde
e inter Golgi.
Posee una superficie de entrada
llamada cis que suele ser convexa y
una superficie de salida llamada
trans que suele ser cóncava. Entre
las cisternas cis y trans se
encuentran las cisternas mediales.
Las cisternas cis y trans se asocian
con cisternas irregulares abundantes
en
vesículas,
denominándose
retículo cis y retículo trans. En
resumen y con orden : retículo cis,
cisterna cis, cisterna medial, cisterna
trans y retículo trans. Se considera
al retículo cis como la zona
intermedia entre RER y Golgi
pudiendo moverse las vesículas en
ambos sentidos; el retículo trans es
una zona intermedia de distribución
hacia
lisosomas,
exterior
o
membrana.
Las proteínas de membrana del
RER tiene la secuencia KKXX,
donde K es lisina y X cualquier otro
aminoácido. Por ingeniería genética
se han eliminado estas secuencias
señal de retención de las proteínas
residentes y ella son excretadas
fuera de la célula; en cambio, si se
añade alguna de dichas secuencias
a una proteína que será secretada,
ella se convierte en residente,
produciéndose una carencia de ella
en el medio externo.
La presencia de la zona retículo
cis permite que puedan recuperarse
las
proteínas
residentes
que
pudieran haberse escapado desde el
RER, esto se logra por la presencia
de receptores para estas secuencias
señal de retención, entonces,
cuando llega el complejo receptor–
secuencia al lumen del RER, las
condiciones iónicas determinan la
disociación de la secuencia del
receptor, el cual retorna al retículo
cis.
Proteínas lisosomales
Las
proteínas
plegadas
y
ensambladas correctamente pueden
salir del RER hacia el Golgi utlizando
el sistema de vesículas; sin
embargo, las proteínas residentes
poseen una señal para permanecer
en el RER, caso del BiP, proteína
residente del lumen del RER y que
posee una secuencia corta de 4
aminoácidos
identificada
como
KDEL (Lys–Asp–Glu–Leu).
Las proteínas lisosomales son
sintetizadas en el RER y a través del
Golgi llegan hasta los lisosomas. La
pregunta aquí es : ¿cómo reconoce
el Golgi que una proteína pertenece
al lisosoma y debe guiarla hacia ese
destino?
Ya
que
todas
las
glucoproteínas que abandonan el
RER son idénticas en su cadena
oligosacarídica la diferencia está en
la cadena polipeptídica.
Aparato de Golgi
De hecho, las proteínas lisosomales disponen de una serie de aminoácidos no
contíguos que constituyen el llamado parche señal, el cual puede ser
reconocido por una enzima llamada NAcGlc-fosfotransferasa. Esta enzima
posee dos sitios : uno de reconocimiento del parche señal de la proteína
lisosomal y otro, el sitio catalítico, con propiedades fosfotransferasa, es decir,
donante de PO4, específicamente a la manosa.
Una vez unida la proteína lisosomal a la NAcGlc-fosfotransferasa a través del
sitio de reconocimiento del parche señal, la enzima ubica una molécula de
NAcGlc–UDP en su sitio catalítico. Allí elimina un UMP dejando un PO4 unido a
NAcGlc, el cual se une a una manosa de la cadena oligosacarídica. En este
estado, la proteína lisosomal se desprende de la enzima NAcGlc–
fosfotransferasa. Una segunda enzima elimina la NAcGlc quedando la enzima
lisosomal marcada con PO4 en una manosa terminal. Debido a que el PO4 se
une al carbono 6 de la manosa, se denomina manosa–6–fosfato (M–6–P).
Unión parche señal al
sitio renocimiento
Enzima lisosomal
Unión NAcGlc-UDP
al sitio catalítico
NAcGlc-fosfotransferasa
Sitio catalítico
Sitio reconocimiento
Estas proteínas lisosomales marcadas con PO4 en sus manosas son
movilizadas a través de las cisternas cis, medial y trans del Golgi sin sufrir
modificaciones en su estructura. Al llegar al retículo trans se encuentran con
receptores de membrana que reconocen las M–6–P, son los receptores M–6–P.
Las enzimas lisosomales unidas a su receptor son movilizadas hacia los
lisosomas a través de vesículas cubiertas con clatrina. Al llegar al lisosoma, se
encuentran en un lumen con pH ácido (cerca de 5.0), ambiente en el cual la
enzima se disocia de su receptor, quedando así lista para actuar y el receptor
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Procesamiento de la cadena
oligosacarídica
retorna mediante vesículas hacia las
cisternas retículo trans del Golgi
para ser utilizados de nuevo.
Algunos receptores de M–6–P llegan
a la membrana plasmática, con la
finalidad de capturar aquellas
proteínas
lisosomales
que
ocasionalmente pudieran haber sido
secretadas.
Recordemos que la glucoproteína
que abandona el RER posee en su
cadena oligosacarídica 8 manosas.
Sin embargo, al salir de la cisterna
trans del Golgi posee 3 NAcGlc, 3
manosas, 3 Gal y 3 NANA. Es
evidente que ha perdido 5 manosas
y ha adquirido en su lugar 9 otros
residuos glucosídicos, todo esto ha
ocurrido en su tránsito por las
cisternas del Golgi. La pregunta aquí
es qué proceso ocurre en cada
cisterna del Golgi.
Existen enfermedades causadas
por ausencia o defectos de la
NAcGlc fosfotransferasa, la cual no
fosforila a las manosas de las
proteínas lisosomales, de tal forma
que no son “marcadas” para su
destino en el lisosoma. Estas
proteínas son secretadas fuera de la
célula. La consecuencia de esta
eliminación anormal de las enzimas
lisosomales es que se acumulan
dentro de la célula los metabolitos
que debieran ser degradados en
forma de grandes inclusiones,
alterando la función normal de la
célula.
Precursor
hidrolasa
lisosomal
Unión al
receptor
M-6-P
Análisis autoradiográficos a ME,
con residuos glucosídicos marcados
con H radioactivo, han evidenciado
que la adición de manosa–3H ocurre
en RER, la adición de NAcGlc–3H
ocurre en la cisterna medial del
Golgi y que la adición de Gal–3H y
NANA–3H ocurre en la cisterna trans
del Golgi.
Transporte
dependiente
de receptor
Adición
del PO4
M-6-P
Cubierta
clatrina
Transporte
vesicular
Disociación
en pH ácido
Receptor María-6-P
en vesícula yemándose
Retículo
cis
Retículo
trans
Endosoma
tardío
Remoción
del PO4
Enzima
lisosomal
madura
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Síntesis de proteína
RE
Retículo cis
Fosforilación enzimas lisosomales
cis
Remoción de manosas
Remoción de manosas
Adición de NAcGlc
Adición de Gal
medial
No está aún claro si las enzimas
comprometidas en estos eventos de
eliminación y adición de residuos
glucosídicos están restringidos a una
cisterna en particular o si su
distribución es graduada a través de
las cisternas. Se sugiere que esta
última proposición pudiera ser la
correcta, de hecho, las Man se
eliminan en dos cisternas (cis y
medial)
La importancia de la presencia de
la cadena oligosacarídica en las
Adición de NANA
Retículo proteínas es demostrada en los
siguientes casos : (a) la secreción
trans
de Ig G es bloqueada por la
Vesícula
ausencia
de
la
cadena
Lisosoma
secretora
oligosacarídica y es retenida en RER
por un plegamiento defectuoso
Membrana plasmática
derivado de esa misma carencia; (b)
la fibronectina sintetizada por
fibroblastos es más susceptible a la
Esto deduce también que las
degradación cuando carece de la
enzimas correspondientes a la
cadena oligosacarídica.
eliminación y adición de residuos
glucosídicos se encuentran en las
Secreción contínua y regulada
diferentes cisternas del Golgi. Con
esta y otras técnicas (detección de
Todas
las
células
secretan
enzimas en subfraccionamientos de
proteínas
en
forma
contínua,
las cisternas) se ha configurado un
independiente de cualquier estímulo:
proceso secuencial de modificación
son de secreción contínua. Por otra
de los componentes de la cadena
parte, algunas células almacenan
oligosacarídica : 3 Glu y 1 Man son
ciertas proteínas en vesículas y
eliminados en el RER antes de
solo la secretan bajo ciertos
pasar al Golgi. 3 Man son eliminadas
estímulos específicos, caso de
en la cisterna cis del Golgi. 2 Man
células hipofisiarias que secretan
más en la cisterna medial del Golgi
ACTH o células pancreáticas que
en donde se añaden 3 NAcGlc. 3
secretan insulina. Son de secreción
Gal y 3 NANA son añadidas en la
regulada.
cisterna trans del Golgi.
trans
Aparato de Golgi
Transporte vesicular
El REL, el RER, los distintos
compartimentos del Golgi, los
lisosomas, las vesículas secretoras
y la membrana plasmática son
organelos membranosos con una
constitución propia de proteínas, que
permite caracterizar molecularmente
a cada uno de ellos.
La síntesis de proteínas se inicia en
el citosol y continua en el RER.
Desde este organelo, las proteínas
se movilizan hasta su destino
definitivo a través de vesículas. La
pregunta aquí es : ¿cómo “sabe” la
vesícula cuál es su destino final?
El primer paso en el transporte
vesicular es la formación de la
vesícula por yemación desde una
membrana. La superficie citosólica
de la vesícula está cubierta con
proteínas y parece ser que el
ensamble de estas proteínas
conduce a la yemación de las
vesículas.
(b) otros dos tipos de vesículas que
se yeman desde el RER y el Golgi,
cuya cubierta proteica NO contiene
clatrina. Se las han llamado
vesículas COP (del inglés, coat
protein).
De
estas
se
han
caracterizado dos subtipos : COP-I
que se yeman desde el Golgi y las
COP-II que lo hacen desde el RER.
Las vesículas cubiertas con clatrina
están compuestas por dos tipos de
proteínas : la clatrina, que viene a
constituir una estructura en forma de
canasto
que
distorsiona
la
membrana de origen y favorece la
yemación; y la adaptina, que actúa
como intermediaria entre la clatrina
y proteínas de membrana. Hay unas
adaptinas
propias
para
la
endocitosis y otras para la exocitosis
Proteína lisosomal
Receptor M-6-P
Se han caracterizado 3 clases de
vesículas cubiertas con proteínas
que funcionan en diferentes tipos de
transportes :
(a) vesículas cubiertas con clatrina,
que actúan en la endocitosis y en el
transporte de moléculas desde el
retículo trans Golgi hacia lisosomas.
Adaptina
Memb
ra na
Clatrina
Aparato de Golgi
Es interesante saber que las
proteínas de las vesículas COP-I
pueden interactuar con la secuencia
KKXX presente en las proteínas de
membrana del RER. Esta relación
molecular sugiere que las vesículas
COP-I servirían para recuperar
proteínas residentes del RER desde
el Golgi (vía anterógrada).
Tanto las vesículas cubiertas con
clatrina como las vesículas COP-I
originadas desde el retículo trans del
Golgi, requieren de una proteína que
maneje los ciclos GTP-GDP. La
proteína se denomina ARF (del
inglés, ADP
ribosylation factor).
Cuando el ARF posee GTP
promueve la organización de la
cubierta proteica de las vesículas;
cuando el GTP se hidroliza a GDP,
se produce la desorganización de la
cubierta.
La fusión de una vesícula con su
membrana blanco (o destino)
incluye dos procesos. El primero, es
el reconocimiento específico de la
vesícula a su membrana blanco. El
segundo, es la fusión de las
membranas
para
entregar
el
contenido de la vesícula.
El reconocimiento se logra por la
presencia en la membrana de la
vesícula de un complejo proteico
denominado v-SNARE que se
complementa exactamente con otro
complejo en la membrana blanco
llamado t-SNARE.
Vesícula
Membrana
blanco
Vesícula
Membrana
blanco
SNARE : receptor de SNAP
SNAP : proteína soluble de unión con NSF
NSF
: proteína de fusión sensible a la
N-etilmaleimida
Una vez que se han acoplado los
complejos proteicos v-SNARE de las
vesículas con los t-SNARE de las
membranas blanco, se añaden las proteínas
NSF y SNAP que participan en el proceso
general de fusión de membranas.