Aparato de Golgi, Lisosomas y peroxisomas

Biología Celular y Sistémica 2011
Teórico : Aparato de Golgi, Lisosomas y
Peroxisomas.
Dr. Roberto Najle
Las organelas delimitadas por membranas importan proteínas por uno de tres
mecanismos posibles: 1)transporte a través de los poros nucleares. 2)transporte a
través de membranas y 3) transporte por vesículas.
Los códigos señal dirigen las proteínas hacia el compartimiento correcto.
Transporte de proteínas entre compartimento
Transporte regulado:
Entre citoplasma y núcleo
Transporte transmembrana:
Citoplasma a peroxisomas,
mitocondrias, plastos y RE
Transporte vesicular:
De RE a Golgi
De Golgi a membrana plasmática,
vesículas de secreción, lisosomas
De membrana plasmatica a
endosomas
Rutas entre compartimentos celulares:
Ruta biosíntetica Ruta endocítica Rutas de recuperación
Compartimentalización funcional del Golgi
Sin contrastar
Osmio
Nucleósido
difosfatasa
Fosfatasa ácida
Red cis-Golgi
(RCG)
Vesículas de
transición
llegando desde el
RE
Cisternas
intermedias
Vesículas de
transporte
partiendo de
la red
trnasGolgi RTG
Dictiosoma en una célula animal
Red cis-Golgi
(RCG)
Red transGolgi (RTG)
Dictiosoma en una célula de un alga
Red transGolgi (RTG)
Envoltura
nuclear
La cara cis (o de formacion): mira
hacia los elementos de
transición del RE.
El compartimento del Golgi mas
próximo a los elementos de
transición es una red tubular
denominada red cis- Golgi
(RCG).
cara opuesta La cara trans (o de
maduración) los compartimentos
de este lado forman red de
túbulos red trans-Golgi (RTG).
Las cisternas cis, intermedias y trans son bioquímica y funcionalmente
diferentes, cada compartimiento tiene su propia dotación de enzimas
Tanto el RE como el complejo de Golgi están rodeados de multitud de
vesículas de transporte, que portan lípidos y proteínas desde los elementos
de transición
del RE al complejo de Golgi, entre las cisternas del propio
dictiosoma y desde el complejo de Golgi hasta varios destinos celulares(como
gránulos
de
secreción,
los
endosomas,
los
lisosomas
y
membrana
plasmática).
La mayoría de las vesículas implicadas en la transferencia de lípidos y
proteínas , se consideran vesículas cubiertas (Capas de proteínas), son
responsables de encurvar la membrana, facilitando la vesiculacion y
desaparecen de la vesícula antes de que esta se fusione con la membrana de
destino.
Cara
cis
Vesícula
de
transporte
Red cis de
Golgi
Cisterna
cis
Cisterna
media
Cisterna
trans
Red trans
de Golgi
Cara
trans
Grupo
vesícular
tubular
MODELO DE TRANSPORTE VESICULAR
cisterna
RCG
MODELO DE MADURACION DE CISTERNA
RTG
Papel del RE y el complejo de Golgi en la glicosilación de proteínas
Glicosilación : es la adición de cadenas laterales de hidratos de carbono, a
residuos aminoacílicos específicos de proteínas , para formar las Glicoproteínas.
Existen dos tipos de glicosilaciones:
a) La glicosilacion asociada a N: adicion de una unidad especifica de
oligosacarido al grupo amino terminal de ciertos residuos de aspargina
b) La glicosilacion asociada a O: adicion del oligosacarido al grupo hidroxilo de
residuos de serinas o treoninas.
La primera etapa es la glicosilacion central se verifica en el RE.
Oligosacarido: dos unidades de GlcNAc, nueve de manosa y tres de glucosa.
•Biosíntesis del oligosacarido
central para la glicosilacion en N
de residuos de aspargina .
•Procesamiento inicial del
oligosacarido central.
•Identificación y eliminación de
proteínas mal plegadas.
Migración a través del Complejo de Golgi
RCG
•Unión de N-acetilgalactosamina
a serina o treonina.
•Primera etapa en la fosforilacion
de proteínas lisosomales.
•Eliminación de manosa.
•Segunda etapa en la fosforilacion
de proteínas lisosomales.
•Eliminación de manosa
•Unión de N-acetilglucosamina
•Adición de galactosa.
•Adición de ácido siálico.
RTG
•Adición de acido sialico.
•Sulfatación de tirosina.
Clases de proteínas secretorias en mamíferos
Tipos de proteínas
Ejemplos
Proteínas séricas
Albúmina,
transferrina
Tipos de proteínas
Ejemplos
Lipoproteínas
Proteínas séricas Albúmina,
Inmunoglobulinas
transferrina
Prot. Matriz
Lipoproteínas
Inmunoglobulinas
extcel.
Colágeno,
Prot. Matriz
fibronectina
extcel.
Colágeno,
Proteoglicanos
fibronectina
Proteoglicanos
Hormonas
Hormonas
peptídicas
Insulina, glucagón
peptídicas
Insulina, glucagón
Endorfinas,
Endorfinas,
encefalinas
encefalinas
Enzimas Enzimas
digestivas
Tripsina, amilasa,
digestivas
Tripsina,
amilasa,
ribonucleasa
ribonucleasa
Proteinas de la
leche
Proteinas de la
leche
Caseina,
lactoalbúmina
Caseina,
lactoalbúmina
Sitio de síntesis
Hígado
Sitio de síntesis
Hígado
Linfocitos
Linfocitos
fibroblastos
fibroblastos
pancreas
pancreas
cel.neurosecret.
cel.neurosecret.
pancreas
pancreas
gland.mamarias
gland.mamarias
Trafico en el sistema de endomembranas. Las vesículas que transportan lípidos y proteínas pueden seguir varias rutas
desde el RE y el complejo de Golgi, dando lugar a vesiculas de secreción, endosomas y lisosomas.1 las proteínas se
sintetizan en los ribosomas unidos a la cara citosolica del RE rugoso. 2 Las etapas iniciales de la glicosilación tienen
lugar en la luz del RE. Las vesiculas de transición llevan hacia la RCG a los lípidos y glicoproteínas recién sintetizadas. 3
Los lípidos y proteínas se desplazan por el dictiosoma gracias a vesiculas o cisternas que van madurando. Desde la RTG
parten las que serán las vesiculas de secreción 4 y las que formaran parte de los endosomas 5, en función de su
contenido proteico. Las vesiculas de secreción se dirigen hacia la membrana plasmática, donde liberan, su contenido por
exocitosis, bien 4a constitutiva bien 4b como respuesta a una señal. 6 La célula toma por endocitosis proteína y otros
materiales, fabricando así vesiculas de endocitosis, que se fusionan con los endosomas tempranos. 7 Los componentes
no destinados a la digestión que sigue a la endocitosis, son reciclados hacia la membrana plasmática. 8 Los endosomas
tempranos, con el material destinado a la digestión, maduran dando lugar, primero a los endosomas tardíos, y luego a
los lisosomas.9 El trafico retrogrado permite el retorno de proteínas especificas a sus compartimentos correspondientes.
LISOSOMAS
Los Lisosomas son organelas acidas que contienen una batería de enzimas
degradativas.
Las plantas y las células fungicidas contienen la mayor parte de los organelas
encontrados en una célula animal pero carecen de lisosomas. En lugar,
contienen una vacuola central grande que favorece muchas de las funciones
de lisosoma.
1) Sintesis de la
enzima lisosomal y
adición del azúcar
RE Rugoso
Carbohidrato
Enzima
2) Fosforilación de
manosa , por la
acción secuencial
de dos enzimas
3) La manosa 6
fosfato se une al
receptor y las enzimas
se empaquetan en
vesículas de
transporte.
5) Reciclado
del receptor
Endosoma
tardío
Lisosoma
4) El bajo pH de los
endosomas tardíos
promueve la
disociación de
enzima y receptor.
1) En la superficie interna RTG (pH 6,4) hay receptores manosa 6 fosfato el
pH favorece la unión de enzimas solubles lisosomales.
2) Los complejos receptor-ligando se empaquetan en vesículas de
transporte y se distribuyen hacia los endosomas.
3) Las enzimas lisosomales necesarias para la degradación del material
tomado por endocitosis se transportan desde RTG hasta los endosomas
tardíos(pH5,5).
4) Los endosomas tardíos son la evolución de los endosomas tempranos
formados por vesículas originadas en la RTG y en la membrana
plasmática.
Lisosomas: Compartimentos Digestivo
•
Un lisosoma es un saco membranoso con enzimas hidroliticas
•
Las enzimas lisosomales pueden hidrolizar proteinas, lipidos, hidratos de carbonos y acidos
nucleicos.
•
Todas las enzimas lisosomales son hidrolasas acidas (pHoptimo cercano a 5,0 ).5 fosfatasas,
14 proteasas y peptidasas, 2 ,nucleasas, 6 lipasas, 13 glicosidasas y 7sulfatasas.
Enfermedades lisosomales
•Exceso de actividad lítica debido al aumento y a la falta de control de la autofagia.
•Daño y cambios en la permeabilidad de la membrana del lisosoma
•Excesiva liberación de hidrolasas hacia el exterior de la célula. las enzimas se
sintetizan en forma normal , pero en lugar de ser dirigidas hacia los lisosomas , son
segregadas hacia el medio extracelular.
•Actividad lítica inadecuada: en Silicosis y ASBETOSIS , GOTA
•Silicosis o enfermedad de los mineros se debe a la captación de fibras de silice por las
celulas fagocitarias de los pulmones. Las fibras quedan encerradas en los lisosomas ,
pero no pueden degradarse, provocando fugas en la membrana lisosomica ,derrame del
contenido de enzimas dentro de la célula y daño al tejido pulmonar.
•Ocurre algo similar cuando las células carroñeras captan fibras de asbesto y ocasionan
la enfermedad llamada asbestosis, ambos padecimientos son debilitantes e incluso
pueden causar muerte.
•Enfermedades de almacenaje debidas a anormalidades genéticas de los lisosomas: se
conocen unas 40 enfermedades lisosomales de acumulación ,de carácter hereditario ,
cada una de ellas caracterizada por la acumulación anómala de una o de múltiples
sustancias, habitualmente polisacáridos o lípidos, que en condiciones normales son
catalizados por hidrolasas lisosomales.
Las células captan materiales del medio extracelular dentro de vesículas
derivadas de pliegues o invaginaciones, de la membrana plasmática,
dividiéndose la captación de materiales extracelulares en dos categorías
FAGOCITOSIS : captación partículas materiales. Vesículas (1 a 2 um de
diámetro).
ENDOCITOSIS: captación de líquidos, solutos disueltos y macromoléculas
suspendidas. Vesículas (1 a 2 um de diámetro).
a) endocitosis a granel y b) endocitosis mediada por receptores (ligandos
especificos).
FAGOCITOSIS
FLUIDO
EXTRACELULAR
CITOPLASMA
1 µm
Pseudopodo
Pseudopodium
of amoeba
“Alimento” u
otra particula
Bacterium
Vacuola
alimenticia Food vacuole
An amoeba engulfing a bacterium via
phagocytosis (TEM)
ENDOCITOSIS a GRANEL
0.5 µm
Plasma
membrane
Pinocytosis
vesicles forming
(arrows) in a cell
lining a small
blood vessel
(TEM).
Vesicle
ENDOCITOSIS MEDIADA POR RECEPTORES
Coat protein
Receptor
Coated
vesicle
Coated
pit
Ligando
Coat
protein
Plasma
membrane
A coated pit
and a coated
vesicle formed
during
receptormediated
endocytosis
(TEMs).
Los lisosomas son necesarios para
actividades celulares tan variadas como la
nutrición, defensa, reciclado de
componentes celulares y diferenciación.
Aunque la digestión es, casi siempre,
intracelular, en algunos casos las enzimas
lisosomales son segregadas por exocitosis.
Con respecto al origen del material si
proviene del exterior se habla de lisosomas
heterofágicos, si es de origen intracelular se
denominan lisosomas autofágicos.
ial
Fagocitosis
Endocitosis
Vacuola
fagocítica
Vesiculas de
endocitosis
Endosoma
temprano
Endosoma
temprano
Vesiculas con
hidrolasas
acidas
Complejo
de Golgi
Endosoma
tardío
Endosoma
tardío
Cuerpo
residual
Lisosoma
Liberación de
nutrientes ,
conforme
progresa la
digestión
Membrana
plasmática
Formación de una
vacuola autofágica
alrededor de una
mitocondria
Lisosoma
Exocitosis, liberando hidrolasas
acidas al medio extracelular
Formación de lisosomas y su papel en los procesos de digestión celular. En este esquema se muestran
los principales procesos en los que participan los lisosomas. Las rutas mostradas son A fagocitosis B
endocitosis mediada por receptores, C autofagia y D digestión extracelular.
Peroxisomas: Oxidación
• Peroxisomas son compartimentos metabólicos especializados rodeados de
una simple membrana. Aparecen en células de vegetales superiores y
animales así como hongos, protozoos y algas. En los animales , los
peroxisomas se encuentran en la mayoría de las células , pero son
especialmente abundantes en la del hígado y riñón.
• Además de su papel en la detoxificación del peróxido de hidrogeno, los
peroxisomas animales cumplen otras funciones, incluyendo la neutralización
de los compuestos peligrosos (como el metanol, el etanol, el formol y el
formaldehido ) y el catabolismo de sustancias extrañas (tales como los Daminoacidos).
• Los peroxisomas animales intervienen también en la degradación oxidativa
de los ácidos grasos , que son componentes de los traiacilgliceroles, los
fosfolípidos y los glicolípidos.
• Peroxisomas son pequeños organelas que contienen enzimas que oxida
varios compuestos orgánicos sin la producción de ATP. Los subproductos de la
oxidación se utilizan dentro reacciones biosintéticas.
• Peroxisomas producen peróxido de hidrogeno y convierte a este en agua
Peroxisomas
Vesículas importantes que se encuentran en el citoplasma
de las células eucarióticas.
Miden: 0,5 a 1um de diámetro y presentan en algunas
células un nucleoide cristalino
Urato de oxidasa, d-aminoácido-oxidasa y oxidasa del ácido
a-hidroxílico oxidan los sutratos y reducen el oxígeno a
peróxido de hidrógeno y la CATALASA lo descompone en
agua y oxígeno
Peroxisomas degradan los ácidos grasos y compuestos
tóxicos. Todas las células animales (excepto eritrocitos) y
muchas células de la planta contienen peroxisomas, una
clase de organelas áspero esféricos, 0.2-1.0 m de diámetro .
Peroxisomas contienen varias enzimas-oxidasas- que
utilizan
el oxígeno molecular para oxidar sustancias
orgánicas, en el proceso se forma peróxido de hidrógeno
(H2O2), una sustancia corrosiva.
Peroxisomas también contienen cantidades de copias de
la enzima catalasa que degrada el peróxido de hidrógeno
para rendir el agua y el oxígeno:
2 H2O2 → 2 H2O + O2
Al contrario de la oxidación de ácidos grasos en
mitocondrias, que produce el CO2 y esta acoplada a la
generación de ATP, oxidación peroxisomal de ácidos grasos
produce grupos acetilos y no se ligan a la formación del
ATP
FUNCIONES DEL PEROXISOMA
•Catabolismo de ácidos grasos de cadena larga
•Metabolismo de radicales libres de oxígeno
•Síntesis de lípidos de colesterol y éter
•Formación de ácidos biliares
•Catabolismo
de
purinas,
prostaglandinas,
leucotrienos
•Detoxificación de alcohol en el hígado
•Metabolismo de estradiol
• Algunas enfermedades congénitas humanas se asocian con la
ausencia de peroxisomas y/o con la disfunción de sus enzimas
como es:
• Adrenoleucodistrofia neonatal (NALD)alteracion ligada al sexo
solo en los varones alteraciones neurologicas profundas y
finalmente la muerte. falla en la b-oxidación de los ácidos
grasos, almacenamiento anormal de lípidos en cerebro, médula,
glándulas adrenales)
• Diversas sustancias químicas (drogas, contaminantes
industriales) inducen una proliferación marcada de peroxisomas.
• El estradiol parece tener un efecto depresivo sobre los
peroxisomas (por lo menos en hepatocitos de pez).