COMPARTIMIENTOS INTRACELULARES

Semana 8

Compartimientos intracelulares Para que una célula funciones de manera eficaz

se deben separar los diferentes procesos intracelulares que se producen en forma simultánea.

Estrategias para aislar y organizar sus reacciones químicas: agrupar las diferentes enzimas requeridas para catalizar una secuencia particular de reacciones en complejos grandes formados por múltiples componentes

Eucariontes: confinar los diferentes procesos metabólicos y las proteínas requeridas para llevarlos a cabo dentro de distintos compartimientos delimitados por membranas

Compartimientos intracelulares Cada compartimiento tiene un conjunto único de

proteínas que debe transferirse en forma selectiva desde el citosol, donde se fabrica, hasta el compartimiento en el que será utilizado: distribución de proteínas, depende de señales establecidas en la secuencia de sus aminoácidos.

En las cél eucariontes ciertos compartimientos delimitados por membranas se comunican con otros por medio de la formación de pequeños sacos membranosos o vesículas: transporte vesicular.

Liberar y capturar proteínas: exocitosis y endocitosis

Compartimientos intracelulares

Procariontecompartim único: el citosol

Eucarionte subdividida de manera intrincada por membranas internas

Cada uno contiene un conjunto único de moléculas pequeñas y grandes y desarrolla funciones especializadas.

Mb nuclear externa se continúa con la membrana del Retículo endoplásmico: sistema de sacos y tubos membranosos interconectados

Compartimientos intracelulares

Compartimiento

% vol

total célul

a

Número aprox/c

él

Función principal

Citosol 54 1 Contiene muchas vías metabólicas; síntesis proteica

Núcleo 6 1 Contiene genoma principal; síntesis DNA y RNA

Retículo Endoplásmico

12 1 Síntesis mayoría lípidos; síntesis proteínas q van hacia orgánulos y membrana celular

Complejo de Golgi

3 1 Modificación, distribución y empaquetamiento de proteínas y lípidos para secreción o envío

Lisosomas 1 300 Degradación intracelular

Endosomas 1 200 Distribución de material endocitado

Mitocondria 22 1700 Síntesis de ATP por fosforilación oxidativa

Peroxisomas 1 400 Oxidación de moléculas tóxicas

Retículo Endoplásmico Organela organizada en una

red de tubos ramificados y sacos aplanados e interconectados que se extiende a través del citoplasma

La membrana del RE separa su lumen del citosol y media el transporte selectivo de una serie de compuestos entre ambos compartimientos

2 zonas: RE liso y RE rugoso

Retículo Endoplásmico Rugoso En su cara citosólica

polirribosomas adheridos . La membrana del RER es más

delgada que la plasmática (7 nm espesor). Consta de 30% de lípidos y 70% de proteínas, con menos colesterol y glucolípidos; y más fosfatidilcolina que la membrana plasmática.

Abundante en células secretorias, ya que es el punto inicial donde las proteínas secretorias encuentran la maquinaria necesaria para su glucosilación, plegamiento y control de calidad.

Distribución de proteínas

La síntesis de casi todas las proteínas comienza en los ribosomas del citosol. Las excepciones son las escasas proteínas de las mitocondrias y cloroplastos q se sintetizan en el interior de éstos.

El destino de cualquier molécula proteica sintetizada en el citosol depende de su secuencia de aminoácidos que puede contener una señal de distribución que dirige a la proteína hacia el orgánulo que la requiere. Las que carecen de esa señal quedan como residentes permanentes en el citosol.

Distribución de proteínas1. Del citosol hacia el núcleo poros

nucleares, transporte macromoléculas específicas en forma activa pero también difusión libre de moléculas más pequeñas

2. Del citosol hacia el RE, mitocondrias, cloroplastos o peroxisomas proteínas translocadoras deben desplegarse para cruzar la mb en forma serpenteante

3. Desde el RE a un compartimiento del sistema de endomembranas o desde él vesículas de transporte q se cargan con proteínas desde el espacio interior de un compartimiento a medida q se desprenden de su membrana, luego descargan su contenido en un segundo compartimiento y se funden con la membrana. Se envían también lípidos y proteínas de Mb.

Secuencias señal

Las secuencias señal dirigen las proteínas hacia el compartimiento correcto

Es un segmento continuo de aminoácidos (15 a 60 de longitud)

Con frecuencia esta secuencia se elimina una vez realizada la distribución

Necesarias y suficientes para dirigir una proteína hacia un orgánulo en particular.

Las secuencias señal que especifican el mismo destino pueden variar (propiedades físicas, hidrofobicidad o ubicación de aminoácidos cargados) esto puede ser más importante que la secuencia exacta de aminoácidos.

Síntesis de proteínas en el RE El RE internaliza selectivamente las proteínas a

medida que estas son sintetizadas (transporte cotraduccional) en los ribosomas asociados al RE rugoso mediante una cadena polipeptídica naciente.

Proteínas solubles: totalmente transportadas y almacenadas en el lumen del RE antes de ser destinadas al lumen del organelo de destino (RE, Golgi o lisosomas) o para secreción.

Proteínas transmembrana: parcialmente translocadas y quedan embebidas en su membrana. Algunas de estas proteínas tienen funciones en el RE y otras en la membrana de otros organelos o en la membrana plasmática

La secuencia señal del RE es guiada a la membrana del organelo mediante la partícula de reconocimiento de señal (SRP) que se liga a ella en el complejo cadena naciente ribosoma.

Tan pronto como la secuencia de señal del RE comienza a emerger del ribosoma se une a la SRP produciéndose una pausa en la síntesis.

La SRP dirige al complejo cadena naciente/ribosoma a un receptor de SPR (RSPR) ubicado en la membrana del RE.

Síntesis de proteínas solubles en el RE

El complejo se transfiere a una proteína-canal, el translocador o translocon asociado al RSPR, que se abre produciéndose la inserción de la secuencia señal y del segmento adyacente del polipéptido en el poro.

RSPR y SPR se separan del translocador, hidrolizan sus GTPs y quedan listos para iniciar otro ciclo.

A medida que la cadena polipeptídica se elonga, pasa al lumen del RE donde la secuencia señal es cortada por una peptidasa y degradada.

Al terminar la síntesis se libera el ribosoma y el translocador se cierra. La proteína pasa al lumen donde asume su conformación plegada.

Síntesis de proteínas solubles en el RE

Síntesis de proteínas transmembrana en el RE Proceso de translocación más complicado,

algunas partes de la cadena polipeptídica deben translocarse a través de la bicapa lipídica y otras permanecer fijas en ella.

En este caso dichas proteínas poseen además de la secuencia señal una secuencia agregada de aminoácidos hidrófobos: secuencia de detención de transferencia, ubicado más adelante.

Esta segunda secuencia se libera del canal de translocación y se junta en el plano de la bicapa lipídica donde forma un segmento helicoidal que ancla la proteína en la membrana.

En las proteínas complejas de pasos múltiples participan pares adicionales de secuencias de comienzo y de detención.

Glicosilación: La mayor parte de las proteínas sintetizadas en el RER incorporan cadenas glucídicas a su paso por el mismo. Señales de glicosilación (secuencia de aminoácidos asparagina–x-serina o asparagina–x–treonina) marcan el sitio donde se unirá el glúcido.

Se forman enlaces N-glicosídicos Enzimas glicosiltransferasas y

glicosidasas.

Síntesis de proteínas en el RE

Retículo Endoplásmico Liso Síntesis de lípidos: En las membranas del REL se

sitúan las enzimas responsables de la síntesis de la mayor parte de los lípidos celulares: triglicéridos, fosfoglicéridos, ceramidas y esteroides. Los precursores para la síntesis provienen del citosol, hacia el cual se orientan los sitios activos de las respectivas enzimas. Por lo tanto, los lípidos recién sintetizados quedan incorporados en la monocapa citosólica del REL. y gracias a las flipasas del retículo, se logra el movimiento hacia la monocapa luminal de los lípidos correspondientes,;por lo tanto es fundamental en la Biogénesis de membranas

Defosforilación de la glucosa 6-fosfato: la membrana del REL de los hepatocitos posee la enzima glucosa 6 fosfatasa que extrae el fosfato de la G6P y la convierte en glucosa.

Retículo Endoplásmico Liso Detoxificación: en los

hepatocitos el REL contiene grupos de enzimas que intervienen en la neutralización de varias sustancias tóxicas par la célula, algunas derivadas de su metabolismo normal otras incorporadas desde el exterior.

Reservorio de Ca2+: acumulación activa; muy importante en las células musculares

Aparato de Golgi

Transporte desde el Aparato de Golgi

La proteínas que salen por la red Golgi trans en vesículas de transporte son destinadas a la superficie celular u a otro compartimiento

En ausencia de señales específicas de destinación, las proteínas son llevadas a la membrana plasmática por secreción constitutiva (las moléculas se secretan en forma automática, conforme el AG emite las vesículas que las transportan)

Lisosomas

Orgánulos formados por sacos membranosos con enzimas hidrolíticas que llevan a cabo la digestión intracelular controlada tanto de materiales extracelulares como de los orgánulos desgastados. (macromoléculas y partículas capturadas por la célula por endocitosis)

En su camino hacia los lisosomas los materiales endocitados deben pasar primero por los endosomas que distribuyen las moléculas ingeridas y reciclan algunas de ellas.

Contienen cerca de 40 tipos de enzimas hidrolíticas que degradan proteínas, ácidos nucleicos, oligosacáridos y fosfolípidos.

Punto óptimo de acción en condiciones ácidas (pH 5)

Lisosomas

Las enzimas digestivas especializadas y las proteínas de membrana del lisosoma se sintetizan en el RE y se transportan a través del complejo de Golgi hacia la red trans.

En el RE y en la red cis del complejo de Golgi las enzimas están marcadas con un azúcar fosforilado específico (manosa 6-fosfato) de modo que cuando llegan a la red trans pueden ser reconocidas por un receptor adecuado.

Esta marcación permite distribuir y empaquetar a las enzimas en vesículas de transporte que brotan y envían sus contenidos a los lisosomas a través de los endosomas tardíos.

Lisosomas

De acuerdo con su origen los materiales siguen vías diferentes hacia los lisosomas. Las partículas extracelulares son captadas por los fagosomas y se fusionan con los lisosomas; y el líquido y las macromoléculas extracelulares son captados en vesículas más pequeñas que envían su contenido hacia los lisosomas a través de los endosomas.

Autofagia degrada partes obsoletas de la célula en sí. Al parecer el proceso empieza con una membrana doble que rodea al orgánulo autofagosoma y luego se fusiona con los lisosomas.

Cuando digieren materiales de origen externo se denomina heterofagia

Vías Endocíticas Las células eucariontes captan en forma continua

líquidos, moléculas grandes y pequeñas por endocitosis.

El material es encerrado de modo progresivo por una pequeña porción de la membrana plasmática que primero se invagina y luego se desprende para formar una vesícula endocítica. Luego se envía a los lisosomas donde es digerido; los metabolitos generados se transfieren directamente hacia el citosol donde la célula puede utilizarlos

Pinocitosis “bebida celular” implica la ingestión de líquido y moléculas por medio de vesículas pequeñas (<150 nm diámetro)

Fagocitosis “comida celular” ingestión de partículas grandes como microorganismos y detritos celulares, por vesículas de gran tamaño fagosomas (>250 nm diam) . Células eucariontes especializadas, protozoos

HETEROFAGIA

AUTOFAGIA

Vías endocíticas

Las macromoléculas endocitadas se distribuyen en los endosomas. Endosomas tempranos: por debajo de la membrana plasmática y más cerca del núcleo endosomas tardíos.

Los primeros maduran de manera gradual a medida que se fusionan. El interior de un compartimiento endosómico se mantiene ácido (pH 5-6) por medio de una bomba de H+ hacia su luz desde el citosol.

Endosoma: principal estación de distribución en la vía endocítica hacia el interior, del mismo modo que la red trans de Golgi cumple esta función en la vía secretora hacia el exterior.

Enfermedades de depósito lisosomal

Comprende un grupo de mas de 50 enfermedades genéticas.

La mayoría comprende disfunción de las hidrolasas lisosomales que resulta en alteración de la degradación de sustratos.

Sin embargo, las proteínas comprometidas en el tráfico vesicular y la biogénesis de los lisosomas también han demostrado causar fenotipos similares.

Peroxisomas

Son orgánulos pequeños delimitados por una membrana única.

Se originan al igual que las mitocondrias por fisión binaria de peroxisomas preexistentes.

Contienen enzimas que se emplean en una variedad de reacciones oxidativas que degradan lípidos y destruyen moléculas toxicas (beta oxidación de los ácidos grasos y detoxificación del H2O2). Estas enzimas se incorporan desde el citosol, siendo sintetizadas en ribosomas libres

Contienen oxidasas y catalasas Abundantes en el tejido hepático y renal

Enfermedades peroxisomales Se conocen mas de 25 enfermedades

relacionadas con la disfunción de las actividades enzimáticas de los peroxisomas.

Constituyen un grupo de errores innatos del metabolismo, pueden clasificarse en 2 categorías Desórdenes en la biogénesis de los peroxisomas Deficiencias enzimáticas simples

Se trata de enfermedades autosómicas recesivas.

Enfermedades peroxisomales La mas grave es la enfermedad de

Zellweger, debida a la ausencia de peroxisomas funcionales por defectos en el ensamblamiento: sindrome cerebro-hepato-renal que se caracteriza por polimalformaciones, anomalías neurológicas severas incluyendo defectos neurosensoriales y disfunción hepato-intestinal, usualmente muerte temprana.

Adrenoleucodistrofia ligada al X (acumulación de ácidos grasos de cadena muy larga)