Retículo endoplasmatico

Es una red de membranas que abarcan gran parte del citoplasma. Dentro de dicho retículo esta un espacio extenso luz separado del citosol vecino por la membrana del retículo encoplasmatico. El retículo endoplasmatico es una estructura altamente dinámica que muestra recambio y reorganización continuos. Está dividida en dos subcompatimntos que son el retículo rugoso y el retículo liso. El retículo rugoso se define por la presencia de ribosomas unidos a su superficie citosolica, mientras que el retículo liso carece de ribosomas, casi siempre se dispone de una red de sacos aplanados. Los dos tipos de compartimentos compartes muchas de sus proteínas y realizan ciertas actividades comunes, como la síntesis de algunos lípidos y colesterol.

Retículo endoplasmatico liso

Está muy desarrollado en diversos tipos celulares, entre ellos el musculo esquelético, túbulos renales y glándulas endocrinas productoras de esteroides. Las funciones incluyen: síntesis de hormonas esteroideas de las gónadas y la corteza suprarrenal. Y, la destoxificacion en el hígado de diversos compuestos orgánicos, como barbiturricos y etanol cuyo consumó crónico puede conducir a la proliferación del SER en las células hepáticas.

Funciones del retículo endoplásmico rugoso

Es el punto donde se sintetizan las proteínas, cadenas de carbohidratos y fosfolípidos que viajan por los compartimientos membranosos de la célula.

Síntesis de proteínas en ribosomas unidos a la membrana o en ribosomas libres

-En promedio una tercera parte de las proteínas son sintetizadas en los ribosomas unidos a la superficie citosolica de las membranas RER.

-Otros se sinterizan en ribosomas libres como las enzimas de la glucolisis y las proteínas del citoesqueleto.

Síntesis de proteínas secretoras, lisosomicas o vacuolares en los ribosomas unidos a la membrana

La síntesis del polipéptido inicia después que un RNA mensajero se une con un ribosoma libre, es decir, uno que n este unido con una membrana citoplasmática.

            La SRP se une en tato a la secuencia señal en el polipéptido naciente como al ribosoma, las SRP unida sirve como una marca que permite que el complejo entero se una de manera específica a la superficie citosolica de la membrana del retículo endoplasmatico, la unión de este último ocurre a través de cando menos dos interacciones bien definidas, una entre la SRP y el receptor SRP y la otra en el ribosoma y el translucen.

            Una vez que el complejo SRP-ribosoma-cadena naciente se une a la membrana del retículo endoplasmatico se libera de su receptor en el ER, el ribosoma se une al extremo citosolico del translocon y la secuencia señal en el polipéptido naciente se insertan en el estrecho canal acuoso.

Procesamiento de proteínas recién sintetizadas en el retículo endoplasmatico

La porción amino terminal que contiene el péptido señal se retira de la mayor parte de los polipéptidos nacientes por la porción de una enzima preoteilitica, la peptidasa de señal. Los carbohidratos se segregan a la proteína naciente mediante la enzima oligosacariltransferasa.

El RER es una planta procesadora de proteínas importante. Para realizar sus funciones la luz del RER esta empacada con chaperonas moleculares que reconocen proteínas desplegadas o mal plegadas, se unen a ellas y les fan la oportunidad de adquirir su estructura tridimensional correcta.

Síntesis de proteínas integrales de membrana en los ribosomas unidos a la membrana

Las proteínas  integrales de la membrana también se sintetizan en los ribosomas unidos a la membrana del retículo endoplasmatico estas proteínas de membrana se translocan a la membrana del RE conforme se sinterizan.

            Las proteínas integrales de membrana tiene uno o más segmentos transmembranosos hidrófobos, que son desviados directamente del canal de translon hacia el interior de la bicapa lipídica.

            Las proteínas que cruzan una sola vez la membrana pueden estar orientadas con el extremo amino hacia el citosol o hacia la luz del retículo endoplasmatico. Durante la síntesis de proteínas de membrana, se cree que el recubrimiento interno del translocon orienta la polipéptido naciente, de manera que el extremo más positivo se dirija hacia el citosol.

Biosíntesis de membrana en el retículo endoplasmatico

Las membranas surgen solo de membranas preexistentes, cuando la membrana se mueve de un compartimiento al siguiente, sus proteínas y lípidos se modifican por efecto de las enzimas que residen en los diversos organelos.

            La mayor parte de los lípidos de la membrana se sintetiza por completo dentro del retículo endoplasmatico. Las enzimas participantes en la síntesis de fosfolípidos son proteínas integrales de la membrana del reticulo endoplasmatico y sus sitios activos están dirigidos hacia el citosol. Los lípidos son transportados del retículo endoplasmatico al aparato de Golgi y la membrana plasmática como parte de la bicapa que constituye las paredes de las vesículas de transporte.

Glucosilacion en el retículo endoplasmatico rugoso

Los grupos carbohidrato tienen una participación importante en la función de muchas glucoproteínas, sobre todo como sitios de unión en sus interacciones con otras moléculas.

La adición de azucares a una cadena de oligosacárido se cataliza por una familia de enzimas unidas a la membrana llamadas glucosiltransferasas. Las secuencia en que se transfieren los azucares durante el ensamblaje de un oligosacárido depende de la secuencia de acción de las glucosiltransferasas que participan en el proceso. El segmento basal se arma de manera independiente sobre un lípido portador y luego se transfiere, en bloque, a los residuos de asparagina específicos del polipéptido. Los azucares se segregan a la molécula de fosfato de dolicol uno a la vez por acción de las glucosiltransferasas unidas a la membrana. Poco después de transferirse a un polipéptido naciente, la cadena de oligoascarido se somete a un proceso gradual de modificación, esta modificación comienza en el ER con la eliminación enzimática de dos de los tres residuos terminales de glucosa. La eliminación de la glucosa restante por la glucosidasa II hace que la chaperona libere la glucoproteína. La UGGT reconoce las proteínas mal plegadas solo de forma parcial, porque exponen residuos hidrófobos que no se detectan en las proteínas bien plegadas. Después de un periodo con la chaperona, el residuo de glucosa se retira y la enzima detectora de conformación la revisa de nuevo para confirmar que alcanzo su estructura tridimensional apropiada.

Mecanismos que aseguran la destrucción de las proteínas mal plegadas

Una vez en el citosol, las cadenas de oligosacáridos se retiran y las proteínas mal plegadas se degradan en los proteosomas, que son máquinas destructoras de proteínas. Este proceso asegura que las proteínas  aberrantes no sean transportadas a otras partes de la célula pero puede tener consecuencias negativas. En ciertas circunstancias, las proteínas mal plegadas pueden generarse en el retículo endoplasmatico a mayor velocidad de la que pueden transportarse al citoplasma, la acumulación de proteínas mal plegadas, que puede ser letal para la célula. La activación de los sensores da origen a una multitud de señales que se transmiten hacia el núcleo y el citosol y el resultado incluye en lo siguiente:

-Expresión de cientos de genes diferentes cuyas proteínas codificadas tienen la capacidad de aliviar sensaciones de estrés dentro del retículo endoplasmatico.

-fosforilacion de una proteína clave (eLFA) necesaria para la síntesis de proteína.

Aparato de Golgi

Camilo Golgi invento nuevos procedimientos de tinción, donde localizo una red teñida de oscuro localizada cerca del núcleo celular, a la que se le de denomino aparato de Golgi, y lo llevo a obtener el premio nobel en 1906.

El aparato de Golgi tiene na morfología características, consiste sobre todo en cisternas membranosas aplanadas, parecidas a discos, con bordes dilatados, y vesículas y túbulos asociados. Las cisternas cuyos diámetros típicos oscilan entre 0.5 y 1.0 micrómetros, están dispuestos en una pila ordenada muy ordenada, muy parecida a una superposición de hojuelas, y curvadas de tal forma que asemejan un razón poco profundo, por lo general Golgi tiene al menos 8 cisternas.

Las pilas están conectadas entre si por túbulos membranosos para formar un solo complejo grande parecido a un listón situado junto al núcleo de la célula. Las vesículas se desprenden de un dominio tubular periférico de cada cisterna, muchas contienen una proteínica.

            El aparato de Golgi se divide en varios compartimentos, a cara cis o de entrada y la cara trans de salida. La cara cis forma una na red de túbulos conectados entre si, se conoce como red cis de Golgi y se cree que funciona sobre todo con una estación de clasificación de proteínas que se envían de regreso al retículo endoplasmatico. Lacara trans contiene una red distintiva de túbulos y vesículas llamada red trans de Golgi. La TGN es una estación de clasificación en la que las proteínas se separan en distintos tipos de  vesículas que se dirigen ya sea hacia la membrana plasmática o a varios destinos intracelulares. El aparato de Golgi contiene un soporte mecánico compuesto por varias proteínas, incluidas integrantes de la familia de la espectrina, anquirina y actina.

Las proteínas de membrana recién sintetizadas salen del ER y entran al aparto de Golgi por su cara cis y luego pasa a través de la pila hasta su cara trans, conforme pasa por la pila estas sufren modificaciones específicas.

Glucosilacion en el aparato de golgi

            El ensamble del componente carbohidrato de las glucoproteínas y Glucolipidos es una de las funciones de dicho aparato conforme nuevas proteínas pasan por las cisternas cis y media de la pila de Golgi, la mayor parte de los residuos de manosa también se retira de los oligosacáridos centrales y se segregan otros azucares en forma secuencial por acción de varias glucosiltransferasas. También este es el sitio donde se sintetizan la mayor parte de los polisacáridos complejos.

Movimiento de materiales a través del aparato de Golgi.

En el modelo de transporte vesicular las proteínas secretoras lisosomicas y de membrana se lanzan a través de la pila de Golgi  desde la CGN hasta la TGN, en vesículas que se desprenden de un compartimiento contiguo más avanzado en la pila.

En el modelo de maduración de cisternas se puede demostrar que ciertos materiales que se producen en el retículo endoplasmatico y viajan por el aparato de Golgi permanecen en las cisternas del mismo y nunca aparecen dentro de las vesículas de transporte asociadas con dicho aparato.

En este modelo estas vesículas de transporte no envían el cargamento en sentido anterógrado, sino que transportan las enzimas residentes del aparato de Golgi en sentido retrogrado.

Tipos de transporte en vesículas y sus funciones

Las cubiertas de proteína tienen por lo menos dos funciones distintas: actúan como dispositivo mecánico que hace que la membrana se curve y forme una vesícula desprendible. Proporcionan un mecanismo para seleccionar los componentes que transporta la vesícula

Las vesículas de cubiertas con COP II: desplazan materiales del retículo endoplasmatico hacia adelante.

            Seleccionan y concentran ciertos componentes para transportar en vesículas. Ciertas proteínas se capturan en forma selectiva porque contienen señales de exportación del ER como parte de su cola citosolica, estas señales interactúan con las proteínas COP II de la cubierta. Entre las proteínas seleccionadas las proteínas incluyen: glusocsiltransferasas del aparato de Golgi, proteínas de membrana participantes en el acoplamiento y fusión, y proteínas de membrana que pueden unirse con cargamentos.

En la COP II se encuentra una proteína G llamada Sar 1 que es reclutada en la membrana del retico endoplasmatico. Al unirse a GTP, Sar1 sufre un cambio de conformación que hace que el hélice alfa en su extremo N terminar se inserte en la hoja citosolica, este suceso dobla la capa lipídica. Posteriormente el atrae dos polipéptidos adicionales de la cubierta COP II sec23 y 24 que se unen como un dimero con forma de membrana. Las subunidades distantes de la cubierta COP II sc12 y 31 se unen con la membrana para formar una jaula estructural externa de la cubierta proteica.

Las vesículas de cubiertas con COP I: mueven materiales en sentido retrogrado. De las cisternas de Golgi trans “de regreso” a las cisternas Golgi cis.

            Posee una proteína de unión GTP llamada ARF1. Median el transporte retrogrado de proteínas induciendo el movimiento de enzimas residentes en el aparato de Golgi en dirección trans a cis.

Las vesículas de cubierta con clatrina: movilizan materiales de la TGN a los endosomas, lisosomas y vacuolas. También materiales de la membrana plasmática a los compartimientos citoplasmáticos a los largo de la vía endocítica.

Ordenamiento y transporte de enzimas lisosomicas

Las proteínas lisosomicas se sinterizan en ribosomas únicos con la membrana en el ER y se transportan al aparato de Golgi con otros tipos de proteínas, una vez en las cisternas de Golgi ciertas enzimas tienen residuos de manosa fosforila que actúan como señales de clasificación, las enzimas lisosomicas se exportan desde la GN en vesículas de cubierta de clatrina.

Direccionamiento de las vesículas a un compartimiento particular

La fusión selectiva es uno de los factores que asegura un flujo dirigido por los compartimientos membranosos de la célula. Se asume que una vesícula contiene proteínas específicas en asociación con una membrana que regulan los movimientos y el potencial de fusión de esa vesícula.

1.- movimiento de la vesícula hacia el compartimiento blanco

2.- fijación de las vesículas, se cree que los contactos iniciales entre una vesícula de transporte y sus membranas blancas como una cisterna de Golgi están mediadas por proteínas fijadoras.

3.-acoplamiento de las vesículas l compartimiento blanco.

4.- fusión entre las membranas de la vesícula y el blanco.

Peroxisomas

Los peroxisomas son vesículas simples limitadas por membranas con un diámetro de0.1 a 1.0micrometros que pueden contener un centro denso cristalino de enzimas oxidativas. Son orgánulos multifuncionales y contienen más de 50 enzimas que participan en actividades tan diversas como la oxidación de ácidos grasos de cadena muy larga con secuencias de 24 a 26 y la síntesis de plasmalogenos.

Se llamaron peroxisomas porque son el sitio donde se sintetiza y degrada el peróxido de hidrogeno, un agente oxidante muy reactivo y toxico. Dicho compuesto se produce por acción de diversas enzimas peroxisodasas de aminoácidos que utilizan oxigeno molecular para oxidar sus sustratos respectivos.

Todas las células animales (a excepción de los eritrocitos) y muchas células vegetales contienen peroxisomas, una clase de orgánulos aproximadamente esféricos, de 0,2-1 ,O ¡.tm de diámetro. Los peroxisomas contienen varias oxidasas, enzimas que utilizan oxígeno molecular para oxidar sustancias orgánicas, formando en el proceso peróxido de hidrógeno (H202), una sustancia corrosiva. Los peroxisomas también contienen copiosas cantidades de la enzima cata/asa, que degrada el peróxido de hidrógeno para producir agua y oxígeno.

Actividad enzimática

Los peroxisomas se denominan así porque sus enzimas utilizan el oxígeno molecular para eliminar átomos de hidrógeno de sustratos específicos, a través de una reacción oxidativa que produce H2O2. La reacción global sería: RH2 + O2 ⇒ R + H2O2, siendo RH2 el sustrato oxidable (aminoácidos, cetoácidos α, ácido úrico, alantoína, acil-CoA, enoil-CoA, ácido glicólico, ácido glioxílico.

            los peroxisomas pueden intervenir en diversas vías metabólicas, que difieren según los organismos y el tipo de tejido. Las funciones específicas mejor conocidas son el catabolismo de las purinas, el metabolismo de los lípidos y el metabolismo del ácido glicólico.

Metabolismo de lípidos en células animales

los peroxisomas de las células animales intervienen en el metabolismo de los lípidos realizando procesos que también tienen lugar en otros orgánulos, aunque no todos estos procesos se realizan en todos los tipos celulares ni en todos los organismos. En ambos orgánulos este proceso de degradación se denomina oxidación β y conduce a la formación de acetil-CoA.

            En las células animales, el colesterol, el dolicol y los ácidos biliares (estos últimos, sólo en el hígado) se pueden sintetizar en los peroxisomas, además de en el retículo endoplasmático liso. Los peroxisomas sintetizan también plasmalógenos. Los plasmalógenos son unos fosfolípidos presentes en algunas membranas (muy abundantes en la vaina de mielina), y difieren de la fosfatidil colina en que uno de los ácidos grasos se une al glicerol por un enlace del tipo éter en vez de hacerlo por uno del tipo éster.

Otras de las dunciones de los peroxisomas son las reacciones oxidativas de los peroxisomas son muy importantes en el hígado y el riñón, para la bioinactivación de gran cantidad de moléculas tóxicas que entran en la circulación, como por ejemplo el etanol. Casi la mitad del etanol ingerido por el organismo es oxidado a acetaldehído en los peroxisomas del hígado. En el riñón, los peroxisomas también degradan la triyodotironina a ácido triyodotiropirúvico.

Enfermedades:

Existe un defecto genético (enfermedad de Zellweger) por el que los peroxisomas no contienen enzimas, pues éstas no pueden penetrar en ellos. Los recién nacidos con esta alteración mueren antes del primer año de vida. Otra alteración (adrenoleucodistrofia) impide la entrada de ácidos grasos en el peroxisoma para ser degradados. Esta enfermedad causa insuficiencia suprarrenal, neuropatía sensitivo-motora y paraplejía espástica. En la enfermedad de Refsum, que ocasiona neuropatía, ataxia, ictiosis, ceguera nocturna y retinitis pigmentaria, falta (o es deficiente) la enzima que oxida el ácido fitánico, que es un ácido graso de cadena muy larga

 

Lisosomas

Los lisosomas existen en todas las células animales. Las células vegetales carecen de ellos en sentido estricto, aunque su vacuola contiene enzimas lisosómicas. Una característica común a todos los lisosomas es que contienen hidrolasas ácidas. Hasta ahora se han identificado unas 40 enzimas diferentes, que degradan proteínas (proteasas), ácidos nucleicos (nucleasas: DNAasa y RNAasa), glúcidos (glucosidasas y lisozima), ésteres de sulfato (arilsulfatasas), lípidos (lipasas y fosfolipasas) o fosfatos de moléculas orgánicas (fosfatasas). El pH del interior del lisosoma es 5. Para conseguir este bajo pH, la membrana del lisosoma posee una bomba de protones que utiliza la energía de la hidrólisis del ATP para bombear H+ hacia el interior. El lisosoma se autoprotege de las proteasas lisosómicas y de la acidez porque su hemimembrana interna está intensamente glucosilada. La membrana del lisosoma contiene también receptores Rab y SNARE que le permiten reconocer las vesículas con las que se fusionan, unas proteínas denominadas LAMP (proteínas asociadas a la membrana lisosómica), y proteínas de transporte que facilitan el paso deLas enzimas lisosómicas son glucoproteínas con oligosacáridos unidos a N que, como se ha señalado en este mismo capítulo, se sintetizan en el retículo endoplasmático rugoso y pasan al compartimiento cis del complejo de Golgi donde dos de sus manosas son fosforiladas  productos finales de la degradación de sustancias hacia el hialoplasma.

 

Endocitosis

La endocitosis puede dividirse en dos categorías: por volumen mediada por receptor y capación inespecífica de líquidos extracelulares. La endocitosis también retira porciones de la membrana plasmática y puede funcionar sobre todo en el reciclaje de membrana entre la superficie celular y los compartimientos interiores.

La endocitosis mediada por el receptor se refiere a la captación de macromoléculas extracelulares específicas después de su unión con receptores en la superficie.

La endocitosis mediada por un receptor proporciona un medio para la captación selectiva y eficiente de macromoléculas que pueden estar presentes en concentraciones relativamente bajas en el líquido extracelular, las células tienen receptores para la captación de michos tipos diferentes de ligando, incluidas hormonas, factores de crecimiento, enzimas y proteínas sanguíneas.

Exocitosis

La fusión de una vesícula secretora o gránulo secretor con la membrana plasmática y la descarga subsiguiente de su contenido se llama exocitosis. Es probable que la exocitosis ocurra en forma continua en la mayor parte de las células, conforme se envían proteínas y otros materiales a la membrana plasmática y el espacio extracelular. Sin embargo, los ejemplos mejor estudiados de la exocitosis son los que ocurren durante la secreción regulada, sobre todo la liberación de neurotransmisores a la hendidura sináptica. En estos casos, la fusión de la membrana produce una abertura a través de la cual se libera el contenido de la vesícula o gránulo hacia el espacio extracelular.

La fusión está regulada por una proteína de unión con calcio (sinaptotagmina) presente en la membrana de la vesícula sináptica. En otros tipos de células, la exocitosis casi siempre se inicia por la liberación de Ca2+ de las reservas citoplásmicas. Se cree que el contacto entre la vesícula y las membranas plasmáticas conduce a la formación de un pequeño “poro de fusión” recubierto con proteína. Algunos poros de fusión tan sólo se cierran de nuevo, pero en la mayoría de los casos el poro se dilata con rapidez para formar una abertura para que se descargue el contenido de la vesícula. Al margen del mecanismo, cuando una vesícula citoplásmica se fusiona con la membrana plasmática, la superficie luminal de la membrana de la vesícula se vuelve parte de la superficie externa de la membrana plasmática, mientras que la superficie citosólica de la membrana de la vesícula se torna parte de la cara interna (citosólica) de la membrana plasmática.

Mitocondria

Estos organelos se conocen por su función en la generación de moléculas de trisfosfato de adenosina que se usan en la mayor parte de las actividades celulares que requieren energía.

También participan en otras actividades no relacionadas con el metabolismo energético, por ejemplo la sintesis de sustancias, incluidos ciertos aminoácidos y grupos hemo. También tienen una participación vital en la captación y liberación de iones calcio y junto con el retículo endoplasmatico regulan de manera importante la concentración citoplasmática de calcio, además del proceso de muerte secular, que es regulada en gran medida por fenómenos que ocurren en las mitocondrias.

Funciones de mitocondrias

En algunos animales, el desacoplamiento entre la cadena transportadora de electrones y la fosforilación oxidativa se produce de manera natural en las mitocondrias de la grasa parda coincidiendo con el despertar de la hibernación. La membrana interna de estas mitocondrias contiene una proteína transportadora de 32 kDa, llamada termogenina, que permite el flujo de H+ hacia el interior, a favor del gradiente electroquímico, sin activar la ATP sintetasa. Por ello, estas células pueden oxidar sus reservas de grasa a gran velocidad, produciendo más calor que ATP y actuando así como calefactores que reaniman a los animales en hibernación o protegen del frío al recién nacido.

            Las mitocondrias del hígado de los mamíferos, aunque no las de otros tejidos, poseen enzimas que intervienen en varios pasos de la degradación de compuestos nitrogenados hasta convertirse en urea.

            Las mitocondrias del músculo esquelético poseen una subunidad especial de la citocromo oxidasa. Esta subunidad falta en las mitocondrias de otros tejidos, incluido el músculo cardíaco.

Las mitocondrias de células productoras de hormonas esteroideas (corteza suprarrenal, células de Leydig testiculares, y células de la granulosa, tecales e hiliares ováricas) intervienen en la síntesis de estas hormonas junto con el retículo endoplasmático liso, tal como se ha explicado al tratar de la síntesis de hormonas esteroideas.

Algunas mitocondrias pueden almacenar lípidos (que utilizan mediante la oxidación de ácidos grasos), proteínas (como en la formación de las plaquetasen huevos del molusco Planorbis) o ferritina (como en la anemia de Cooley).

Incorporación de proteínas en la mitocrondria

La mayoría de las proteínas mitocondriales se sintetizan en el citosol y permanecen desplegadas tras su síntesis al interaccionar con otras proteínas de la familia Hsp70. Otras proteínas citosólicas le proporcionan las secuencias señal terminales características, de 20 a 80 aminoácidos, para su inserción en los complejos translocadores de proteínas a la mitocondria.

Para la inserción de las proteínas mitocondriales en el TOM es necesario que estas proteínas se liberen de las Hsp70 citosólicas mediante la energía proporcionada por la hidrólisis del ATP. Si la proteína ha de formar parte de dicha membrana, como ocurre con la porina, queda allí localizada. Si la proteína ha de ir a la matriz mitocondrial, se une a un componente del complejo TIM (TIM23), que se abre permitiendo así su translocación a la matriz. Esta transferencia se realiza por el gradiente electroquímico que proporciona el bombeo de H+ de la matriz hacia el espacio perimitocondrial, en la cadena transportadora de electrones. En la matriz, el péptido señal es lisado por una peptidasa señal. A las proteínas transferidas se unen proteínas Hsp70 específicas de la matriz mitocondrial para configurarlas.