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Asignatura: bch, Profesor: Ángeles Villanueva, Carrera: Biología, Universidad: UAM
Tipo: Apuntes
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El sistema de endomembrana está compuesto por el RE, el aparato de Golgi y los lisosomas. Se produce un intercambio de membranas. Los microsomas son unas estructuras esféricas que se ven al MET después de procesar el RER y el REL. El RE es un complejo sistema de membranas interconectadas entre sí que comparten el mismo espacio interno. Las membranas de ambos retículos no son independientes sino que son una continuación. Sus membranas están continuadas por la MNE. Se distinguen dos tipos: RER, membranas forman cisternas aplanadas con ribosomas adheridos, y el REL, membranas con forma de tubos sin ribosomas asociados. Retículo endoplasmático rugoso. Consiste en una serie de sacos (cisternas) aplanadas, apiladas con numerosos ribosomas asociados a las membranas. Esta morfología es visible al MET (al óptico de fluorescencia se observa una red) y está especialmente desarrollado en células especializadas cuya función sea secretar proteínas. El interior de las cisternas se llama lumen o luz. Existe una técnica de aislamiento de los distintos orgánulos celulares mediante centrifugación a distintas velocidades. En esa técnica hay una fracción que se denomina la fracción de los microsomas. Corresponden a vesículas, por tanto rodeadas de una bicapa lipídica procedentes del RER y otras sin ribosomas del REL. Los microsomas son vesículas procedentes del RER y REL juntas que se obtienen a partir de la técnica de aislamiento. Funciones:
N-glicosilación porque se les añade a las proteínas el mismo oligosacárido formado por 2 residuos de N-acetilglucosamina, 9 residuos de manosa y 3 de glucosa. El oligosacárido está preformado y unido a un lípido específico de la membrana del RER denominado dolical. Cuando en la proteína que se está sintetizando aparece un residuo del aa asparagina el oligosacárido se separa del dolical y se une a un grupo amino que tiene el aa asparagina por eso se denomina oligosacárido N-ligado. El grupo amino al que se une el oligosacárido es de la cadena lateral del aa asparagina. El oligosacárido N-ligado se procesa, los primeros pasos de este cambio comienzan en el propio RER y continuarán en el complejo de Golgi. Este primer paso que sucede en el RER consiste en la eliminación de los 3 residuos de glucosa.
Los modelos de han modificado: Modelo de tradicional, transporte vesicular: las cisternas son orgánulos estáticos y el paso de proteínas se realiza a través de vesículas que se fusionan con la siguiente cisterna hasta llegar a la cara trans donde se empaquetan para sus destinos finales. Modelo actual, maduración de cisternas: las cisternas van madurando y se mueve progresivamente hasta llegar a la cara trans donde forman vesículas. Requiere un reciclaje continuo de nuevas cisternas en el lado cis. Exportación de proteínas y lípidos desde el RE. Las vesículas de transporte se generan por gemación en la membrana del RE, se estrangulan y se fusionan con la membrana del Golgi cuando lo alcanzan, se le conoce como transporte anterógrado. Aquellas proteínas propias del RE que se hayan ‘escapado’ en vesículas hacia el Golgi son recuperadas mediante vesículas que difunden del AG al RE por un transporte retrógrado. Para ello tienen que ser reconocidas por un receptor de la membrana del Golgi que reconoce una secuencia señal de 4 aas (KDEL) en el extremo carboxilo terminal. Esa secuencia se une al receptor y mediante una vesícula la proteína del RE vuelve a éste. Funciones.
Cuando esa enzima con el residuo M6P llega a la red del trans-Golgi, es reconocida por un receptor (proteínas transmembranosa) que se une a la M6P. A partir de ahí se forma una yema recubierta por clatrina (que se elimina poco después). Una vez formada la vesícula se fusiona con el lisosoma que se está formando, que tiene una bomba de protones en su membrana que hace que su interior sea ácido (pH>7), y esto hace que se separen el receptor y el enzima hidrolítico del lisosoma, que posteriormente sufre la eliminación del fosfato. El receptor de la M6Pse recicla al formarse vesículas que vuelven a la red trans- Golgi, que no están recubiertas de clatrina.
es una fuente para obtener energía cuando la célula carece de otros nutrientes. Actualmente se ha comprobado que la pueden inducir como mecanismo de muerte celular algunos fármacos utilizados en quimioterapia. En estas tres rutas tras la fusión de la vesícula con el lisosoma se liberan nutrientes (productos degradados) que utiliza a célula y solo quedan en la vesícula los cuerpos residuales que en la mayoría de los casos se eliminan por exocitosis. Biogénesis. Las hidrolasas ácidas se sintetizan en el RER y son englobadas en vesículas hasta llegar al AG. Ahí se les marca con un residuo de M6P. Finalmente se clasifican en la red del trans-Golgi, gracias a un receptor específico, para formar vesículas que se convertirán en lisosomas.
Últimos orgánulos en identificarse. Son orgánulos de forma esférica rodeados de una membrana que pueden visualizarse al MET como con determinadas sondas fluorescentes en microscopía de fluorescencia. Existe un cristal en su interior (no en el humano). Se caracterizan por ser orgánulos que utilizan elevadas cantidades de O 2 y en su interior se producen numerosos procesos oxidativos. Hay 2 enzimas típicas que no tiene ningún otro orgánulo: catalasa y urato oxidasa. En esas reacciones de oxidación se produce el peróxido de hidrógeno (H 2 O 2 ) que mediante la catalasa se degrada en agua y oxígeno atómico ya que el peróxido de hidrógeno si se acumula en grandes cantidades pueden ser muy tóxica para la célula. La más importante de las reacciones de oxidación es la β-oxidación de los ácidos grasos, que no se realiza en las mitocondrias. En algunas células vegetales de semillas que están en germinación existen unos peroxisomas especiales denominados glioxisomas. Los glioxisomas son capaces mediante una ruta metabólica compleja donde también interviene la mitocondria donde se transforma la grasa en hidratos de carbono. El conjunto de reacciones metabólicas dentro del glioxisoma se denomina ciclo del glioxilato. Biogénesis. Las enzimas de los peroxisomas sintetizan ribosomas libres del citosol. Esas proteínas tienen una determinada secuencia en el extremo carboxilo terminal que les hace dirigirse hacia la membrana del peroxisoma mediante la unión de un receptor (proteína del citosol) capaz de reconocer esa secuencia. Una vez que llegan receptor y proteína a la membrana del peroxisoma donde existe una serie de proteínas que permiten el paso de la proteína hasta el lumen del peroxisoma. Todo el conjunto de proteínas que participan se han determinado peroxinas y los genes (cuando presentan algunas mutaciones se producen grandes enfermedades) que poseen la información son los pex. El receptor es reciclado. El origen de los peroxisomas puede ser:
Son orgánulos con forma cilíndrica y tamaño parecido al de las bacterias. Son orgánulos móviles y plásticos que cambian constantemente de forma y son capaces de fusionarse y dividirse entre ellos. Se usa el término: retículo mitocondrial. Se mueven por el citoplasma asociadas a los microtúbulos. Son orgánulos de doble membrana que aportan la energía que necesita la célula para muchos procesos ya que en ellos se sintetizan la mayor parte del ATP. La estructura que tiene es una membrana mitocondrial externa (MME) que es muy permeable porque posee un gran número de proteínas de transporte denominadas porinas que forman canales acuosos a través de la bicapa lipídica. La membrana mitocondrial interna (MMI) que es muy impermeable, poseen un gran número de proteínas de transporte (carriers) que permiten la entrada y salida de moléculas a través de esta membrana, por esto, es una de las razones por la que la MMI tiene una elevada proporción de proteínas en su composición química. Hay muchos mecanismos de antiporte en la MMI, existe un transportador que permite la entrada de ADP y salida de ATP. Es una bicapa lipídica que contiene un fosfolípido especial que no tiene ningún otro orgánulo: 4 cadenas de ácidos grasos y parece que su función es que la MMI sea especialmente impermeable para los iones llamados cardiolipina que llegan a suponer el 20% de los lípidos de la MMI y está presente en las bacterias. En esto se apoyó la teoría de Lynn Margullis (teoría endosimibiótica). Tiene numerosos repliegues denominadas crestas mitocondriales. El número de mitocondrias y el número de crestas depende las necesidades energéticas de la célula. Un ejemplo son las células cardiacas (requieren un elevado gastos de ATP) que tienen mayor cantidad que las del hígado. Las mitocondrias pueden verse al MET y al microscopio óptico de fluorescencia. Entre medio de las membranas mitocondriales se encuentra el espacio intermembrana. La matriz mitocondrial es el espacio delimitado por la MMI. Contiene varias copias de ADN (doble y circular) que no está asociado a histonas. También contiene ribosomas parecido a los 70S (tamaño y composición parecidos), tienen gran cantidad de enzimas por ejemplo todas las que forman parte al ciclo de Krebs, las enzimas que realizan la β- oxidación de los ácidos grasos… Las mitocondrias se suelen distribuir por todo el citosol de las células aunque en algunas células especializadas se localizan en determinadas zonas donde se requiera mayor cantidad de energía. Ejemplo: en las células musculo-cardiaco las mitocondrias se sitúan entre los filamentos contráctiles. Los espermatozoides requieren un gasto de ATP para desplazarse gracias a las mitocondrias en forma de helicoidal alrededor del axonema flagelar. Dinámica de las mitocondrias. Son orgánulos muy dinámicos que se dividen (fisión) y se fusionan entre sí constantemente. Estos procesos son muy complejos puesto que participan 2 membranas y debe de hacerse de forma correcta. El retículo mitocondrial forma una red en la cual se está dividiendo y fusionando. Fusión: dos mitocondrias fusionan sus membranas formando una mitocondria. Se requiere gasto d denegría (hidrólisis de GTP). Están implicadas dos proteínas fundamentalmente: la mitofusina (proteína de la MME y que al interaccionar entre ellas fusionan las MME) y la OPA 1 (se encargan de fusionar la MMI). Fisión: una mitocondria se divide en 2 mitocondrias. Se realiza por estrangulamiento actuando en forma de anillo una proteína denominada DRP 1 que gasta ATP para separar la mitocondria en dos. Las moléculas de sitúan por fuera de la mitocondria, por fuera de la MME en la parte central de la mitocondria.
que se realiza en los ribosomas libres del citosol o adheridos al RE. Por ejemplo, el codón UGA en el código universal significa stop y en el código mitocondrial codifica para el aminoácido triptófano (Trp). El codón AGA en el codifica para el aminoácido arginina (Arg) y en el código mitocondrial significa stop. Las proteínas mitocondriales sintetizadas en los ribosomas libres del citosol contienen una determinada secuencia señal (péptido señal) que es reconocida por un receptor de membrana de la MME que forma parte del complejo proteico que permite el paso de la proteína por la membrana. Asociado al receptor se encuentra un translocador proteico en la MME. El complejo se denomina complejo TOM. Cuando la proteína desplegada alcanza la MMI hay también un complejo proteico que actúa de translocador que se denomina complejo TIM 23. Cuando finaliza la translocación y la proteína se encuentra en la matriz mitocondrial la enzima señal peptidasa elimina la secuencia final y la proteína queda adecuadamente plegada en la matriz mitocondrial. Al MET se detectan zonas donde la MME y MMI están muy próximas para facilitar el paso de las proteínas por estos translocadores. En la especie humana todas la mitocondrias que contiene un individuo son exclusivamente maternas ya que el espermatozoide en la fecundación no aporta mitocondrias y las aportadas son destruidas. Todo el genoma mitocondrial se hereda por vía materna. Existen enfermedades debidas a las mutaciones en el ADN mitocondrial. Las alteraciones en la función mitocondrial están implicadas en varias enfermedades incluyendo el Alzheimer y el Parkinson (enfermedades neurodegenerativas). Las mitocondrias son orgánulos de vital importancia en la vía de muerte celular programada (apoptosis) que utiliza diariamente el organismo para eliminar las células que no son útiles o que no funcionen correctamente. Las células tumorales tienen tendencia a evadir la apoptosis y sobrevivir en condiciones que cualquier otra célula del organismo se hubiera suicidado. Las mitocondrias están implicadas en la apoptosis porque cuando un estímulo desencadena esta vía se produce una salida al citosol del citocromo C (proteína que pertenece a la cadena respiratoria que se encuentra en el espacio intermembrana). Otra forma de apoptosis es la externalización de la fosfatidilserina. Origen endosimbiótico. Lynn Margullis. Una célula eucariota con núcleo ancestral incorpora por endocitosis a una bacteria (actual mitocondria). Parte del genoma de la bacteria ancestral se incorporó al genoma de la célula. Más datos que apoyan la teoría es la existencia de un ADN circular, que contienen ribosomas parecidos a los 70S.
Son orgánulos exclusivos de células vegetales y están relacionados con procesos de síntesis y de almacenamiento de sustancias. Existen diversos tipos que tienen en común una doble membrana. Indiferenciados. o Proplastos: son los plastos inmaduros, son el origen de todos os demás. Tienen una forma redondeada con un tamaño menor que el resto. Poseen ribosomas, laminillas membranosas y granos de almidón. Se localizan en las células de los meristemos de raíces y tallos. En presencia de luz los proplastos del parénquima se transforman en cloroplastos.
o Etioplastos: proceden de los proplastos que se diferencian en la oscuridad y las estructuras membranosas que contienen forman unas estructuras cristalinas denominadas cuerpos prolamelares. Que se visualizan al MET. Los etioplastos situados a la luz se diferencian en cloroplastos. Diferenciados. o Cloroplastos: fotosintéticamente activos. o Cromoplastos: contienen pigmentos de β-caroteno, licopeno… o Leucoplastos: incoloros, fotosintéticamente no activos. Su función es el almacenamiento de sustancias de reserva como almidón ( amiloplasto ), aceites ( oleoplastos ) o proteínas ( proteinoplastos ). Cloroplasto. Es un orgánulo exclusivo de las células vegetales donde se realiza la fotosíntesis donde interviene la clorofila entre otras sustancias. El número de cloroplastos es variable dependiendo del tejido vegetal; son muy abundantes en el parénquima clorofílico habiendo entre 30-40 cloroplastos por células. Tienen una forma ovalada y su tamaño es mayor que el de las mitocondrias. Al MET poseen una ultraestructura. Poseen una doble membrana, un espacio intermembrana y la membrana interna del cloroplasto delimita un espacio llamado estroma que contiene un sistema de membrana (bicapa lipídica) en forma de laminillas orientadas longitudinalmente denominado tilacoides (espacio dentro es la luz del tilacoide). En el estroma hay ribosomas 70S, varias moléculas de ADN doble y circular, enzimas… Se realiza la fotosíntesis (proceso donde la energía solar se usa para sintetizar glucosa a partir de CO 2 y agua, y se libera O 2 ). En la 1ª etapa de la fotosíntesis se sintetiza ATP y NADPH utilizados en la síntesis de hidratos de carbono a partir de CO 2 en el ciclo de Calvin que tiene lugar en el estroma. Las moléculas que forman el fotosistema I y II así como la cadena transportadora de electrones y la ARP-sintetasa se localizan en la membrana del tilacoide. La ATP- sintetasa tiene la porción esférica orientada hacia el estroma. Durante el transporte de electrones se produce un paso de protones que quedan acumulados en la luz del tilacoide y encierran energía creando un gradiente electroquímico. La energía acumulada es empelada por la ATP-sintetasa para formar ATP a partir de ADP y ácido fosfórico. Los protones vuelven al estroma del cloroplasto gracias a la ATP-sintetasa. Por tanto, el ATP se sintetiza en el estroma. El genoma del cloroplasto es una molécula de ADN doble y circular, se calcula que contiene más de 100 genes que codifican para ARNr para sus ribosomas, ARNt, para proteínas que forman los ribosomas y proteínas que intervienen en la fotosíntesis. Aunque la mayoría de los genes que codifican para proteínas del cloroplasto se localizan en el núcleo y los ribosomas libres del citosol traducen estos ARNm. Las proteínas sintetizadas en los ribosomas libres del citosol están marcadas con una secuencia final. Una vez reconocida, la proteína se une a un receptor de la membrana externa del cloroplasto. Posteriormente la proteína atraviesa un translocador proteico de forma estirada y otro translocador en la membrana interna del cloroplasto. Si la proteína es del estroma, se elimina la secuencia final y la proteína queda en el estroma. Si la proteína es del interior, de la luz del tilacoide, tendrá una secuencia seña que será