Organelos Membranosos

Envoltura Nuclear Retículo Endoplasmático Rugoso

Sistema de Endomembranas

Endosomas

Lisosomas

Retículo Endoplasmático Liso

Aparato de Golgi

Retículo Endoplasmático Rugoso 

participa en la síntesis de proteínas

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es un organelo prominente en células secretoras

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formado por sacos aplanados llamados cisternas

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las cisternas están comunicadas entre sí y ubican en forma paralela cerca del núcleo

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presenta polirribosomas

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las proteínas son integradas a organelos, membranas o secretadas al exterior

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realiza el plegado inicial y la glicosilación de las proteínas

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las sustancias sintetizadas pasan luego al aparato de Golgi

Retículo Endoplasmático Rugoso (RER) Retículo Endoplasmático Rugoso (RER)

retículo endoplásmico liso

envoltura nuclear

retículo endoplásmico rugoso

cisternas ribosomas

Incorporación Traduccional de Proteínas al RER La PRS lleva al complejo hasta el RER donde se une al receptor de la PRS.

A medida que emerge el péptido señal es reconocida por la PRS.

    

La PRS se libera y el ribosoma se une al complejo de translocación de membrana Sec61.

Se reanuda la traducción y la cadena polipeptídica es traslocada a través de la membrana.

Se elimina el péptido señal y se libera el polipéptido en la luz del RE.

los ribosomas inicialmente se encuentran libres en el citosol pero existe una secuencia señal que permite unir el ribosoma e insertar la proteína al RE la señal, llamada péptido señal, es una secuencia compuesta por 6-20 a.a. hidrofóbicos el PS es reconocido por la PRS (partícula reconocimiento señal), que lleva al ribosoma al RER donde hay un receptor para la PRS la PRS es un complejo de ARN y proteínas, que tiene 6 polipéptidos y una molécula de ARN llamada 7SL.

Translocación Postraduccional de Proteínas al RER • Algunas proteínas se sintetizan en ribosomas libres y se incorporan después al RER. • Este proceso no requiere de la PRS, como en el caso anterior.

• El péptido señal es reconocido por dos proteínas receptoras diferentes, que forman el complejo Sec 62/63, asociadas al complejo Sec61. • El complejo Sec62/63 reconoce el PS y el Sec61 permite translocar la proteína. • Este proceso requiere también de una chaperona llamada BiP para traslocar la proteína.

Inserción de Proteínas Integrales a la Membrana del RER

• Estas proteínas se incluyen en la membrana mediante regiones hidrofóbicas que atraviesan la bicapa lipídica. • Las regiones que atraviesan la membrana son regiones en hélice alfa constituidas por 20 a 25 aminoácidos hidrófobos. • Algunas proteínas atraviesan la bicapa una vez y otras varias veces. • Pueden estar orientadas con el extremo amino o carboxilo hacia afuera. • La orientación de las proteínas de membrana se establece a medida que las cadenas se traslocan al RER.

Inserción de Proteínas Integrales a la Membrana del RER las proteínas tienen una secuencia amino-terminal que es eliminada por la peptidasa señal durante el pasaje de la cadena por el canal del complejo Sec61

luego se anclan a la membrana por una segunda hélice alfa que atraviesa la bicapa ubicada en el centro de la proteína

esta secuencia de detención de la transferencia, produce el cierre del canal de la Sec61 y bloquea el pasaje de la cadena polipeptídica

así, la porción carboxilo terminal de la cadena se sintetiza en el citosol

Inserción de Proteínas Integrales a la Membrana del RER • Las proteínas politópicas son insertadas mediante una serie alterna de secuencias señal internas y secuencias transmembrana de detención de la transferencia.

primero, una secuencia señal interna da lugar a la inserción de la cadena polipeptídica en la membrana

luego una secuencia de detención de la transferencia, por lo cual la cadena forma un bucle en la luz del RE, y la síntesis de la proteína continúa hacia el lado citosólico de la membrana

Inserción de Proteínas Integrales a la Membrana del RER una segunda secuencia señal, hace que la cadena en crecimiento se inserte otra vez en la membrana, dando lugar a otro dominio en forma de bucle en el lado citosólico de la membrana

a esto le puede seguir otra secuencia de detención de la transferencia, y luego otra secuencia señal y así sucesivamente

ello genera dominios en forma de bucle expuestos tanto a la luz del RE como a lado citoplásmico de la membrana

Procesamiento de Proteínas en el RER

1. Rotura proteolítica del péptido señal a medida que la cadena polipeptídica se transloca a través de la membrana del RE. 2. Plegamiento de las cadenas polipeptídicas. 3. Ensamblaje de proteínas formadas por varias subunidades (cuaternarias). 4. Formación de los puentes disulfuro.

5. Agregado de hidratos de carbono a las glucoproteínas (glicosilación).

Procesamiento de Proteínas en el RER • las proteínas se translocan a través de la membrana del RE a modo de cadenas polipeptídicas sin plegar mientras prosigue su traducción. • estos polipéptidos se pliegan en forma tridimensional en el RE por medio de chaperonas moleculares que facilitan el plegamiento de las cadenas polipeptídicas.

una de las proteínas principales en la luz del RE es un miembro de la familia de las chaperonas Hsp70 llamado BiP

BiP se une a la cadena sin plegar cuando atraviesa la membrana y luego pliega la proteína y ensambla las proteínas oligoméricas en el RE

las proteínas bien ensambladas se separan de BiP y pasan al aparato de Golgi

Procesamiento de Proteínas en el RER

• La formación de puentes disulfuro entre las cadenas es fundamental para el plegamiento y ensamblaje proteico. • Los puentes no se forman en el citosol, debido a que es un ambiente reductor que mantiene los residuos de cisteína en su estado reducido (-SH). • En el RE, sin embargo, hay un ambiente oxidante que promueve la formación de puentes disulfuro. • Los puentes disulfuro desempeñan un papel importante en la estructura de las proteínas secretadas y de la superficie celular. • La formación de puentes disulfuro está favorecida por la disulfuro isomerasa que se localiza en el RE

Glicosilación de Proteínas en el RER El proceso comienza con la transferencia de un oligosacárido común compuesto por 14 a un residuo de asparagina de la cadena polipeptídica en crecimiento.

El oligosacárido está compuesto siempre por 2 Nacetilglucosaminas, 3 glucosas y 9 manosas

El oligosacárido se localiza en la membrana del retículo endoplásmico unido a un lípido transportador llamado dolicol fosfato. La enzima encargada de agregar el oligosacárido es llamada oligosacariltransferasa.

Procesamiento de Proteínas en el RER La oligosacariltransferasa reconoce una secuencia especial de 3 aminoácidos de la cadena polipeptídica y une el oligosacárido a uno de estos tres aminoácidos de la secuencia que es la asparagina.

Una vez unido a la proteína, el oligosacárido inicial sufrirá modificaciones posteriores.

Se eliminan tres residuos de glucosa y uno de manosa mientras la proteína está en el RE. Posteriormente las glicoproteínas pasarán al aparato de Golgi donde sufrirán modificaciones adicionales.

Retículo Endoplasmático Liso

Retículo Endoplasmático Liso Funciones 1. síntesis de lípidos 2. síntesis de hormonas esteroides

3. detoxificación 4. movilización de glucosa 5. almacenamiento y liberación de calcio

Síntesis de Lípidos • los fosfolípidos son sintetizados en la cara citoplásmica de la membrana del RE, a partir de precursores citosólicos hidrosolubles • en primer lugar, dos ácidos grasos unidos a la coenzima A se combinan con glicerol-3-fosfato mediante una enzima unida a la membrana • el fosfolípido resultante, ácido fosfatídico, se inserta en la membrana • luego, las enzimas de la cara citoplásmica de la membrana adicionan diferentes grupos a las cabezas polares • ello da lugar a la fosfatidilcolina, fosfatidilserina, fosfatidiletanolamina o fosfatidilinositol.

Síntesis de Lípidos • la síntesis de fosfolípidos en la cara citosólica de la membrana del RE permite que las cadenas hidrófobas de los ácidos grasos permanezcan ocultas en la membrana • eso permite que las enzimas unidas a la membrana catalicen sus reacciones con los precursores hidrosolubles del citosol

• sin embargo, la síntesis de estos fosfolípidos en la cara citoplásmica hace que los fosfolípidos nuevos sólo se inserten en la cara citosólica de la membrana del RE.

Síntesis de Lípidos • Para mantener una membrana estable, algunos de estos fosfolípidos de nueva síntesis deben transferirse a la otra monocapa del RE. • Esta transferencia no tiene lugar espontáneamente ya que requiere el paso de un grupo polar a través de la membrana. • Por ello existen enzimas que trasladan a los lípidos y que son denominadas flipasas. • Estas catalizan la translocación de fosfolípidos a través de la membrana del RE, dando lugar a un crecimiento uniforme de las dos partes de la bicapa.

Síntesis de Lípidos • Además de sintetizar fosfolípidos derivados del glicerol, el RE también sintetiza los otros dos lípidos de membrana: colesterol y ceramida. • La ceramida se convierte en glucolípidos o esfingomielina (el único fosfolípido de membrana que no deriva del glicerol) en el aparato de Golgi.

• Por lo tanto, el RE es el responsable de la síntesis de todos los lípidos de las membranas eucariotas.

Síntesis de Esteroides

Detoxificación o inactivación de drogas • Fase I: se produce la oxidación de las drogas por medio de un “sistema oxidativo de función mixta” comprende dos cadenas transportadoras de electrones formadas por: flavoproteínas (citocromo c reductasa y citocromo b5 reductasa) hemoproteínas (citocromo b5 y citocromo P450)

• Fase II: las moléculas oxidadas son unidas a moléculas hidrofílicas que inactivan a la droga y forman compuestos solubles y fáciles de eliminar por el organismo. Las enzimas que participan en esta fase se llaman transferasas y las más importantes son las que transfieren grupos sulfatos y UDP-glucoronato.

Movilización de Glucosa glucógeno-fosforilasa 1. Glucógeno

Glucosa 1-fosfato (G1P) glucogenólisis

fosfoglucomutasa 2. Glucosa 1-fosfato

Glucosa 6-fosfato (G6P) glucosa 6-fosfatasa

3. Glucosa 6-fosfato

Glucosa libre membrana plasmática

4. Glucosa libre en el REL

espacio extracelular por difusión facilitada

Almacenamiento y Liberación de Calcio

• se mantiene una baja concentración citosólica de Ca mediante transporte activo (tipo P) hacia vesículas del REL llamadas calciosomas. • las vesículas tienen canales iónicos especiales que se abren cuando el citosol necesita calcio en forma transitoria.

Aparato de Golgi

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modifica, clasifica y traslada las proteínas hacia su destino final (lisosomas, membrana plasmática o secreción)

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sintetizan glucolípidos y esfingomielina

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en plantas sintetizan los polisacáridos de la pared celular

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se encuentra presente en todas las células eucariotas

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se ubica entre el RE y la MP, cerca del centrosoma

Aparato de Golgi 

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formado por subunidades menores llamadas dictiosomas, que miden  1 µm los dictiosomas están formados por cisternas y vesículas las cisternas son discoidales, aplanadas, se disponen en forma paralela y están separadas por 20 a 30 nm el número de cisternas varía entre 3 y 7 según el tipo de célula cada dictiosoma tiene una cara proximal (cis) y otra distal (trans) la cara cis es convexa y mira hacia la envoltura nuclear la trans es cóncava y da hacia la membrana plasmática

Aparato de Golgi 

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la cis presenta de vesículas de transición que vienen del RE y traen la mayoría de las proteínas sintetizadas

a su vez hay transporte de vesículas de una cisterna a otra, que llevan las proteínas que se van modificando en las diferentes cisternas

Aparato de Golgi 

la cara cis del dictiosoma recibe las vesículas del RER y comienza a modificar las proteínas

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las cisternas intermedias continúan la maduración de las glucoproteínas por acción de complejos enzimáticos

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las cisternas distales terminan el procesamiento seleccionan y separan los distintos tipos de proteínas

Glicosilación 

el procesamiento de glucoproteínas se produce a partir del oligosacárido de 14 monosacáridos que fue agregado a la proteína en el RER

Glicosilación •

este proceso origina miles de oligosacáridos específicos para cada tipo de proteína

•

a veces se agregan tantos que los glúcidos son más abundantes que la proteína

Glicosilación de Proteínas Lisosómicas • Las glucoproteínas destinadas a los lisosomas sufren fosforilación de la manosa, en vez de la eliminación inicial de tres residuos de manosa. • Los restos de manosa fosforilados son reconocidos por un receptor de manosa-6-fosfato en la red trans del Golgi, que dirige el transporte de estas proteínas a los lisosomas. • Por lo tanto, la fosforilación de los residuos de manosa es un paso crucial en la distribución de las proteínas lisosómicas hacia su destino intracelular correcto.

en el primer paso de esta reacción, se añade N-acetilglucosamina fosfato a residuos específicos de manosa, mientras la proteína aún está en la red cis del Golgi

luego se produce la eliminación del grupo N-acetilglucosamina, dejando residuos de manosa-6-fosfato en el oligosacárido

Glicosilación de Proteínas Lisosómicas • La especificidad de este proceso reside en la enzima que cataliza la adición selectiva de Nacetilglucosamina fosfato a las proteínas lisosómicas. • Esta enzima reconoce un determinante estructural presente en las proteínas lisosómicas pero no en las proteínas destinadas a la membrana plasmática o a la secreción.

• Este determinante de reconocimiento no es una simple secuencia de aminoácidos, sino que a depende de la conformación tridimensional de la proteína plegada. • Estos determinantes se denominan regiones señal, a diferencia de las señales lineales tratadas previamente.

Síntesis de Glucolípidos • Además de procesar y distribuir las glucoproteínas, el aparato de Golgi participa en la síntesis de glucolípidos y esfingolípidos.

• Los fosfolípidos derivados del glicerol, el colesterol y la ceramida se sintetizan en el RE. La esfingomielina y los glicolípidos se sintetizan a partir de la ceramida en el aparato de Golgi

La esfingomielina es sintetizada por la transferencia de un grupo fosforilcolina desde la fosfatidilcolina a la ceramida. Luego, la adición de carbohidratos a la ceramida puede dar lugar a diferentes glicolípidos.

Síntesis de Polisacáridos de la Pared Celular

Pared Celular

Celulosa

es un polímero de glucosa sintetizado en la superficie celular por enzimas de la membrana plasmática.

Hemicelulosa

son moléculas complejas de cadena ramificada que se sintetizan en el aparato de Golgi y son transportadas mediante vesículas a la superficie celular.

Pectinas

• La síntesis de estos polisacáridos de la pared celular es una función importante para la célula vegetal. • Hasta el 80 % de la actividad metabólica del aparato de Golgi de las células vegetales se dedica a la síntesis de polisacáridos.

Distribución y Exportación de Proteínas • Las proteínas, al igual que los lípidos y los polisacáridos, son transportadas desde el aparato de Golgi a sus destinos finales a través de la vía secretora. • Esto implica la distribución de las proteínas en diferentes tipos de vesículas de transporte, que llevarán su contenido hasta la localización celular. • Algunas proteínas se transportan del Golgi a la membrana plasmática por una vía secretora constitutiva, que es responsable de la incorporación de proteínas y lípidos a la membrana plasmática y de la secreción continua de proteínas al exterior de la célula.

• Otras proteínas son transportadas a la superficie celular a través de una vía diferente llamada secreción regulada. • Finalmente otras dirigidas en forma específica a otros organelos celulares como los lisosomas o las vacuolas.

Distribución de Proteínas a los Lisosomas Las proteínas destinadas a los lisosomas están marcadas con manosa-6-fosfato, que se origina por la modificación de sus oligosacáridos al entrar al aparato de Golgi.

Las proteínas destinadas a la membrana de los lisosomas están señalizadas por secuencias en sus dominios citoplásmicos, en vez de por residuos de manosa-6-fosfato.

La manosa-6-fosfato es reconocida específicamente por un receptor ubicado en la membrana del Golgi.

Los complejos formados por el receptor más la enzima lisosómica se empaquetan en vesículas de transporte destinadas a los lisosomas.

Distribución de Proteínas a las Vacuolas

A diferencia de las proteínas destinadas a los lisosomas, las proteínas se destinan a las vacuolas mediante secuencias peptídicas cortas en lugar de señales formadas por carbohidratos.

Mecanismo de transporte de las Vesículas

invaginación de la membrana

formación de la vesícula

• Las vesículas de transporte tienen un papel central en el transporte de moléculas entre los diferentes organelos membranosos y en el transporte del material captado en la superficie celular. • El transporte de las vesículas es una actividad celular fundamental, responsable del tráfico molecular entre diversos compartimentos rodeados por membrana específicos. • Por lo tanto, la selectividad de dicho transporte resulta clave para mantener la organización funcional de la célula.

Proteínas de revestimiento y gemación de Vesículas • La superficie de las vesículas está recubierta por proteínas de revestimiento que dirigen la gemación de las vesículas permitiendo la distorsión de la membrana. • Se han caracterizado tres tipos de vesículas revestidas de proteínas que intervienen en diferentes tipos de transporte vesicular.

Vesículas revestidas COP: se originan a partir del RE y del complejo de Golgi.

COPII: se originan a partir del RE y transportan su carga hasta el aparato de Golgi.

COPI: se originan a partir del compartimento intermedio RE-Golgi o del aparato de Golgi, y participan en las vías de recuperación que sirven para retener a las proteínas residentes en el Golgi y en el RE.

Vesículas revestidas de clatrina: permiten la captación de moléculas extracelulares desde la membrana plasmática mediante endocitosis y del transporte de moléculas desde el Golgi a los lisosomas.

Vesículas Revestidas por Clatrina • Las vesículas revestidas por clatrina están compuestas por dos clases de complejos proteicos, clatrina y proteínas adaptadoras, que se unen aliado citosólico de las membranas. • La clatrina desempeña un papel estructural, forma una estructura semejante a la red de basket que distorsiona la membrana y dirige la gemación de las vesículas. • La unión de la clatrina a las membranas está mediada por proteínas adaptadoras, pero actúan diferentes proteínas adaptadoras en la formación de vesículas en la membrana plasmática y en el Golgi.

• En la formación de vesículas que van a los lisosomas, la proteína adaptadora se denomina AP-1. • Esta se une al receptor de la manosa-6fosfato, dirigiendo a las proteínas al interior de las vesículas cubiertas por clatrina.

Vesículas Revestidas COP • Están constituidas por complejos proteicos diferentes, que funcionan como la clatrina y las proteínas adaptadoras.

• El ensamblaje de la cubierta de la vesícula requiere de proteínas de unión a GTP, que regulan la unión de las proteínas de revestimiento a la membrana. • La gemación de las vesículas de clatrina y las vesículas COPI requiere una proteína de unión a GTP denominada ARF (factor de ribosilación del ADP). • La gemación de las vesículas revestidas COPII requiere una proteína de unión a GTP diferente, denominada Sar1.

Fusión de Vesículas La fusión de una vesícula de transporte implica dos tipos de acontecimientos: 1. En primer lugar, la vesícula de transporte debe reconocer específicamente la membrana diana correcta; por ejemplo, una vesícula que transporta enzimas lisosómicas tiene que llevar su carga sólo a los lisosomas. 2. En segundo lugar, la membrana de la vesícula y la membrana diana deben fusionarse, entregándose el contenido de la vesícula al orgánulo diana.

Según el modelo actual, el reconocimiento entre una vesícula y su blanco está mediado por la interacción específica entre pares de proteínas transmembrana, seguido por la fusión entre las bicapas lipídicas de la vesícula y de la membrana diana.

Fusión de Vesículas – Hipótesis SNARE

• la fusión de las vesículas está mediada por la interacción entre un par específico de proteínas, denominadas SNAREs, que se ubican en la membrana de la vesícula y en la membrana diana (v-SNAREs y t-SNAREs, respectivamente).

• Además de las SNAREs, la fusión de vesículas requiere otro tipo de proteína llamado Rab, que son una familia de proteínas de unión a GTP (existen más de 30 tipos diferentes y se ha demostrado que intervienen en procesos específicos del transporte de vesículas).

Fusión de Vesículas – Hipótesis SNARE

• Tras la unión de las SNAREs y la fusión de las membranas, se requiere un complejo de otras dos proteínas (el complejo NSF/SNAP) para completar el proceso del transporte de vesículas.

• Las proteínas NSF/SNAP no se requieren la fusión de las membranas, sino que actúan después de la fusión de la membrana para desmontar el complejo SNARE, y permitir que las SNAREs se puedan reutilizar en ciclos posteriores.