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• Florangela Martinez

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Capitulo 15 compartimientos y transporte intracelular Conjunto de orgánulos: El nucleo está envuelto por una membrana doble denominada envoltura nuclear, y comunica con el citosol a través de poros nucleares que perforan la envoltura. La membrana nuclear externa se comunica con la membrana del retículo endoplasmático (es el sitio principal de síntesis de membrana nueva). El aparato de golgi, recibe proteínas y lípidos del RE, los modifica y luego los envía a otras partes de la celula. Los lisosomas degradan los orgánulos agotados, las macromoléculas, y partículas capturadas por la célula mediante endocitocis. Antes de llegar al lisosoma los materiales endocitados pasan a través de los endosomas(distribuyen las moléculas ingeridas y las recirculan a la membrana plasmática). Las mitocondrias y los cloroplastos poseen membranas altamente especializadas en la producción de ATP, en las mitocondrias ocurre la fosforilzación oxidativa y en los cloroplastos la fotosíntesis. La mayoría de estos orgánulos se sostienen en sus localizaciones por su adherencia a los microtúbulos. Los filamentos del citoesqueleto permiten el desplazamiento de los orgánulos y dirigen el tránsito de vesículas entre ellos. El área de la membrana del retículo endoplasmatico es de 20 a 30 veces mayor que el de la membrana plasmática. Antes de que una célula se divida en 2 debe duplicar sus orgánulos, la mayoría de ellos se forman a partir de otros preexistentes, que crecen y se dividen. A medida que crece la célula los orgánulos crecen por la incorporación de moléculas, luego se dividen y durante la división celular se distribuyen en las 2 células hijas. Este crecimiento requiere lípidos y proteínas (tanto de membrana como las que estarán en el interior del orgánulo), las proteínas se producen en forma continua y estas proteínas recién sintetizadas deben ser dirigidas hacia los orgánulos para que se puedan dividir y crecer. En el caso de las mitocondrias, cloroplastos, peroxisomas, y el nucleo, las proteínas se envían directamente desde el citosol. Pero en el caso del Aparato de G, los lisosomas, los endosomas y membranas nucleares, se envían las proteínas y lípidos por vías indirectas a través del RE(donde se sintetizan). Las proteínas ingresan en el RE desde el citosol, y luego se transportan por medio de vesículas al aparato de G y luego a otros orgánulos o a la membrana plasmática. Mecanismos de ingreso de proteínas a los orgánulos: La síntesis de casi todas las proteínas ocurre en los ribosomas del citosol. El destino de las proteínas sintetizadas en el citosol depende de su secuencia de a.a, que puede contener una señal de distribución que dirige la proteína al orgánulo q’ la necesita. Las proteínas que no poseen esta señal se quedan en el citosol, y las que la poseen se mueven desde el citosol hacia el orgánulo. Pero ¿como un orgánulo puede importar proteínas a través de membranas que son impermeables a moléculas hidrofilicas? Esta se cumple de manera distinta en cada orgánulo, pero todos los mecanismos requieren el ingreso de energía. 1. Transporte a través de poros nucleares: las proteínas que se mueven desde el citosol hacia el núcleo, se transportan a través de poros que penetran las membranas nucleares.

2. Transporte a través de membrana: las proteínas que van desde el citosol hacia, el RE, mitocondrias, cloroplasto o peroxisomas, atraviesan la membrana por medio de traslocadores proteicos. 3. Transporte por vesículas: Las proteínas que se mueven desde el RE hacia los orgánulos, se transportan por medio de vesículas de transporte. L a señal de distribución de las proteínas es un tramo continuo de a.a por lo general de 15-60 a.a, estos códigos señales son necesarios para dirigir una proteína a un orgánulo. Los códigos señal que especifican el mismo destino pueden variar en gran medida. Las proteínas ingresan en el núcleo a través de los poros nucleares: La envoltura nuclear circunda el ADN y define el compartimiento nuclear. La envoltura nuclear está perforada en todas las células por poros nucleares, que forman puertas a través de las que todas las moléculas entran o salen del núcleo. Las proteínas recién sintetizadas y destinadas al núcleo ingresan desde el citosol, las moléculas de ARN y las subunidades ribosómicas sintetizadas en el núcleo, se exportan. Un poro nuclear está compuesto por 100 proteínas diferentes, cada poro tiene canales de agua a través de los cuales pueden pasar moléculas pequeñas hidrosolubles de manera no selectiva. Las moléculas más grandes como las proteínas y el ARN no pueden pasar a través de los poros a menos que lleven una señal de distribución. El código señal que dirige una proteína hacia el núcleo(señal de localización nuclear),consiste en una o 2 secuencias cortas que contienen lisinas o argininas con carga positiva. La interacción de una proteína nuclear recién sintetizada con un poro, requiere la ayuda de proteínas citosolicas (receptores de transporte nuclear), las cuales se unen con la señal de localización nuclear y ayudan a dirigir la proteína hacia el poro, al interactuar con las fibrillas del poro. La proteína se transporta de forma activa por medio de un proceso que utiliza la energía de la hidrólisis del GTP. Una estructura en el centro del poro funciona abriéndose la cantidad suficiente para permitir el paso del complejo receptor-proteína al núcleo, los receptores luego regresan al citosol para ser reutilizados. Los poros transportan proteínas completamente plegadas. En cambio en el transporte proteico hacia otros orgánulos, las proteínas deben desdoblarse durante su transporte. Las proteínas se despliegan para entrar en los cloroplastos y en las mitocondrias: Ambos orgánulos contienen genomas propios y fabrican proteínas, pero la mayoría de sus proteínas son importadas desde el citosol. Estas proteínas tienen un código señal en su terminal que les permite ingresar a la mitocondria o al cloroplasto. Las proteínas para cada orgánulo se translocan a través de la membrana interna y externa en sitios especializados donde las dos membranas se encuentran en contacto, cada proteína se despliega a medida que se transporta y se desprende del código señal después de completar la translocación. Un receptor en la membrana mitocondrial externa reconoce el código señal. El complejo del receptor y la proteína adherida se difunde lateralmente (se mueve) en la membrana hacia un sitio de contacto (la membrana externa e interna en contacto), donde pasa al interior de la mitocondria a través de las membranas externa e interna por medio de una proteína

translocadora(despliega a la proteína). En el interior del orgánulo una peptidasa corta el código señal. Las proteínas chaperonas dentro de los orgánulos ayudan a atraer a la proteína a través de las 2 membranas y replegarlas una vez adentro. El RE es el sistema de membranas más extenso en una célula eucarionte, este sirve como punto de entrada para las proteínas destinadas al aparato de G, a los desmosomas y a los lisosomas, como también las destinadas a la superficie celular, ingresan primero en el RE desde el citosol, cuando las proteínas están dentro del RE no vuelven a reingresar en el citosol. Serán transferidas por medio de vesículas de transporte de orgánulo a otro y en algunos casos desde un orgánulo a la membrana plasmática. Dos tipos de proteínas se transfieren desde el citosol al RE. 1) Las proteínas hidrosolubles son translocadas por completo a través de la membrana del RE y se liberan en su luz, 2) las futuras proteínas transmembrana son translocadas solo en parte y quedan encajadas en la membrana del RE. Las proteínas hidrosolubles se destinan para secreción o para la luz de un orgánulo, las proteínas transmembrana se destinan para estar en la membrana del RE, en la de otro orgánulo o la plasmática. Estas proteínas son dirigidas al RE por un código señal de 8 o más a.a hidrófobos, que está comprometido en el proceso de translocación a través de membrana. Las proteínas que entran en el RE comienzan a ser formadas a través de la membrana del RE antes de completar la síntesis de la cadena polipeptidica, esto requiere que el ribosoma que sintetiza la proteína se encuentre adherido a la membrana del RE. Existen por lo tanto dos tipos de ribosomas en el citosol, los unidos a la membrana del RE que elaboran proteínas que son translocadas dentro del RE y los ribosomas libres que no están adheridos a ninguna membrana y que producen las demás proteínas codificadas por el ADN nuclear. Estos se diferencian por el tipo de proteínas que producen. Las proteínas solubles se liberan dentro de la luz del RE: El código señal de RE es guiado hacia la membrana del RE con la ayuda de dos componentes, una partícula de reconocimiento de señales(PRS), que se une al código de señal de RE cuando es expuesto sobre el ribosoma, y un receptor de PRS, ubicado en la membrana del RE que reconoce la partícula. La unión de una PRS a un código señal retrasa la síntesis proteica por parte del ribosoma, hasta que el ribosoma y la PRS adherida se fijen a un receptor PRS, luego de esta unión con el receptor, se libera la PRS y la síntesis recomienza y el polipéptido entra en la luz del RE por medio de un canal de translocación de membrana. El código señal que para proteínas solubles está en el Nterminal, funciona abriendo el canal de translocación, el péptido señal permanece unido al canal mientras el resto de la cadena proteica es formada a través de la membrana. Una peptidasa señal desprende el código señal, se libera el péptido señal del canal de translocación y una vez que el C terminal de la proteína pasó a través de la membrana se libera la proteína en la luz del RE. Proteínas transmembranas y RE: Algunas proteínas permanecen encajadas en la membrana como proteínas transmembrana. Una proteína se integra en la membrana del RE, un código señal N-terminal para RE inicia la translocación igual que para una proteína soluble, pero esta

proteína contiene una segunda secuencia hidrófoba (secuencia de detención de transferencia), este 2 codigo se libera del canal de translocación y se junta en la bicapa lipidica donde forma un segmento alfa-helicoidal que ancla la proteína en la membrana. Como resultado la proteína translocada finaliza como una proteína transmembrana insertada en la membrana con una orientación definida el N-terminal sobre el lado luminal de la bicapa y el Cterminal sobre el lado citosolico. Una proteína de pase doble emplea una secuencia de comienzo de transferencia interna para integrarse en la membrana del RE. Un código señal interno del RE actúa como una señal de comienzo de transferencia iniciando la transferencia de la cadena polipetidica, cuando en el canal de translocación llega una secuencia de detención de transferencia, el canal descarga ambas secuencias dentro de la bicapa lipidica, no se secciona la secuencia de detención de transferencia ni la de comienzo de transferencia y la cadena entera permanece anclada a la membrana como una proteína transmembrana de paso doble. Transporte vesicular: El transporte desde el RE hacia el aparato de G y desde este hacia otros orgánulos, se realiza por medio del brote continuo y la fusión de vesículas de transporte. Las vesículas de transporte conducen proteínas solubles y de membrana entre los compartimientos. Las vesículas que brotan de las membranas tienen una cubierta proteica en su superficie y por esto se llaman vesículas recubiertas. Las células producen distintos tipos de vesículas recubiertas, la cubierta de la vesícula cumple 2 funciones, darle forma de brote a la membrana y ayudar a capturar moléculas para el transporte. Las vesículas recubiertas con la proteína clatrina emergen del aparato de G en su vía secretora hacia el exterior y a partir de la membrana plasmática en su camino endocitico hacia el interior. En la membrana plasmática cada vesícula comienza como una fosa recubierta con clatrina, estás forman una especie de canasta sobre la superficie citosolica de la membrana, una proteína unida al GTP llamada dinamina, se ajusta como un anillo alrededor del cuello de cada fosa y junto con otras proteínas produce la constricción del anillo y se desprende la vesícula de la membrana. Existe otra cubierta proteica llamadas adaptinas, que ayudan a seleccionar las moléculas que las vesículas deben cargar para su transporte. Las adaptinas ayudan a capturar moléculas de carga específica atrapando a los receptores a los que se unen, en la luz de las vesículas recubiertas por clatrina existen dos clases de adaptinas las que se unen a la los receptores de membrana plasmática son diferentes que de las que se unen a receptores de carga en el aparato de G. Las vesículas de recubierta CUP se relacionan en el transporte de moléculas entre el RE y el aparato de G. Especificidad del acoplamiento celular: La vesícula debe encontrar el camino a su destino para entregar su contenido. Cuando esta llega a su destino la vesícula debe reconocer y acoplarse con el orgánulo. Las vesículas despliegan sobre su superficie marcadores que la identifican respecto de su origen y carga. Receptores complementarios presentes en las membranas deben reconocerla. Se cree que este reconocimiento tiene que ver con las proteínas SNARE, las Snare de las vesículas son reconocidas por las Snare complementarias de la membrana diana. Cada orgánulo y cada vesícula lleva una única snare y las interacciones

entre las snare complementarias garantizan la fusión solo con las membranas adecuadas. Luego del reconocimiento la vesícula se debe acoplar a la membrana y fusionarse para entregar la carga, la fusión no solo entrega la carga sino que adiciona la membrana de la vesicula a la del orgánulo. Exocitosis: Los lípidos, proteínas y carbohidratos se envían desde el RE por el aparato de Golgi hasta la superficie extracelular, por medio de vesículas que se fusionan con la membrana plasmática en un proceso llamado exocitosis. Proteínas modificadas en el RE: los puentes disulfuro se forman por la oxidación de pares de cadenas laterales de cisteína, reacción catalizada por enzima del RE, lo que permite mayor estabilidad de la proteína. Muchas proteínas que entran en el RE se convierten en glucoproteinas por la unión a oligosacaridos de cadena corta, esta unión permite proteger a la proteína de la degradación. La mayoría de las proteínas que ingresan en el RE están destinadas a otras localizaciones, son empaquetas en vesículas de transporte que brotan del RE y se fusionan con el aparato de G. Las proteínas que se pliegan en forma incorrecta que no logran ensamblarse en forma adecuada, se retienen en el RE por medio de la unión con las proteínas chaperonas, las proteínas chaperonas mantienen a las proteínas allí hasta que se produzca su correcto plegamiento. El RE controla la calidad de proteínas que exporta al aparato de G. Muchos de los grupos de oligosacaridos que se agregan a las proteínas en el RE, sufren modificaciones en el aparato de G, en algunas proteínas se crean cadenas complejas de oligosacaridos a través de un proceso ordenado en el que se agregan y quitan azucares por medio de una serie de enzimas, las enzimas que actúan mas rápido son las cercanas a la cara cis( adyacente al RE) y las más lentas ubicadas en la cara trans(apunta a la membrana). En todas las células hay una corriente de vesículas que brota desde la red trans del golgi y se fusionan con la membrana plasmática. Esta via constitutiva de exocitosis opera en forma continua. Y lleva proteínas y lípidos recién sintetizados, para que se liberen en el exterior o se unan a la membrana plasmática. Vías endocíticas: las células captan líquidos, moléculas grandes y pequeñas por medio de la endocitocis. Una porción de la membrana plasmática encierra el material para ingerir,

invaginándose y luego desprendiéndose para formar una vesícula. Luego el material ingerido pasa a los lisosomas para que los digiera y la célula utilice los metabolitos. Exiten 2 tipos de endocitocis, la pinocitocis que implica la ingestión de liquido y moléculas pequeñas por medio de vesículas pequeñas, y la otra es la fagocitosis que implica la ingestión de moléculas grandes por medio de vesículas grandes (fagosomas). Las células fagociticas(macrófagos) nos defienden de infección al ingerir microorganismos invasores. Para que un macrófago sea capaz de capturar una particula esta debe unirse a los receptores de la celula fagocitica y activar receptores de superficie. Las células fagociticas también depuran células dañadas y muertas.

Endocitocis mediada por receptores: es un mecanismo efectivo de concentración que aumenta la eficiencia para la internalizar macromoléculas. Ejemplo la captación de colesterol para elaborar nuevas membranas, también se utiliza para captar vitamina B12 y el hierro. El material captado por pinocitocis se transfiere rápidamente a los endosomas, existen 2 tipos de endosomas, los endosomas tempranos (por debajo de la membrana) y los endosomas tardíos cerca del núcleo, el interior de los endosomas se mantiene acido por la acción de una bomba de h+ impulsada por ATP. El compartimiento endosomico actúa como la principal estación de distribución de la vía endocitica hacia el interior. El ambiente acido del endosoma desempeña un papel crucial en el proceso de distribución porque permite que muchos receptores liberen su carga. Los receptores pueden tomar caminos diferente de acuerdo con el tipo de receptor: 1) la mayoría regresa al mismo dominio de la membrana plasmática del que procede,2)algunos viajan al lisosoma donde se degradan 3) algunos se dirigen hacia un dominio diferente de la membrana plasmática, donde transfieren sus moléculas de carga de un lugar a otro, proceso llamado transcitosis.