Comportamientos Intracelulares: Retículo Endoplásmico, Complejo de Gogi, Endosomas, Lisosomas y Peroxisomas

Trafico: intercambio de moléculas entre
los orgánulos.

El retículo endoplásmico rugoso y liso
y el complejo de Golgi son los lugares de síntesis,
procesamiento y distribución de
proteínas.

Los endosomas tempranos y tardíos son
orgánulos esenciales en el transporte y
distribución de los materiales que la célula toma
por endocitosis.

Lisosomas son los orgánulos responsables
de la digestión celular, tanto de sustancias
extracelulares, como de los componentes intracelulares superfluos
o dañados.

Peroxisomas tienen reacciones químicas que
generan peróxidos y son esenciales en la oxidación
de ácidos grasos y en la síntesis de ciertos
lípidos de membrana.

Los orgánulos como el retículo
endoplásmico, el aparato de Golgi, los endosomas y los
lisosomas (pero no los peroxisomas), pertenecen al denominado
sistema de endomembranas de las células eucariotas.
La envuelta nuclear es también parte de este
sistema.

La membrana externa de la envuelta nuclear es continua
con la membrana del retículo endoplásmico y el
espacio perinuclear, limitado por las dos membranas de la
envuelta, se continúa con el espacio del retículo
endoplásmico, conocido como luz o lumen del
RE.

El material puede fluir desde el retículo
endoplásmico al aparato de Golgi, los endosomas y los
lisosomas, por medio de vesículas de intercambio.
Tales vesículas portan lípidos y proteínas
de membrana, así como moléculas
solubles.

El
retículo endoplásmico

El retículo endoplásmico
(RE) es una rede continua de sacos aplanados,
túbulos y vesículas, que se distribuye por todo el
citoplasma de las células eucariotas. Los sacos se
denominan cisternas del RE y el espacio es conocido como
luz o lumen del RE. En una célula
típica de mamífero del 50 al 90% del componente
membranoso está representado por el RE.

El RE no es visible con el microscopio óptico
a menos que sea teñido con un colorante o un
fluoróforo.

Las enzimas presentes en el RE son responsables de la
síntesis de proteínas que se incorporan en el
propio RE, el complejo de Golgi, los endosomas, los lisosomas y
la membrana plasmática. En el RE se sintetizan las
proteínas que serán segregadas por la
célula.

Los dos tipos básicos de retículo
endoplásmico difieren en estructura y
función.

Los dos tipos de retículos endoplásmicos
se distinguen por la presencia o ausencia de ribosomas anclados
en la cara externa de su membrana.

El RE rugoso tiene ribosomas unidos en la cara
citosólica (externa) de su membrana. Los ribosomas
contienen ARN. Las membranas del RE rugoso forman sacos
aplanados.

Un territorio específico del RE, los elementos
de transición (ETs), intervienen en la
formación de las vesículas de transición,
que exportan lípidos y proteínas hacia el aparato
de Golgi.

El RE liso tiene tal apariencia por la ausencia
de ribosomas en su membrana. Las membranas del RE liso tienden a
forman túbulos.

Los dos tipos de retículo están presentes
en la mayoría de las células eucariotas, si bien su
volumen varía considerablemente en función de la
actividad celular.

Las células que llevan a cabo una importante
actividad de síntesis de proteínas, suelen tener
una red muy desarrollada de retículo rugoso.

Las células que producen hormonas
esteroídicas, hay un claro predominio del RE
liso.

Cuando se homogeneiza un tejido para obtener fracciones
subcelulares, las membranas del RE suelen romperse en
pequeños fragmentos, que se cierran espontáneamente
en vesículas denominadas microsomas. Los microsomas
no existen en las células, sino que son artefactos
de la técnica.

El RE rugoso está implicado en la
síntesis y procesamiento de
proteínas

Los ribosomas unidos a la cara citosólica de la
membrana del RE rugoso, son los responsables de la
síntesis de proteínas, tonto solubles, como de
membrana.

Además de la síntesis de
polipéptidos, del RE es el lugar donde tienen lugar las
primeras etapas de adición y procesamiento de los grupos
hidrocarbonados de las glicoproteínas, el reconocimiento y
eliminación de polipéptidos mal plegados y el
ensamblaje de proteínas multiméricas.

Además de facilitar el plegamiento y ensamblaje
de proteínas, el RE es el lugar del control de
calidad.

Las proteínas que no han sido correctamente
modificadas, plegadas o ensambladas, se expulsan del RE en un
proceso conocido como degradación asociada al RE
(ERAD). Antes de que estas proteínas alcancen el
aparato de Golgi son degradadas por los proteosomas del
citosol.

Varias enfermedades entre las que se encuentran la
fibrosis quística y la hipercolesterolemia familiar, tiene
su origen en defectos en estos procesos.

El RE liso está implicado en la
detoxificación, el metabolismo de hidratos de carbono y
otros procesos celulares.

El RE liso interviene en la eliminación de
sustancias tóxicas, el metabolismo de hidratos de carbono,
el almacenamiento de calcio o la biosíntesis de
esteroides.

Detoxificación de fármacos:
Hidroxilación es la adición de grupos
hidroxilo a moléculas orgánicas aceptoras. La
Hidroxilación depende de un elemento de la familia de
proteínas citocromo P-450. Esta familia está
representada en el RE liso de los hepatocitos (células del
hígado), pero también en los pulmones y en
células del intestino.

El NADH es el donante de electrones para la
detoxificación y la síntesis de esteroides, el NADH
es el reductor en la Hidroxilación de ácidos
grasos. El oxígeno molecular es la otra molécula
esencial en las hidroxilaciones.

El humo del tabaco es un potente inductor de la
hidroxilasa de hidrocarburos de arilo.

Metabolismo de hidratos de carbono: El RE de los
hepatocitos está también involucrado en la
hidrólisis enzimática del glucógeno, como lo
demuestra la presencia de la
glucosa-6-fosfatasa.

Uno de los papeles principales del hígado es
mantener constante los niveles de glucosa en sangre. Almacena la
glucosa en forma de glucógeno y la libera según la
va requiriendo el cuerpo.

El glucógeno hepático se almacena en forma
de gránulos asociados al RE liso.

Almacenamiento de calcio: Los iones de calcio son
bombeados al interior del RE por bombas de calcio dependientes
de ATP (ATPasas).

El retículo sarcoplásmico de las
células musculares es un ejemplo de RE liso especializado
en el almacenamiento de calcio.

Las ATPasas de calcio están introduciendo
constantemente el ion en el retículo
sarcoplásmico.

El RE desempeña un papel esencial en la
biosíntesis de membranas

El RE es la fuente primaria de lípidos de
membrana.

Las membranas celulares son bicapas
lipídicas con fosfolípidos en ambos
lados.

La fosfatidilcolina aparece distribuida en ambas caras
de la membrana del RE, mientras que los otros tres
fosfolípidos (fosfatidiletanolamina, fosfatidilinositol y
fosfatidilserina) quedan confinados en la cara
citosólica

Las mitocondrias y los cloroplastos no crecen por
fusión con vesículas derivadas del RE.

Proteínas de intercambio de
fosfolípidos (o proteínas de transferencia
de fosfolípidos), que llevan a los fosfolípidos
desde la membrana del RE a las membranas externas de las
mitocondrias y los cloroplastos.

Las membranas del RE tienen un grosor aproximado
de unos 5 nm, mientras que la membrana
plasmática alcanza los
8nm.

El complejo de
Golgi

Componente del sistema de endomembranas,
íntimamente ligado al RE. El complejo de Golgi (o
aparato de Golgi) debe su nombre a Camillo Golgi, el
utilizo tetróxido de osmio para teñir
neuronas.

El complejo de Golgi está formado por una
serie de cisternas

El complejo de Golgi está integrado por una serie
de cisternas aplanadas de membrana con forma de sacos discoidales
(con forma de disco). Cada agrupación se denomina pila
de Golgi (o dictiosoma). Generalmente hay de 3 a 8
cisternas por cas pila. El número y tamaño de los
dictiosomas depende del tipo celular y de la actividad
metabólica de la célula.

Vesículas de trasporte: Tanto el RE como
el complejo de Golgi están rodeados de multitud de
vesículas de trasporte

La mayoría de las vesículas implicadas en
la trasferencia de lípidos y proteínas se
consideran vesículas cubiertas, debido a la
presencia de cubiertas o capas, de proteínas que rodean su
cara citoplásmica, a medida que la vesícula se va
formando.

Las proteínas de cubiertas más estudiadas
son la clatrina, COPI y COPII (COP es
proteína de la cubierta).

Las dos caras del dictiosoma: Cada pila del Golgi
tiene dos lados o caras distintas. La cara cis o de
formación, mira hacia los elementos de
transición del RE. El compartimiento del Golgi más
próximo es una red tubular denominada red cis-Golgi
(RCG). Las vesículas cubiertas provenientes del RE
cargadas con lípidos y proteínas recién
sintetizados.

La cara opuesta del complejo de Golgi es la cara
trans o de maduración. Los compartimientos de este
lado, forman una red de túbulos conocida como red
trans-Golgi (RTG). Aquí se forman
constantemente vesículas cubiertas de trasporte que llevan
las proteínas procesadas desde el complejo de Golgi hasta
los gránulos de secreción

Las cisternas situadas entre la RCG y la RTG son las
cisternas intermedias del dictiosoma y en ellas tiene
lugar gran parte del procesamiento de
proteínas.

Las vesículas formadas en el RE para el
trasporte de proteínas y lípidos hacia la RCG,
están revestidas por proteínas COPII, mientras que
las vesículas que parten de la RTG o de las cisternas
intermedias, están cubiertas por COPI. Las
vesículas de la RTG pueden estar cubiertas por COPI o
clatrina.

Flujo de lípidos y proteínas a
través del complejo de Golgi

Modelo de cisterna estacionaria cada
compartimiento del dictiosoma es una estructura
estable.

Vesículas de trasporte: Se forman por
gemación en una cisterna y se fusionan con
otra.

Modelo de maduración cisternal: Las
cisternas del Golgi son compartimientos transitorios que cambian
gradualmente desde la RCG a la RTG pasando por las cisternas
intermedias.

Transporte retrógrado y
anterógrado: El desplazamiento de material desde el RE
hacia el complejo de Golgi y la membrana plasmática se
denomina transporte anterógrado.

Transporte retrógrado: Es el flujo de
vesículas de vuelta desde el complejo de Golgi al
RE.

Papel del RE y el
complejo de Golgi en la glicosilación de
proteínas

Glicosilación: Es la adición de
cadenas laterales de hidratos de carbono a residuos
aminoacílicos específicos de proteínas para
formar las glicoproteínas.

Existen dos tipos de glicosilaciones: La
Glicosilación asociada a N (o
Glicosilación en N) supone la adición de una
unidad específica de oligosacárido al grupo amino
terminal de ciertos residuos de asparagina. La
Glicosilación en O consiste en la adición
del oligosacárido al grupo hidroxilo de determinados
residuos de serinas o treoninas.

La primera etapa de la Glicosilación en N
denominada Glicosilación central se verifica en el
RE. Durante la segunda etapa de la Glicosilación en N el
oligosacárido central se recorta y modifica.

Las glucán sintetasas catalizan la
formación de oligosacáridos a partir de
monosacáridos y las glucosil transferasas unen
carbohidratos a las proteínas.

La Glicosilación ocurre exclusivamente en la cara
luminal y no en la citosólica de las membranas del RE y
complejo de Golgi.

FUNCIONES DEL RE Y EL COMPLEJO DE
GOLGI EN EL TRAFICO DE PROTEINAS

La clasificación de proteínas comienza en
el retículo y compartimientos tempranos del dictiosoma, en
los cuales existen mecanismos para recuperar o retener sus
proteínas especificas.

Una proteína quimérica está formada
por fragmentos polipeptídicos derivados de dos
proteínas diferentes que se unen para formar un
polipéptido único.

Todas las proteínas residentes conocidas del
complejo de Golgi están en la membrana.

Endosomas tardíos: Estos constituyen la
evolución de los endosomas tempranos formados por
la reunión de vesículas originadas en la RTG y en
la membrana plasmática.

En el conocimiento de esta forma de distribución
de las enzimas lisosomales han sido esenciales los estudios de
una alteración hereditaria humana conocida como
mucolipidos de tipo II. Los fibroblastos de los pacientes
son capaces de sintetizar en cultivo todas las enzimas
lisosomales pero en lugar de incorporarlas en los lisosomas
vierten la mayoría de ellas hacia el medio
extracelular.

Las rutas de secreción transportan
moléculas hacia el exterior de la
célula

Rutas de secreción: Estas rutas se basan
en el desplazamiento de proteínas desde el RE y a
través del complejo de Golgi hasta las vesículas
de secreción y gránulos de
secreción.

En las células eucariotas existen dos formas de
secreción. La secreción constitutiva es la
descarga continua de vesículas en la membrana
plasmática.

La secreción regulada se caracteriza por
la descarga rápida y controlada generalmente en respuesta
a una señal extracelular.

Concentración de las proteínas conocida
como condensación.

Gránulos de secreción o de
zimógeno los gránulos de zimógeno (ZG)
se concentran en la región situada entre los dictiosomas y
la poción de membrana plasmática que limita la luz
en la que descargarán los gránulos.

Exocitosis y
endocitosis: transporte de material a través de la
membrana plasmática

Los dos métodos de intercambio de material a
través de la membrana plasmática son la
exocitosis por la cual los gránulos de
secreción segregan su contenido hacia el exterior y la
endocitosis por la que las células introducen los
materiales del exterior. Ambos procesos son exclusivos de
células eucariotas. La exocitosis es el paso
final de la ruta de secreción que comienza en el RE y el
complejo de Golgi.

La exocitosis libera moléculas de la
célula en el medio extracelular

Las células animales segregan
péptidos y proteínas hormonales, mucus,
proteínas lácteas y enzimas digestivas. Las
células vegetales y las bacterias, segregan
proteínas asociadas con la pared celular incluyendo a
proteínas estructurales y enzimáticas.

Las vesículas que contienen los productos
celulares desinados a la secreción se dirigen a la
superficie celular:

1. Donde se funden las membranas vesical y
plasmática

2. La membrana plasmática se expande
facilitando la secreción

3. Durante el proceso la membrana de la
vesícula se integra en la membrana plasmática, de
forma que la superficie interna (luminal) de la
vesícula se convierte en la superficie externa de la
membrana plasmática

4. Las glicoproteínas y
glicolípidos que permanecen anclados a la membrana se
exponen hacia el espacio extracelular.

Secreción polarizada: Las células
que tapizan la luz del intestino descargan las enzimas digestivas
solo por la cara que mira hacia la cavidad intestinal. Hacia el
lado opuesto de la célula se segregan proteínas
completamente diferentes. Este fenómeno denominado
secreción polarizada se observa en las neuronas que
liberan el neurotransmisor solamente en los puntos de contacto
con las otras neuronas.

La endocitosis facilita la importación,
asociad a vesícula de moléculas
extracelulares

La mayoría de las células eucariotas
llevan a cabo una o más formas de endocitosis.
Durante este proceso una zona limita de la membrana se invagina
(Doblar hacia dentro los bordes de la boca de un tubo o de una
vejiga) progresivamente hasta que se estrangula y forma una
vesícula de endocitosis. De esta forma se consigue
introducir algunos de los materiales que estaban en el exterior
de la célula. La exocitosis es esencial en muchos procesos
celulares, como la ingesta de nutrientes o la lucha contra
microorganismos.

Durante la fusión de una vesícula de
exocitosis se añaden lípidos y proteínas a
la membrana plasmática, en la endocitosis se
pierden partes de dicha membrana.

Gracias a la endocitosis y el trasporte
retrógrado, la célula puede recuperar
moléculas que precisará para la exocitosis como los
lípidos y proteínas que volverán de nuevo a
la membrana.

Macrófagos: Glóbulos blancos muy
voluminosos.

Fagocitosis: La toma de grandes partículas
(> 0.5 &µm de diámetro), partes de otra
células, microorganismos e incluso otras células,
se denomina fagocitosis. En organismos más
complejos, la fagocitosis suele quedar limitada a unas
células especiales llamadas fagocitos.

En nuestro cuerpo hay dos clases de leucocitos que
fagocitan de forma rutinaria: neutrófilos y
macrófagos. Ambos tipos de células se valen
de la fagocitosis para realizar funciones de defensa.

Pseudópodos se encuentran y encierran a la
partícula formando una vacuola fagocítica
llamada también fagosoma.

Endocitosis mediada por receptores: Denominada
también endocitosis dependiente de clatrina,
permite la concentración e ingestión de
moléculas extracelulares.

Lipoproteínas de baja densidad
(LDL). La endocitosis de LDL permite la entrada de
colesterol en las células de mamíferos.

Fosas cubiertas: Sirven como lugares de
recolección y entrada de complejos receptor-ligando
conforme el complejo va desplazándose por la
membrana.

El interior de una vesícula de endocitosis
tiene valores de pH en torno a 7.0, mientras que en el endosoma
se sitúa entre 5.9 y 6.5. La bajada de pH se consigue
gracias a la presencia de una bomba de protones dependiente de
ATP presente en la membrana del endosoma.

Algunos complejos receptor-ligando:

• Son dirigidos hacia los lisosomas para
  degradación.

• Otros son conducidos hacia la RTG donde se integran
  en diferentes rutas de trasporte del sistema de
  endomembranas.

• Los complejos pueden también viajar en
  vesículas de trasporte hacia diferentes regiones de la
  membrana plasmática donde se segregan como parte del
  proceso conocido como transcitosis.

La transcitosis posibilita la trasferencia de
material extracelular desde un lado de la célula
(endocitosis) hasta el lado opuesto (exocitosis). De esta forma
se trasfieren las inmunoglobulinas a través de
células epiteliales desde la sangre de la madre a la
sangre del feto.

La endocitosis de fase fluida a diferencia de la
endocitosis mediada por receptores no concentra el material
ingerido.

Las
vesículas cubiertas en los procesos celulares de
transporte

Las vesículas cubiertas fueron descritas por
primera vez por Thomas Roth y Keith
Porter

Una característica común de las
vesículas cubiertas es la presencia de una capa de
proteínas o cubierta hacia el lado citoplásmico de
la membrana vesical.

Las vesículas con cubiertas de clatrina
están implicadas en el transporte de proteínas
desde la RTG a los endosomas y en la endocitosis de complejos
receptor-ligando de la membrana plasmática.

Las vesículas de COPI por su parte
facilitan el transporte de retorno de proteínas desde el
Golgi hacia el RE así como el intercambio entre cisternas
del propio complejo de Golgi.

Las vesículas de COPII permiten el
trasporte de material desde el RE al Golgi.

Las vesículas cubiertas de clatrina
están rodeadas por redes de clatrina y proteínas
adaptadoras.

Las vesículas de clatrina están rodeadas
por cubiertas compuestas por dos proteínas
multiméricas, clatrina y proteínas
adaptadoras (AP) también conocidas como
proteínas de ensamblaje.

La dinamina: Esta GTPasa citosólica que se
identificó por primera vez en Drosophila, interviene en el
estrangulamiento y liberación de la
vesícula.

En la actividad se conocen dos tipos principales de
proteínas de amarre proteínas
superenrolladas y complejos multiméricos.
Las proteínas superenrolladas como las
golginas son importantes en el reconocimiento inicial y
unión complejo de Golgi de las vesículas COPI y
COPII.

Los lisosomas y
la digestión celular

Los lisosomas son orgánulos que contienen las
enzimas digestivas capaces de degradar las principales
macromoléculas biológicas, incluyendo a los
lípidos los hidratos de carbono, los ácidos
nucleicos y las proteínas.

Los lisosomas aíslan a las enzimas digestivas
del resto de la célula

Los lisosomas fueron descubiertos por Christian de
Duve.

Los lisosomas varían sustancialmente en forma y
tamaño pero suelen encontrarse en torno a los 0.5 µm
de diámetro.

El ambiente ácido (pH 4.0 – 5.0), que
favorece la digestión de macromoléculas se mantiene
gracias a bombas de protones dependientes de ATP.

Las enzimas tienen en común el que son
hidrolasas ácidas, enzimas con un pH óptimo
en torno a 5.0.

Los lisosomas se forman a partir de los
endosomas

El endosoma tardío es en esencia una
colección de enzimas digestivas recién
sintetizadas.

Hay como mínimo dos formas de trasferencia desde
el endosoma tardío al lisosoma.

En el modelo de fusión transitoria los
endosomas tardíos se conectan transitoriamente con los
lisosomas.

Modelo híbrido el endosoma tardío y
el lisosoma se fusionan para formar un orgánulo hibrido
temporal en el que las proteínas y lípidos de ambos
no están claramente segregados.

Las enzimas lisosomales intervienen en varios
procesos digestivos

Los lisosomas son necesarios para actividades celulares
tan variadas como la nutrición, defensa, reciclado de
componentes celulares y diferenciación.

Origen de los materiales a digerir, cuando éstos
provienen del exterior se habla de lisosomas
heterofágicos.

Mientras que si el material es de origen intracelular se
denominan lisosomas autofágicos.

Fagocitosis y endocitosis mediadas por receptores:
papel de los lisosomas en la defensa y nutrición: Una
de las principales funciones de las enzimas lisosomales es la
degradación de los materiales extraños introducidos
en la célula por fagocitosis y endocitosis
mediada por receptores.

Los productos solubles de la ingestión, tales
como azúcares, aminoácidos y nucleótidos,
son exportados a través de la membrana del lisosoma hacia
el citosol donde son empleados como fuente de
nutrientes.

Al final de la digestión sólo el material
no digerible permanece en el lisosoma que queda como un cuerpo
residual.

Autofagia: el sistema original de reciclado: La
mayoría de los orgánulos están sometidos a
un flujo dinámico donde los nuevos orgánulos
recién sintetizados reemplazan a los viejos, que son
eliminados. Esta digestión de orgánulos u otras
estructuras celulares se conoce como autofagia.

Hay dos tipos de autofagia: macrofagia y
microfagia. La macrofagia se produce
cuando un orgánulo u otra estructura son encerrados por
una doble membrana derivada del RE. La vesícula resultante
se denomina vacuola autofágica o
autofagosoma.

La microfagia supone la formación
de una vacuola autofágica mucho menor, rodeada por un
bicapa lipídica, que encierra pequeños fragmentos
de citoplasma, más que orgánulos
completos.

Digestión extracelular: La
digestión extracelular ocurre por ejemplo durante
la fecundación de los oocitos (es
un gametocito hembra o célula
germinal que participa en la reproducción) de
animales.

Ciertas enfermedades inflamatoria como la artritis
reumatoide, pueden será la consecuencia de una
secreción anómala de enzimas lisosomales en las
articulaciones por parte de los leucocitos.

Las enfermedades lisosomales de acumulación
suelen deberse a la retención de materiales no
digeribles

El papel fundamental de los lisosomas en el reciclado de
componentes celulares se manifiesta claramente en las
alteraciones causadas por deficiencias en determinadas
proteínas lisosomales. Se conocen unas 40 alteraciones
de acumulación lisosomal. Desgraciadamente la
mayoría de las enfermedades lisosomales de acumula
no son tratables.

La primera enfermedad de acumulación conocida fue
la glucogenosis de tipo II caracterizada por la
retención excesiva de glucógeno en el
hígado, corazón y músculos
esqueléticos de niños pequeños, que
generalmente mueren a edad temprana.

Dos de las patologías de acumulación
lisosomal más conocidas son el síndrome de
Hurler y el síndrome de Hunter. Ambas tienen su
origen en deficiencias en la degradación de
glicosaminoglicanos, que son el principal componente
glucídico de los proteoglicanos de la matriz
extracelular.

El retraso mental es una característica
común a muchas enfermedades de acumulación porque
afectan el metabolismo de glicolípidos que son componentes
esenciales de las células nerviosas y de las envueltas que
rodean a los axones.

Enfermedad de Tay-Sachs: Alternación
hereditaria de carácter recesivo (Regresivo o que tiende a
regresar). Los niños afectados sufren un deterioro mental
rápido en torno al sexto mes de edad, seguido de
parálisis y fallecimiento antes de los tres años.
El origen está en la acumulación en el tejido
nervioso de un gangliósido un tipo de
glicolípido.

Las vacuolas
vegetales: orgánulos multifuncionales

Las células vegetales tienen compartimientos
ácidos rodeados de membrana denominados
vacuolas.

La provacuola madura y forma una vacuola funcional que
pude ocupar hasta el 90% del volumen de una célula
vegetal.

Una de las tareas esenciales de una vacuola es el
mantenimiento de la presión de turgor la
presión osmótica que hace que las células
vegetales no se colapsen y que en caso de necesidad puedan
expandirse.

La vacuola es también un lugar de
almacenamiento.

Las antocianinas responsables del color de las
flores.

A diferencia de lo que ocurre en las células
animales en las células vegetales no existen mecanismos de
excreción de residuos solubles.

Los
peroxisomas

Los peroxisomas no derivan del retículo
endoplásmico y por tanto no son parte del sistema de
endomembranas. Están presentes en todas las células
eucarióticas, siendo abundantes en las células del
riñón e hígado de
mamíferos.

Los peroxisomas son ligeramente menores que las
mitocondrias.

Catalasa: Enzima esencial para la degradación del
peróxido de hidrógeno (H2O2). Compuesto
potencialmente tóxico que se forma en diferentes
reacciones de oxidación catalizadas por oxidasas. Tanto la
catalasa como las oxidasas quedan confinadas (encerrado,
recluido, aislado, preso) a los peroxisomas.

El descubrimiento de los peroxisomas fue posible
gracias a innovaciones metodológicas en la
centrifugación en gradientes de densidad

Christian de Duve y colaboradores no sólo
descubrieron los lisosomas sino también los
peroxisomas.

La catalasa degrada el H2O2 al igual que la urato
oxidasa. La D-aminoácido oxidasa genera
H2O2.

La mayoría de las funciones de los peroxisomas
están relacionadas con el metabolismo del peróxido
de hidrógeno.

Metabolismo del peróxido de
hidrógeno: El papel más obvio de los
peroxisomas de las células eucariotas es la
detoxificación de H2O2.

Modo catalítico: En el que una
molécula de H2O2 se oxida a oxígeno y una segunda
se reduce a agua.

Degradación de compuestos nocivos: El
metanol, el etanol, el ácido fórmico, el
formaldehído, nitritos y fenoles, todos estos compuestos
son nocivos para las células, su detoxificación por
la catalasa es una función vital de los
peroxisomas.

Oxidación de ácidos grasos: Entre
el 25 y 50% de la oxidación de ácidos grasos en los
tejidos animales, tienen lugar en los peroxisomas, el resto
ocurren en las mitocondrias.

En los animales los peroxisomas acortan los
ácidos grasos.

Metabolismo de compuestos nitrogenados: Con la
excepción de los primates, la mayoría de los
animales necesita a la urato oxidasa (también llamada
uricasa) para oxidar el urato.

Catabolismo de sustancias infrecuentes:
Xenobíoticos: Compuestos químicos
ajenos a los organismos vivos. En esta categoría se
incluyen los alcanos hidrocarburos de cadena corta
presentes en el petróleo y algunos de sus
derivados.

Adrenoleucodistrofia ligada al cromosoma
X.

Las células vegetales tienen peroxisomas
especiales no encontrados en las células
animales.

Peroxisomas foliares: Grandes peroxisomas
denominados peroxisomas foliares que aparecen
frecuentemente próximos a cloroplastos y
mitocondrias.

Glioxisomas: Aparece transitoriamente en semillas
en germinación que almacenan el carbono y la
energía en forma de grasas (fundamentalmente
triacilgliceroles). En estas especies, los triacilgliceroles
almacenados se movilizan y convierten en sacarosa.

Los glioxisomas se encuentran sólo en los
tejidos capaces de almacenar grasas.

Otros tipos de peroxisomas vegetales:
Nódulos: Estructuras de las raíces de
ciertas plantas en las que se concentran bacterias que facilitan
la fijación del nitrógeno
atmosférico.

La biogénesis de los peroxisomas ocurre por
división de peroxisomas preexistentes

Los peroxisomas aumentan en número cuando la
célula crece y se divide. La proliferación de
orgánulos se conoce como biogénesis y las
proteínas del peroxisoma que se requieren para este
proceso se denominan peroxinas.

¿Dónde se sintetizan las enzimas y
otras proteínas, tanto de la membrana, como de la matriz
del peroxisoma? Las proteínas se sintetizan en
ribosomas libres no asociados al RE.

Luciferasa: Enzima del peroxisoma que permite
emitir luz a las luciérnagas, se puede transferir a
células vegetales.

El
citoesqueleto

El citoesqueleto es la región del citoplasma que
se encuentra alrededor y entre los orgánulos.

Citoesqueleto: Un entramado (estructura,
organización) completo de filamentos y túbulos
interconectados que se extienden a lo largo del citosol desde el
núcleo hasta la cara interna de la membrana
plasmática. Proporciona una estructura
arquitectónica a las células eucariotas. Aporta un
algo nivel de organización interna a las células y
les permite asumir y mantener formas complicadas que no
serían posibles de otra manera. El citoesqueleto tiene un
papel importante en el movimiento y en la división celular
y posiciona y mueve activamente los orgánulos de membrana
dentro del citosol. El citoesqueleto se altera por
fenómenos que ocurren en la superficie celular.

PRINCIPALES ELEMENTOS ESTRUCTURALES
DEL CITOESQUELETO

Los principales elementos estructurales del
citoesqueleto son tres: microtúbulos,
microfilamentos y filamentos intermedios, todos ellos
exclusivos de células eucariotas.

Los microtúbulos están compuestos por la
proteína tubulina y tienen un diámetro de
aproximadamente 25 nm.

Los microfilamentos con un diámetro de
unos 7 nm son polímeros de la proteína
actina.

Los filamentos intermedios poseen un
diámetro entre 8 y 12 nm.

Los microtúbulos y los microfilamentos son
más conocidos por el papel que desempeñan en la
movilidad celular.

Los microfilamentos son componentes esenciales de las
fibrillas musculares y los microtúbulos son los
elementos estructurales de los cilios y los
flagelos.

TECNICAS PARA LE ESTUDIO DEL
CITOESQULETO

Técnicas para el estudio del
citoesqueleto:

Microtúbulos

Existen dos tipos de microtúbulos que son
responsables de muchas funciones en la
célula.

Los microtúbulos (MTs) son elementos del
citoesqueleto más grandes. Los microtúbulos de las
células eucariotas pueden ser clasificados en dos grandes
grupos que se diferencian tanto por su grado de
organización como por su estabilidad
estructural.

El primer grupo, los microtúbulos del
axonema, microtúbulos altamente organizados que se
encuentran en estructuras específicas, relacionadas con el
movimiento celular, como los cilios, los flagelos y los
corpúsculos basales a los que se unen estos
apéndices. El elemento central o axonema de un
cilio o de un flagelo está formado por un haz muy ordenado
de MTs del axonema y proteínas asociadas.

El segundo grupo lo forma una red más laxa y
dinámica de microtúbulos
citoplásmicos.

Los heterodímeros de tubulina son las
proteínas con las que se construyen los
microtúbulos.

Los MTs son cilindros rectos y huecos con un
diámetro exterior cercano a los 25 nm y un
diámetro interior de aproximadamente
15 nm. La pared de los microtúbulos
está formada por un conjunto de polímeros lineales
llamados protofilamentos. Normalmente hay 13
protofilamentos colocados uno al lado del otro, alrededor del
hueco central o lumen.

La subunidad básica de un protofilamento es una
heterodímero de la proteína tubulina. Los
heterodímeros que constituyen la mayor parte de los
protofilamentos están compuestos por una molécula
de tubulina a y una molécula de tubulina
ß. Estas se unen no covalentemente una a la otra
para producir una heterodímero aß. Las
moléculas de tubulina a y ß tienen un
diámetro aproximado de 4-5 nm y un peso
molecular de 55 kDa.

En el interior de un microtúbulo todos los
dímeros de tubulina están orientados en la misma
dirección de manera que todas las subunidades de tubulina
a exponen el mismo extremo.

Los microtúbulos se forman mediante la
incorporación de dímeros de tubulina en sus
extremos.

Los microtúbulos se forman por el ensamblaje
reversible de los dímeros de tubulina.

La agregación de los dímeros de tubulina
en agrupaciones denominadas oligómeros, representan
una etapa crucial en la formación de los
microtúbulos. Estos oligómeros constituyen un
-núcleo- a partir del cual pueden crecer los
microtúbulos, por lo que se conoce a este proceso como
nucleación. Una vez que se ha nucleado, el
microtúbulo crece mediante la adición de
subunidades en ambos extremos, un proceso denominado
elongación.

Fase de elongación: Es decir la
adición de dímeros de tubulina.

El microtúbulo crece cuando la
concentración de tubulina es alta y se despolimeriza
cuando las concentraciones de tubulina son bajas. En algún
punto entre estas dos condiciones se encuentra una
concentración de tubulina en la que la
polimerización está en perfecto equilibro con la
despolimerización. La concentración de los
dímeros en este punto se denomina concentración
crítica global.

El extremo de crecimiento rápido del
microtúbulo se denomina extremo más siendo
el otro el extremo menos.

Recambio rotatorio: Surge cuando una determinada
molécula de tubulina se incorpora en el extremos
más, es desplazada progresivamente a lo largo del
microtúbulo y finalmente se pierde mediante
despolimerización por el extremo menos.

El GTP es necesario para el ensamblaje de los MT.
Cada heterodímero de tubulina une dos moléculas de
GTP.

Tim Mitchison y Mark Kirshner propusieron
el modelo de inestabilidad dinámica. Este modelo
supone la existencia de dos poblaciones de microtúbulos,
una que crece en longitud mediante la continua
polimerización en sus extremos más y otra
que disminuye en longitud por despolimerización. La
diferencia entra las dos poblaciones estriba en que los MTs en
crecimiento presentan la tubulina unida a GTP en sus extremos
más, mientras que los MTs que están
disminuyendo en tamaño presentan GDP.

Cuando una microtúbulo pasa de la
elongación al acotamiento se conoce un fenómeno
llamado catástrofe del
microtúbulo.

Este pude desaparecer completamente o puede volver
repentinamente a la fase de crecimiento un evento denominado
rescate del microtúbulo.

Los microtúbulos se originan dentro de la
célula en centros organizadores de
microtúbulos.

Los microtúbulos normalmente se originan a partir
de una estructura celular denominada centro organizador
microtubular (MTOC). Un MTOC sirve como un lugar en el
que se inicia el ensamblaje de los MTs, a la vez que proporciona
un punto de anclaje para uno de los extremos de estos
MTs.