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Clase 14. Compartimentos

intracelulares y transporte

1. Introducción

2. Trasporte de proteínas al núcleo

3. Trasporte de proteínas a las

mitocondrias.

4. Distribución y transporte de

proteínas utilizando vesículas

Una célula tiene una media de 10.000 proteínas diferentes.

Estrategias de la célula para separar y organizar las reacciones químicas:

1. Unir diferentes enzimas de un proceso en un complejo multienzimático.

2. Conferir a las enzimas en zonas determinadas aumentando la viscosidad del medio.

3. Aislar conjunto de enzimas dentro de orgánulos.

1. Introducción

Las proteínas se sintetizan en los ribosomas y

luego tienen que ser dirigidas hasta su lugar

de destino.

– Un orgánulo.

– La membrana.

– El citoplasma.

– Ser excretada.

Cuando la proteína es sintetizada lleva una

secuencia señal que (grupo de aminoácidos) que

la lleva a su destino.

1. Las proteínas que se desplazan desde el citosol hacia el interior del núcleo son transportadas a través de los poros nucleares.

2. Las proteínas que se desplazan desde el citosol hacia el interior del RE, de las mitocondrias, peroxisomas… son transportadas a través de la membrana mediante proteínas traslocadoras localizadas en la membrana. La proteína tiene que desplegarse para poder atravesar la membrana.

3. Las vesículas que se desplazan desde el RE hacia otros compartimentos lo hacen dentro de vesículas de transporte que se fusionan con la membrana de otro orgánulo y liberándose las proteínas dentro del nuevo compartimento.

Las proteínas son importadas hacia el interior de

los orgánulos por medio de tres mecanismos

Las secuencias señal dirigen a las proteínas hasta

el compartimento correcto.

Son un tramo de 15-60 aminoácidos de longitud.

Experimento en el que a

una misma proteína se le

cambia la secuencia señal

y se demuestra que esto

es lo que decide su

destino.

A menudo, la secuencia señal es eliminada de la proteína cuando ya

ha llegado a su destino.

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2. Trasporte de proteínas al núcleo

1. Es lo que diferencia a las células

eucariotas de las procariotas.

2. Es almacén de información genética.

3. Centro de control celular.

Envuelta nuclear y tráfico entre el

núcleo y el citoplasma.

1. Separa al núcleo del citoplasma.

2. Proporciona un armazón estructural al núcleo

Estructura de la envoltura nuclear.

Compuestas por: dos membranas , una lámina

interna y complejos de poros nucleares.

Membrana interna:

contiene proteínas

únicas.

Membrana externa:

se continúa con la

membrana del retículo

endoplásmico rugoso.

Tiene ribosomas

adheridos

Ambas membranas unidas en el complejo del Poro:

único lugar por dónde pueden pasar iones y moléculas

grandes.

Lámina nuclear

Red de proteínas fibrosas que

proporciona soporte

estructural al núcleo.

Se une a proteínas y lípidos de

la membrana interna. También

se unen a proteínas de la

cromatina o incluso

directamente al DNA.

Complejo del Poro nuclearEstructura de gran tamaño que

controla el tráfico entre el

núcleo y el citoplasma.

Compuesto por 30-50 proteínas

diferentes.

Mecanismo de transporte:

1. Difusión simple (iones y

proteínas pequeñas).

2. Transporte activo: RNA,

proteínas más grandes.

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El poro está compuesto de 8

radios ensamblados a un canal

central. Los radios están unidos

a dos anillos uno nuclear y otro

citoplasmático.

Se forma una estructura característica en forma de cesta

en el lado nuclear. Las proteínas nucleares llevan una señal (que las

guían hasta el núcleo: Señales de localización

nuclear.

Las señales de localización son reconocidas por

proteínas de la membrana nuclear.

Varios millones de macromoléculas pasan

selectivamente entre el núcleo y el citoplasma

cada minuto. Ejemplos: Histonas, DNA

polimerasas, RNA polimerasas, factores de

transcripción,etc.

Las proteínas entran al núcleo a

través de los poros nucleares

de forma totalmente plegada

1. Unas proteínas citosólicas

especializadas, denominadas

receptores de importación nuclear,

se unen a las futuras proteínas

nucleares.

2. El complejo es guiado al poro

nuclear por medio de fibrillas que se

extienden en el citosol.

3. La unión del complejo al poro hace

que éste se abra y las deje pasar.

4. Una vez dentro se separan y el

receptor sale de nuevo al citosol para

su reutilización.

La proteína entra completamente plegada

Las mitocondrias pueden sintetizar proteínas en la

matriz mitocondrial ya que tienen todo lo

necesario pero la mayoría de sus proteínas son

importadas.

Los lípidos que necesita la mitocondria son

importados unidos a proteínas transportadoras de

lípidos.

3. Trasporte de proteínas a las mitocondrias

Para entrar en

las

mitocondrias,

las proteínas

se despliegan

1.La secuencia señal es reconocida por un receptor de la membrana

mitocondrial externa. El complejo del receptor y la proteína unida

difunden lateralmente hasta el lugar de contacto.

2. La proteína se une a proteínas chaperonas que la desenrollan y

3. La proteína es traslocada a través de las membranas externa e

interna por medio de una proteína traslocadora.

4. La secuencia señal es eliminada en el interior del orgánulo por una

peptidasa de señal.

5. Chaperonas interna ayudan a la proteína a volverse a enrollar.

4. Distribución y transporte de

proteínas utilizando vesículas1. Retículo endoplásmico

1. Reticulo endoplásmico y secreción de proteínas

2. Marcaje de proteínas para dirigirse al retículo endoplásmico.

3. Inserción de las proteínas en la membrana del RE.

4. Plegamiento y procesamiento de las proteínas en el RE

5. Control de calidad en el RE

6. RE liso y síntesis de lípidos

7. Exportación de proteínas y lípidos desde el RE

2. Aparato de Golgi1. Organización del golgi

2. Glicosilación de proteínas en Golgi

3. Metabolismo de lípidos y polisacáridos en Golgi

4. Distribución y exportación de proteínas desde el aparato de Golgi

3. Mecanismo de transporte de vesículas

4. Lisosomas

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Las proteínas que formarán parte de la membrana, las

que se van a excretar y las que están destinadas a

ciertos orgánulos como los lisosomas se sintetizan en el

RER.

Las de membrana quedan “cosidas” a las vesículas. Estas

también tienen secuencia señal.

Las proteínas van entrando en el retículo endoplásmico

a medida que van siendo sintetizadas

Las proteínas solubles son liberadas al lumen del RE

La secuencia señal del RE es guiada hacia la

membrana del RE por dos componentes como

mínimo:

1.Una partícula de reconocimiento de señal que

está presente en el citosol y que se une a la

secuencia señal del RE cuando se expone en el

ribosoma.

2.Un receptor SRP que forma parte de la

membrana del RE

1. La SRP 8partícula de reconocimiento de señal) se une se a la

secuencia señal.

2. El complejo (con ribosoma y todo) se une a una proteína receptora

situada sobre la membrana del RE.

3. La SRP es liberada y la proteína se inserta en un canal de

traslocación situado en la membrana del RE y empieza a ser

tranferida a través de la bicapa lipídica.

Ver Animación

Una vez que la cadena peptídica está en el lumen,

una peptidasa corta el segmento señal.

La presencia de señales de inicio y paro determinan

la disposición de las proteínas transmembrana en

la bicapa lipídica

Integración de una proteína transmembrana en

la membrana del RE

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Integración en la membrana del RE de una proteína

transmembrana de doble paso.

Transporte vesicular

El transporte desde el

RE hasta el complejo de

Golgi y desde el

complejo de Golgi hacia

otros compartimentos

del sistema de

endomembranas, se

lleva a cabo mediante la

gemación continuada y

la fusión de vesículas de

transporte.

Ruta de secreción: flechas rojas. Las

moléculas transportadas van sufriendo

modificaciones.

Ruta endocítica: flechas verdes. Estas

vesículas se fudionan con los lisosomas

1. Las vesículas que se forman por gemación van cubiertas

de proteínas específicas (vesículas recubiertas).Las más

conocidas son las vesículas recubiertas de clatrina.

2. Dinamina: Estrangula a la vesícula para que se

desprenda.

3. Adaptinas: Intervien en el reclutamiento de moléculas a

transportar.

4. Receptores de carga: proteínas específicas de

membrana a las que se unen las moléculas a transportar.

En la formación de una vesícula intervienen varias

proteínas:

Una vez formada la vesícula se separan las

proteínas que la recubren

Ahora la vesícula tiene que encontrar su lugar de

destino.

1. Por difusión simple si la

distancia es corta.

2. Si la distancia es larga

intervienen una familia de

proteinas llamadas SNARE

V-SNARE y t-SNARE (se

reconocen entre sí).

Cuando una vesícula se fusiona con una

membrana ocurren 2 cosas:

1.Se vierte el contenido de la vesícula.

2.La membrana a la que se ha fusionado

aumenta de tamaño.

La fusión de la vesícula a una membrana es un

proceso que necesita energía.

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Rutas de secreción

Proteínas

Lípidos

Carbohidratos

1. Retículo endoplásmico

2. Aparato de Golgi

3. Exocitosis 4. Lisosomas

La salida desde el RE está controlada,

asegurando la calidad proteica.

Las proteínas mal plegadas se unen a proteínas chaperonas del lumen del RE, por lo que son retenidas dentro de él, mientras que las proteínas

bien plegadas son transportadas en vesículas de transporte hasta el complejo de Golgi. Si las proteínas mal plegadas no consiguen plegarse

correctamente, son transportadas hasta el citosol y son degradadas.

Retículo endoplásmico

La mayoría de las proteínas son modificadas

covalentemente aquí:

1. Formación de

enlaces disulfuro.

2. Glucosilación:

Adición de

polisacáridos (14

azúcares). Se forman

glucoproteínas.

Sólo pueden abandonar el RE las proteínas bien

formadas (plegamiento correcto, agrupación

entre cadenas, etc.)

Las chaperonas atrapan a las

proteínas mal plegadas y no pueden

abandonar el RE

Se terminan de procesar (añaden más azúcares).

Se clasifican para diferentes destinos.

Las vesículas van pasando de un compartimento a otro

desde la cara Cis a la Trans, siempre en vesículas

Aparato de Golgi El proceso de secreción es la exocitosis: 2 tipos

1.

2.

Las vesículas se procesan de manera diferente. Las

de secreción regulada tienden a agregarse y se

rellenan con más cantidad de proteínas para

excretar

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Rutas de endocitosis

Endocitosis

Pinocitosis: ingestión de

fluídos y moléculas

pequeñas.

Fagocitosis: Ingestión de

partículas grandes (células

muertas…)

La endocitosis suele estar mediada por proteínas celulares.

Las macromoléculas: proteínas, lípidos, ácidos nucleícos…

son reconocidas específicamente.

Ejemplo el colesterol. Viaja unido a una proteína (LDL=

lipoproteína de baja densidad). Esta proteína se une a

receptores específicos y el conjunto es endocitado.

Las macromoléculas endocitadas son clasificadas

en los ENDOSOMAS.

Los lisosomas son los principales lugares de digestión

intracelular

Las hidrolasas ácidas son enzimas hidrolíticas que son activas en condiciones ácidas.

El lumen del lisosoma se mantiene en un pH ácido por una ATPasa de H+ de la membrana que bombea H+

hacia el lumen.