BIOLOGIA CELULAR

JUAN CARLOS MUNEVAR. Od.Postgrado en Biología Oral. MSc.D.E.A Biología Ósea.Especialista en BioéticaEspecialista en Docencia Universitaria.

LA CELULA Las células son altamente complejas y organizadas.

Átomos moléculas polímeros

Complejos subcelulares organelos células

Cada célula tiene una apariencia consistente : localización y forma de los organelos y cada organelo tiene una composición consistente y similar de macromoléculas.

Ej. Células epiteliales intestinales.

Cultivos celulares: células HELA

Las células poseen un programa genético y los mecanismos para utilizarlo.

Las células se reproducen por división, proceso en el cual una célula madre da origen a dos células hijas

Las células adquieren y utilizan energía.En los animales la glucosa se encuentra empacada.

En los humanos la glucosa es liberada por el hígado a la sangre para distribuirse a las células del cuerpo. ATP

Las células efectúan reacciones bioquímicas: necesitan energía. Metabolismo

Actividades mecánicas: transporte de materiales, ensamble y desensamble de estructuras.

Cambios dinámicos y mecánicos dentro de la célula . Desplazamiento

Las células son capaces de responder a estímulosReceptores para hormonas, factores de

crecimiento etc. Vías de señalización en respuesta a estímulos: Actividades metabólicas, división celular, movimiento celular, apoptosis, envejecimiento.

Autorregulación: reparación del DNA, apoptosis,

PROCARIOTAS- EUCARIOTAS

Membrana plasmática de diseño similar

Presencia de ADN

Mecanismos de trascripción y transducción similares

Vías metabólicas compartidas: glicólisis, ciclo de krebs

Aparatos similares para la conservación de la energía química como ATP

PROTEOSOMAS

PROCARIOTAS- EUCARIOTAS

División de la célula en núcleo y citoplasma, separadas por una envoltura nuclear que contiene un complejo de poros

Cromosomas complejos: ADN + proteínas asociadas

Complejos organelos membranosos citoplasmáticos: RER, Aparato de Golgi,Lisosomas, endosomas, peroxisomas, glioxisomas

Organelos citoplasmáticos especializados en la respiración aerobia

Sistema de citoesqueleto: Microfilamentos, filamentos intermedios, microtubulos

Flagelos y cilios

Endocitosis y fagocitosis

Paredes celulares que contiene celulosa

Diploidia. Meiosis

LA CELULA Las células similares se agrupan para formar tejidos

epitelial, conectivo, muscular, nervioso

Los tejidos se asocian para formar órganos y estos para formar sistemas con funciones especificas: digestión, reproducción.

Cada célula esta rodeada por una membrana plasmática bilipídica

Posee organelos que le permiten sintetizar macromoléculas, descargar sus productos, producir energía.

Cada célula es capaz de comunicarse con otras células

Presencia de protoplasma: citoplasma- carioplasmaCitoplasma: agua, proteínas, electrolitos,

carbohidratos en donde están disueltas sustancias químicas y orgánicas. En el están suspendidos los organelos, estructuras metabólicamente activas con funciones específicas

LA CELULA

Movimiento y la señalización intracelular dependen de un sistema de tubulos y filamentos intermedios: citoesqueleto

Presencia de inclusiones: productos metabólicos de desecho, almacenamiento de nutrientes, cristales inertes y pigmentos.

Ciclo celular: mitosis (cariocinesis) y citocinesis.

Las membranas celulares delimitan varios compartimentos intracelulares:

Núcleo, mitocondria, REL, RER, aparato de Golgi,

vesículas, lisosomas, peroxisomas.

ORGANELOS CELULARES

ORGANELOS MEMBRANOSOS

ORGANELOS NO MEMBRANOSOS

• PLASMALEMA

• NUCLEO.

• RETICULO ENDOPLASMATICO

• APARATO DE GOLGI.

• MITOCONDRIA

• LISOSOMAS

• VESICULAS

• NUCLEOLO

• RIBOSOMAS

• CITOESQUELETO

• CENTRIOLOS

• CILIOS Y FLAGELOS

• INCLUSIONES CITOPLASMICAS

Membrana plasmática

Bicapa fosfolipídica: compartimentos, superficie para reacciones bioquímicas esenciales.

Integridad estructural de la célula

Control del paso de sustancias: permeabilidad selectiva

Regula las interacciones entre las células

Reconocimiento por medios de Rc de Ag, células extrañas y alteradas.

Interfase entre le citoplasma y el ambiente externo.

Sistema de transporte para moléculas específicas

Efectúa transducción de señales físicas, químicas, mecánicas en acontecimientos intracelulares.

COMPOSICION MOLECULAR Y BIOQUÍMICA

En la membrana celular existen otras moléculas anfipáticas: glucolípidos y colesterol.

Los ácidos grasos insaturados la fluidez de la membrana y el colesterol la disminuye: difusión lateral de proteínas de membrana y movilidad celular.

Proteínas Integrales: transmembrana que a menudo forman canales iónicos o sirven como transportadores. Proteínas de membrana multipaso. Receptores de membrana

Proteína de superficie: periféricas. Ubicadas sobre la cara citoplasmática de la membrana celular, en

ocasiones en la superficie extracelular. A menudo se relacionan con el sistema de segundos mensajeros o con el citoesqueleto.

COMPOSICION MOLECULAR Y BIOQUÍMICA

GLUCOCALIZ

Cubierta externa de la membrana celular.

Constituida por carbohidratos unidos covalentemente a las proteínas transmembranales y a los fosfolípidos de la cara externa.

Protegen contra la interacción con proteínas inapropiadas, lesiones químicas, físicas.

Reconocimiento y adhesión entre células.Neutrófilo-Endotelio

Cascada de coagulación sanguíneaProceso Inflamatorio

NUCLEO CELULARNUCLEO CELULAR

GENERALIDADES CONTENIDO: ADN, proteínas nucleares y nucléolo

FORMA: esférica u ovoide. Diámetro aprox. 5 – 10 m

Organelo basófilo. (Tinción hematoxilina – eosina)

Posee dos membranas concéntricas:

º Membrana interna: proteínas específicas de membrana, anclaje de proteínas

filamentosas (láminas)

º Membrana externa: continua con el Retículo endoplásmico, puede asociarse con

ribosomas.

La membrana nuclear posee unos complejos de PORO

Continuidad entre citosol y núcleo.

Eucromatina

Cubierta nuclear

Lámina nuclear

Heterocromatina

Nucléolo

Poro nuclear

Retículo endoplásmico

Ribosomas

Diámetro: 80 – 100 nm.

Abarca las dos membranas nucleares.

Constituido por 4 elementos:

ANDAMIO: Conectado a las membranas.

Brinda sostén al transportador

Ofrece conductos de difusión

SUBUNIDAD TRANSPORTADORA: Eje o centro

Transporta material (al interior / al exterior)

FILAMENTOS GRUESOS: Fijación de proteínas

CANASTILLA. Se desensambla en ausencia de Ca 2+

Transporte de ARN

Difusión simple de iones y moléculas pequeñas.

Partículas > 11 nm = TRANSPORTE MEDIADO POR RECEPTOR

COMPLEJO DE PORO NUCLEAR

COMPLEJO DE PORO NUCLEARSubunidad anular

citoplásmica

Filamento gruesoSubunidad transportadora

Membrana externa

Membrana interna

CanastillaSubunidad anular nucleoplásmica

Andamio

El núcleo contiene ADN enrollado alrededor de proteínas especializadas denominadas histonas para formar nucleosomas

Los nucleosomas: estructuras globulares que se repiten como un rosario.

El rosario de nucleosomas se enrolla en filamentos de 30 nm de diámetro para constituir la cromatina.

La distribución de la cromatina no es uniforme:

distintos grados de plegamiento (transcripción de genes)

EUCROMATINA: ADN transcrito activamente

HETEROCROMATINA: Forma transcripcional inactiva

Adyacente a la membrana nuclear.

2 nm11 nm

30 nm

300 nm

700 nm

1400 nm

EL NUCLEOLO Area esférica dentro del núcleo

DIAMETRO: 1 –3 µm

Su tamaño aumenta cuando se presenta una transcripción activa de genes

Las células metabólicamente activas tiene múltiples nucléolos

Doble afinidad por colorantes acidófilos y basófilos

Posee ARN ribosomal (futuras subunidades ribosomales) y proteínas.

Se distinguen 4 regiones (M.E.T):

PARS AMORFA: Bucles de ADN (genes del ARN ribosomal)

PARS FIBROSA: Transcritos de ARNr

PARS GRANULOSA: Subunidades ribosomales en maduración

MATRIZ NUCLEOLAR: Red fibrilar (organización nucleolar)

EL NUCLEOLO PARS AMORFA: (coloración pálida)

Extremos de cromosomas 13, 14, 15, 21 y 22. (humano)

Genes que codifican el ARN ribosomal.

Se localizan las regiones organizadoras nucleolares (NOR)

Se observa sólo durante la interfase

Se disipa durante la división celular

Generalmente son 2 o 3 nucléolos por célula

El número y tamaño se relacionan con la especie y la actividad sintética de la célula

Puede ocupar hasta el 25% del volumen nuclear.

En células neoplásicas se torna hipertrófico

SISTEMAS DE ENDOMEMBRANASSISTEMAS DE ENDOMEMBRANAS

NÚCLEOMITOCONDRIASPEROXISOMASCLOROPLASTOS

RETÍCULO ENDOPLASMÁTICORETÍCULO ENDOPLASMÁTICO

APARATO DE GOLGIAPARATO DE GOLGI

VESÍCULAS DE TRANSPORTEVESÍCULAS DE TRANSPORTE

LISOSOMASLISOSOMAS

ENDOSOMASENDOSOMAS

SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS

FUNCIONAMIENTO NO

INTERCONECTADO

RETICULO ENDOPLASMICORETICULO ENDOPLASMICO El R.E. y el aparato de Golgi son regiones independientes.

Comunicadas por una misma estructura rodeada de membrana

Participan en la biosíntesis y transporte de proteínas y lípidos.

Su cantidad depende de las necesidades metabólicas de la célula

Se organizan como capas de membranas muy plegadas y aplanadas o de perfil tubular elongado.

Es el sistema membranoso de mayor tamaño de la célula (casi la mitad del volumen del plasmalema)

Es un sistema de túbulos y vesículas interconectados cuya lumen se conoce como CISTERNA.

RETICULO ENDOPLASMICORETICULO ENDOPLASMICO

PROCESOS METABOLICOS QUE SE EFECTUAN:

º Síntesis y modificación de proteínas

(Plegamiento, sulfatación, hidroxilación,etc)

ª Síntesis de Lípidos y esteroides

º Detoxicación de compuestos tóxicos o dañinos

º Elaboración de membranas celulares

El RETICULO ENDOPLASMICO tiene 2 componentes:

R.E. RUGOSO

R.E. LISO

RETICULO ENDOPLASMICO LISORETICULO ENDOPLASMICO LISO Constituido por túbulos anastomosados y vesículas aplanadas fijadas a membranas

Lugar de procesamiento de proteínas sintetizadas, de lípidos celulares (fosfolípidos de membrana)

Las enzimas que participan en la síntesis de lípidos se localizan en la cara externa

Rápido acceso a precursores.

Al incorporarse en la cara externa se internalizan mediante “proteínas

volteadoras”

El R.E.L es abundante en células activas en:

- síntesis de esteroides

- síntesis de colesterol y triglicéridos

- destoxicación de compuestos

RETICULO ENDOPLASMICO RUGOSORETICULO ENDOPLASMICO RUGOSO Abundante en células que funcionan en la síntesis de

proteínas que se exportan

Las membranas de este organelo poseen proteínas integrales que funcionan en:

1. el reconocimiento y fijación de ribosomas.

- Receptor de la partícula de reconocimiento de señal

- Proteína receptora del ribosoma (Riboforina I, II)

- Proteína del poro.

2. Conservación de la morfología aplanada del R.E.R.

La cisterna del R.E.RLa cisterna del R.E.R se continúa con la cisterna perinuclear

FUNCIONESFUNCIONES

Síntesis de proteínas que se van a empacar o a descargar al plasmalema.

Modificaciones postraduccionales (glucosilación, sulfatación...)

Síntesis de lípidos y proteínas de los organelos.

RIBOSOMASRIBOSOMAS

RIBOSOMASRIBOSOMAS Partículas pequeñas. Ancho= 12 nm. Longitud= 25

nm aprox.

Funciona como superficie para la traducción.

Compuestos por una subunidad pequeña y una subunidad grande.

Sintetizadas en el nucléolo.

Liberadas como entidades separadas al citosol

La subunidad pequeña tiene un valor de sedimentación de 40S

Compuesta por 33 proteínas y RNAr 18S

La subunidad grande tiene un valor de sedimentación de 60S.

Contiene 49 proteínas y 3 RNAr (5S, 5.8S, 28S)

Componentes del Ribosoma

LA SUBUNIDAD PEQUEÑA

Sitio de fijación del RNAm

Sitio P (peptidil tRNA)

Sitio A (AMINOACIL tRNA)

LA SUBUNIDAD PEQUEÑA Y GRANDE se localizan en el citosol de manera individual

El RIBOSOMA se forma cuando se inicia la síntesis de proteínas

APARATO DE GOLGIAPARATO DE GOLGI

Síntesis de carbohidratos (polisacáridos).

Procesamiento de macromoléculas sintetizadas.

Modificación y ordenamiento de proteínas.

Las vesículas que brotan del R.E.L se funden con la cara interna del Golgi.(proceso ATP dependiente)

- Las proteínas de membrana se incorporan a la membrana del Golgi.

- Las proteínas luminales entran en el espacio de Golgi

Se divide en 3 componentes funcionales:Se divide en 3 componentes funcionales:

a.a. Cara cis o convexa Cara cis o convexa (cercana al R.E.R = de entrada)(cercana al R.E.R = de entrada)

b. Cara medial b. Cara medial

c. Cara trans o cóncava c. Cara trans o cóncava (opuesta al R.E.R = de salida)(opuesta al R.E.R = de salida)

El aparato de Golgi está compuesto por cisternas limitadas por membranas ligeramente curvas y aplanadas, que no están en contacto

APILAMIENTO DE GOLGI

La periferia de cada cisterna está dilatada y tachonada de vesículas

Proceso de gemación y fusión.

Las vesículas de transporte que llegan desde el R.E.R se fusionan por mecanismos dependientes de energía con la cara CIS

- Descargando su contenido en la cisterna

a.a. En la CCG se devuelven las proteínas destinadas a En la CCG se devuelven las proteínas destinadas a conservarse en el R.E.R. conservarse en el R.E.R. (VIA MEDIADA POR (VIA MEDIADA POR

MICROTUBULOS)MICROTUBULOS)

b. b. Las proteínas se transfieren hacia la cisterna MEDIAL y Las proteínas se transfieren hacia la cisterna MEDIAL y TRANSTRANS (Vesículas no recubiertas)

Modificación de macromoléculas.

adición de oligosacáridos.

Proteolisis de péptidos a formas activas.

Clasificación de diferentes moléculas (vesículas)

Incorporar en las biomembranas.

Transporte a organelos.

Secreción extracelular.

Las proteínas sintetizadas y empacadas en el R.E.R deben seguir una vía predeterminada hacia el GOLGI

Modificación y empaque post traduccional.

Las proteínas destinadas al R.E.R. o a otro organelo distinto poseen una señal que las dirige.

FUNCIONESFUNCIONES

Procesamiento ordenado de los oligosacáridos en RE y Golgi

Compartimentalización funcional del Golgi

M6P a enzimas lisosomalesMaduración N-oligosacáridosUnión O-oligosacáridosProteoglicanosMaduración proteínas: hidrólisis de precursores, condensación

MITOCONDRIASMITOCONDRIAS

LOCALIZACION

ESTRUCTURA MITOCONDRIAL

MEMBRANAS

EXTERNA

Fosfolípidos, colesterol y proteínas(50%). Envoltura lisa, muy permeable a moléculas con PM 5 Kda. Presenta porinas (poros 1 nm).

INTERNA Cadena respiratoria

Proteinas (76% peso total). ATP sintasa

Prot. transporte

Fosfolípidos, colesterol y en cardiolipina.

Invaginaciones: Crestas.

MATRIZESPACIO INTERMEMBRANA

PROTEINAS DE TRANSPORTE

FOSFATIDILGLICEROL:

CARDIOLIPINA

COMPARTIMENTOS

ESPACIO INTERMEMBRANA

Químicamente equivalente al citosol (iones y pequeñas moléculas).

Enzimas degradación de lípidos y ácidos grasos.

MATRIZ MITOCONDRIAL

proteínas (hasta 500 mg/ml). Enzimas oxidación piruvato, ciclo de Krebs, fosforilación oxidativa y - oxidación. mtDNA, tRNA, rRNA y mt mRNA, enzimas requeridas para expresión genes.

Gránulos densos (fosfato de calcio)

ORIGEN: HIPÓTESIS ENDOSIMBIÓTICA

dsDNA circular desnudo rRNA (16S y 12S), ribosomas más pequeños

(55S). Mecanismo de autoreproducción propio. Composición de membranas externa e interna.

Externa: similar membrana celular eucariótica. Interna: similar membrana celular procariótica

Antibióticos (cloranfenicol, eritromicina o tetraciclina) que inhiben síntesis proteica bacteriana también actúan sobre mitocondrias.

ORIGEN: HIPÓTESIS ENDOSIMBIÓTICA

GENOMA MITOCONDRIAL

dsDNA circular, múltiples copias por organelo. 16.5 Kb unido a la membrana interna

22 tRNAs mtDNA: 37 genes 2 rRNA 13 mRNA

Todos los RNAs mitocondriales son sintetizados en el organelo.

Las enzimas de replicación, transcripción, traducción y reparación son codificadas por genes nucleares.

Los transcritos de mtDNA y sus productos permanecen en mitocondria (no exportación).

CARACTERÍSTICAS • Poliplasmia: múltiples copias de mtDNA por organelo. • No evidencia de recombinación en mtDNA: homoplasmia.• mtDNA mamífero no contiene intrones• mtDNA se transcribe como un transcripto primario largo

(tRNAs, rRNAs, mRNAs)• Genera 22 tRNA en lugar de 31 que codifica nDNA.• Ribosomas más pequeños 55S. • La tasa de mutación es 10 veces mayor en mtDNA que en

DNA nuclear: (no histonas ni sistemas de reparación de DNA) • Origen exclusivamente materno.• Código genético propio ( 4 de 64 codones).

CODIGO GENETICO

IMPORTACIÓN DE PROTEÍNAS A MATRÍZ

1) Interacción con chaperona molecular (desplegamiento)

2) Reconocimiento del péptido señal o presecuencia por receptor

3) Traslocación a través de la membrana externa

4) Traslocación a través de membrana interna (Potencial de membrana)

5) Eliminación de presecuencia por proteasas6) Interacción con chaperonas de matriz

(Plegamiento)

IMPORTACIÓN HACIA OTROS DESTINOS

Membrana externa: interacción con receptores e inserción directa en membrana.

Membrana interna, espacio intermembranal: Modelo conservativo: Importación a matriz y luego

transportadas a su destino final. Modelo no conservativo: 3 mecanismos

-Traslocación directa a través de membrana externa a espacio intermembranal

- Traslocación a través de membrana externa e inserción en membrana interna

- Inserción en membrana interna y liberación a espacio intermembranal (clivaje)

MODELO CONSERVATIVO

MODELO NO CONSERVATIVO

IMPORTACIÓN DE FOSFOLÍPIDOS A LA MITOCONDRIA

RE

Proteína transportadora de fosfolípidos

CITOSOL

Fosfatidilcolina o

fosfatidiletanolamina MITOCONDRIA

CARDIOLIPINA

Complejo proteína + lípido

DIVISIÓN DE LAS MITOCONDRIAS• Fisión binaria de mitocondrias pre-existentes.

• ¿Cómo?¿Cómo? Duplicación de masa y posterior división por la mitad.

• ¿Cuándo?¿Cuándo? Proliferación celular y renovación.

• Ocurre durante todo el ciclo celular (Interfase y mitosis).

• mtDNA se replica a lo largo del ciclo celular. • No todas las mitocondrias se multiplican.• Número de organelos / célula depende de

requerimientos energéticos.

DIVISIÓN MITOCONDRIAL

FUNCIÓN MITOCONDRIAL

• Células requieren energía para realizar sus actividades básicas.

• La energía proviene de la ruptura gradual de enlaces covalentes de moléculas de

compuestos orgánicos ricos en energía. • El ATP, compuesto inestable, constituye

fuente de energía más fácilmente utilizable.• Mecanismos para retirar energía de

nutrientes: la glicólisis (citoplasma) y el ciclo de Krebs acoplado a fosforilación oxidativa (mitocondria).

ADENOSÍN-TRIFOSFATO ATP

METABOLISMO DE CH EN EUCARIOTAS

GLICÓLISIS

Ruta oxidativa universal de CH.

No requiere O2

Ruta en la cual intervienen 10 enzimas. 2 fases: preparatoria y fase de oxidaciones y

producción de energía. La célula obtiene por oxidación de 1 glucosa: 2 ATP por fosforilación a nivel de sustrato 2 NADH = 4 o 6 ATP por fosforilación

oxidativa 2 Piruvato (3 carbonos)

METABOLISMO ENERGÉTICO MITOCONDRIAL

-oxidación de ácidos grasos

Glicólisis

Piruvato

AcetilCoA

CH3 - C - SCoA

= 0Matriz

mitocondrial

Citosol

Ala

Cis

Gli

Ser

Tre

CICLO DEL ACIDO CÍTRICO O DE KREBS

CICLO DE KREBS, DEL ÁCIDO CÍTRICO O DE LOS ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS

Científico que descubrió el ciclo, ácido citrico (ácido tricarboxílico) es el primer intermediario.

Todas las macromoléculas que suministran energía a las células se descomponen en metabolitos del ciclo del ácido cítrico.

La célula obtiene por molécula de acetilCoA oxidada:

1 GTP por fosforilación a nivel de sustrato

3 NADH = 9ATP por fosforilación oxidativa

1 FADH2 = 2 ATP por fosforilación oxidativa

AcetilCoA + 2H2O + FAD + 3 NAD + GDP + Pi

2CO2 + FADH2 + 3 NADH + 3H+ + GTP + CoASH

CADENA RESPIRATORIA O DE TRANSPORTE DE ELECTRONES

Cadena, formada por enzimas y compuestos no enzimáticos, cuya función es transportar electrones que van gradualmente cediendo energía.

Constituido por 4 complejos enzimáticos

respiratorios: I, II, III, IV. Complejo I: NADH deshidrogenasa (41 polipéptidos). Complejo II: Succinato deshidrogenasa (4

polipéptidos). Complejo III: Citocromo b-c1 (11 polipéptidos). Complejo IV: Citocromo C oxidasa (13 polipéptidos).

GRADIENTE ELECTROQUÍMICO

ATP SINTASA

ENFERMEDADES POR DEFICIENCIA MITOCONDRIAL

Mutaciones genes que codifican subunidades OXPHOS: mtDNA y nDNA

Alteraciones en metabolismo

mitocondrial: no fosforilación oxidativa

• Toxinas endógenas y/o exógenas

•Mutación nDNA genes no subunidades OXPHOS

DEFECTOS PRIMARIOS

DEFECTOS SECUNDARIOS

• Cerebro y músculo altamente dependientes de energía

• Manifestaciones más comunes: Alteraciones neurológicas y las miopatías.

• Heterogeneidad clínica: pueden afectar desde un órgano hasta enfermedad multisistémica severa.

Relación mtDNA mutado / mtDNA salvaje

Variación en umbral de expresión bioquímico para mutación y tejido.

Efecto modulador de genes nucleares y otros mitocondriales.

Requerimientos energéticos de los tejidos u órganos.

• Cerebro y músculo altamente dependientes de energía

• Manifestaciones más comunes: Alteraciones neurológicas y las miopatías.

• Heterogeneidad clínica: pueden afectar desde un órgano hasta enfermedad multisistémica severa.

Relación mtDNA mutado / mtDNA salvaje

Variación en umbral de expresión bioquímico para mutación y tejido.

Efecto modulador de genes nucleares y otros mitocondriales.

Requerimientos energéticos de los tejidos u órganos.

DEFECTOS PRIMARIOSDEFECTOS PRIMARIOS

mtDNA

•Síndrome de Kearns-Sayre

•Neuropatía óptica hereditaria de Leber (LHON)

•Debilidad neurogénica, ataxia y retinitis pigmentosa (NARP)

•Enfermedad de Leigh

nDNA

•Enfermedad de Leigh: flavoproteína de SDH (Complejo II) y polipéptidos Complejo I

•Encefalomiopatía: Polipéptido de 18 kDa Complejo I

DEFECTOS SECUNDARIOS

Mutaciones nDNA

Proteínas mitocondriales: no OXPHOS

•Frataxina: Ataxia de Friedreich

•Surf-1: Síndrome de Leigh COX deficiente

Proteínas no mitocondriales

•Huntingtina: Enfermedad de Huntington

Toxinas exógenas

Cianuro azidas

Inhibición de citocromo c oxidasa

MITOCONDRIA Y ENVEJECIMIENTO

• Aumento de edad: acumulación de mutaciones en mtDNA de varios tejidos (cerebro y músculo)

• La acumulación de mutaciones en el mtDNA lleva a reducción de la capacidad de fosforilación oxidativa (complejos I y IV).

• Incremento de enfermedades relacionadas con edad como: falla cardiaca, demencia, diabetes mellitus y neurodegeneración.

LISOSOMASLISOSOMAS

LOCALIZACION

Se encuentran en el citoplasma celular Puede haber más de un lisosoma en una célula.

Lisosomas

Célula vegetal

LISOSOMAS Vesícula contiene enzimas digestivas

LISOSOMAS 50 Diferentes enzimas degradativas

Hidrolasas ácidas Activo pH 5 (interior del lisosoma) Inactivo en el citosol a pH 7.2

pH ácido de los lisosomas es mantenido por una bomba de protones en la membrana lisosomal Requiere ATP, (como la mitocondria)

Lisosoma primario Transporte del Golgi Materiales exogenos,

organelos deteriorados

Lisosoma secundario Fusión de primarios con

un endosoma or fagosoma.

Usualmente mas denso.

Adquisición de nutrientes Los lisosomas también pueden ayudar a las

células a auto renovarse. El hígado humano es reciclado cada semana por

los lisosomas. Los lisosomas ayudan a las células a renovarse

Defensa del huésped Ej., destrucción de células sanguíneas con

bacterias.

FUNCION FUNCION

FUNCION

Digerir macromoléculas, partes celulares viejas y microorganismos.

Sucede cuando una vacuola llena se combina con un lisosoma para formar una vacuola digestiva.

Vías lisosomales

LisosomaLisosomaprimarioprimario

FagocitosisFagocitosis

FagosomaFagosomaLisosomasecundario

Fago

cito

sis

PinocitosisPinocitosis

pinocitosis Vesicula Vesicula pinocoticapinocotica

Lisosoma secundario

Autofago

Lisosoma secundario

VacuolaVacuolaautofagicaautofagica

EndosomaEndosoma

Revestido

RMERME

Reciclaje de Reciclaje de Receptores de Receptores de membranamembrana

Lisosomasecundario

Receptor mediandoendocitosis

Cuerpo residual

Vías lisosomales

Deficiencia de enzimas lisosomales

Enfermedad Tay Sach’s

• Una enfermedad debida a un defecto en almacena-miento lisosomal.

• Debido a una mutación en enzimas lisosomales.

-N-hexosaminidasa-A*

• Acumulos de glicolípidos no degradados dentro de lisosomas.

• Encontrado en neuronas del SNC.

Inclusiones Whorled (cuerpos lamelares)Inclusiones Whorled (cuerpos lamelares) ayudan a identificar Tay Sach’sayudan a identificar Tay Sach’s

CELULAS CON LISOSOMAS

Todas las células tienen lisosomas, pero algunas células son distinguidas por la abundancia de lisosomas.

MACROFAGOS

Incluidos histiocitos y células presentadoras de antígenos (APCs)

Fagocito profesional , consumen desechos y antígenos del tejido conectivo.

Originalmente es un monocito.

Lisosomas primarios y secundarios del macrófago

Primario Secundario

NEUTROFILO

Un fagocito profesional.

Primera célula ante una infección.

Componente principal del pus .

*

PROMIELOCITO Precursor de

neutrófilos, basófilos y eosinófilos.

Todos tienen lisosomas.

# de lisosomas disminuye durante la maduración.

Osteoclastos Remodelado óseo. Células muy grandes de

la fusión de pre - osteoclastos (monocitos)

Coloración rosada H & E debido a la presencia del contenido ácido de lisosomas.

CELULAS PIGMENTADAS DE LA RETINA

En la pared del ojo.

La retina es una multicapa

Fragmentos del fotoreceptor(membranas) son fagocitadas por estas celulas.

INCLUSIONES CELULARES

A diferencia de los organelos, no tienen funciones especificas

Exógenas Endógenas

Inclusiones celulares exógenas

Generalmente dañinas Caroteno (lipido soluble)

Abundante en zanahorias y calabazas

Metales pesados Plomo y plata

Asbestos, silicona, carbon

Inclusiones endógenas Gotitas de lípidos Encontradas en

células adiposas , hepáticas, algunas células que secretan esteroides.

Reservas alimenticias importantes

FH 4.13

Glucógeno Principal almacén de

carbohidratos Hígado, músculo,

corteza adrenal. Requiere tinción

especial para ser visto. EN MET se observan

como agregados en forma de rosetas electrondensos

Demasiado glucógeno da lugar a la enfermedad de Pompe’s:agrandamiento del hígado, deficiencia lisosomal.

Note sER

Enzimas precursoras

Zimogeno Encontrado en la porción

apical de la célula. Contiene precursores de

muchas proteínas enzimáticas

Páncreas tripsinogeno

Células del estomago pepsinogeno

Glándulas salivares Precursor de amilasa

Mucígeno Secreteado por células

caliciformes Encontrado en células

epiteliales del tracto respiratorio y gastrointestinal

Liberado por exocitosis se mezcla con agua para formar moco.

Usado para protección La irritación local puede

hacer la célula lanzar contenido entero

Pigmentos Melanina

color a la piel y el pelo Neuromelanina encontrada en

neuronas multipolares de la sustancia negra del cerebro medio.

Contienen dopamina Enfermedad de

Parkinson’s tremor, rigidez muscular

y funciones motoras retardadas.

Resulta de la degeneración de estas neuronas.

Lipofuscina

Función desconocida, pero aumenta con la edad, especialmente en neuronas.

Representa la acumulación de desechos insolubles intracelulares después de la actividad lisosomal (cuerpos residuales)

Encontrado en SNC, músculo, corazón e hígado.

Cristaloides Eosinofilos

Tiene gránulos específicos angulares , cristaloides

Ojo –gato Funcionan como los

lisosomas. Ayuda a Eosinofilos

infecciones parasitarias.

Células de Leydig Proteicos, libremente en el citoplasma.

Función desconocida.

PEROXISOMASPEROXISOMAS

GENERALIDADES

Microsomas - microcuerpos - peroxisomas. Presentes en todas las células eucariotas. Abundantes en: hígado y riñón. Organelos rodeados por membrana simple 0.1 - 1 m de diámetro, redondo u oval. Morfológicamente similares a lisosomas. Contienen enzimas involucradas en variedad

de reacciones metabólicas. Biogénesis similar a la mitocondrial.

NOMENCLATURA DE MICROSOMAS Peroxisoma: contiene al menos una

flavinoxidasa productora de H2O2 , catalasa y sistema de - oxidación. Mamíferos, vegetales.

Glioxisoma: oxidasas, catalasa, cinco enzimas del ciclo del glioxilato, sistema de - oxidación. Semillas germinantes - levaduras - protozoos

Glicosomas: carecen de oxidasas y catalasas. Poseen siete enzimas de la glicólisis y de la síntesis de plasmalógenos y - oxidación. Algunos protozoos (Trypanosoma brucei)

LOCALIZACIÓN

Abundantes en tejidos activos en metabolismo lipídico (hígado, glándulas sebáceas y tej. graso). Tejido nervioso: oligodendrocitos productores de mielina.

Hígado y riñón: redondos o ligeramente ovales. Ocupan 2.4% del volúmen celular.

Peroxisomas hepáticos bovinos contienen cristales de uratooxidasa. No presente en tejidos humanos.

Estrecha relación entre peroxisomas y sitios de síntesis lipídica como ER.

FUNCIONESREACCIONES CATABÓLICAS

- oxidación de ácidos grasos de cadena muy larga, ramificados y poliinsaturados (fitánico y pristánico).

Oxidación del etanol / metanol / formato Oxidación de ácidos dicarboxílicos de cadena larga,

prostaglandinas y xenobióticos. Catabolismo de las poliaminas y purinas.

REACCIONES ANABÓLICAS Biosíntesis de plasmalógenos, colesterol y ácidos

biliares. Ciclo del glioxilato (Gluconeogénesis). Transaminación del glioxilato.

+

2 H2O2 2 H2O + O2

CATALASA

CATALASA

H2O2 R’H2 2 H2O + R’PEROXIDACIÓN

OXIDACIÓN O2 H2O2

RH2 R

OXIDASAS

L- y D- aa, poliaminas, ácidos grasos de cadena larga

Etanol, metanol y formato.

- oxidación peroxisomal de ácidos grasos Sustratos: ésteres acil-CoA.

Ácidos grasos más poliinsaturados (ácido araquidónico C20:4 5,8,11,14).

Ácidos grasos de cadena ramificada (ácidos fitanico y pristánico) Ácidos dicarboxílicos Prostaglandinas

Xenobióticos con cadenas laterales acilo Proceso: ingreso del ácido graso a través de la

membrana peroxisomal, activación por acil-CoA sintetasas en matriz y oxidación por acil-CoA oxidasas.

No genera ATP (se libera calor) Los grupos acetil-CoA son trasportados al citosol

donde son usados para reacciones biosintéticas.

Biosíntesis de lípidos Colesterol y dolicol: en peroxisomas y en el ER, en

células animales. Ácidos biliares: en hígado. Derivados del colesterol. Plasmalógenos: importantes componentes de

membrana en algunos tejidos (corazón y cerebro), aunque en otros no están presentes

CICLO DEL GLIOXILATO

FORMACIÓN Los peroxisomas se forman a partir de

peroxisomas pre-existentes, mediante un proceso de crecimiento y fisión.

Todas las proteínas (de matriz, integrales de membrana) síntetizadas en ribosomas libres e importadas al peroxisoma.

Casi todas son sintetizadas en su tamaño final.

Los lípidos necesarios para formar nuevas membranas también son importados.

Proceso consume ATP.no requiere potencial de membrana.

IMPORTACIÓN DE PROTEÍNAS Señales blanco peroxisomales o Peroxisomal

Targeting Signals: PTS. Extremo C- terminal de proteínas de matriz: secuencia

específica de 3 aa (PTS 1). No clivada en peroxisoma. SKL (Serina, lisina, leucina) Ej: LuciferasaSustituciones conservativas (primeros 2 aa.):

(Ser/Ala/Cys) - (Lys/Arg/His) - Leu Extremo N- terminal de proteínas de matriz: secuencia

de 9 o más aa. (PTS 2). Puede ser o no clivada en peroxisoma.

Ej: Tiolasa: precursor N-terminal de 26 aa. clivados. Proteínas integrales de membrana: señales internas

(stop transfer).

MODELOS ALTERNOS DE IMPORTACIÓN PEROXISOMAL

CLASIFICACIÓN DE ENFERMEDADES PEROXISOMALES

Grupo 1. Defectos del ensamblaje peroxisomal

Grupo 2. Déficit de una única enzima peroxisomal

Síndrome de Zellweger X – adrenoleucodistrofia Adrenoleucodistrofia neonatal Pseudoadrenoleucodistrofia neonatal Enfermedad de refsum infantil Pseudo-Zellweger

Acidemia hiperpicólica Deficiencia de la enzima bifuncional Condrodisplasia punctata rizomiélica Enfermedad de Refsum

SÍNDROME DE ZELLWEGER

Enfermedad autosómica recesiva. Peroxisomas “vacios”.

Defecto en proteínas de importación conduce a deficiencia peroxisomal grave. La membrana es ensamblada normalmente pero no hay proteinas de matriz.

Ej. proteína defectuosa: factor 1 de ensamblaje peroxisomal.

Alteraciones metabólicas múltiples: - oxidación, biosíntesis de plasmalógenos.

Manifestaciones clínicas: anormalidades neurológicas, características dismórficas, hepatomegalia, quistes renales múltiples.

Órganos blanco: cerebro, hígado y riñones, muerte poco tiempo después del nacimiento.

ADRENOLEUCODISTROFIA LIGADA A X. (X –ALD)(X –ALD)

Oxidación de VLCFA está alterada específicamente, la de ácidos grasos de cadena intermedia (10-20 C) es normal.

Los VLCFA son transportados normalmente al peroxisoma, pero no son esterificados al derivado acil-CoA y no pueden ser oxidados.

Mutación en gen ALD. Codifica para transportador de CoA sintasa de ácidos grasos de cadena larga.

Desordenes neurológicos severos en niñez que rápidamente llevan a muerte por acumulación de VLCFA en tejidos, plasma.

HIPEROXALURIA TIPO I Deficiencia de la enzima alanina: glioxilato

aminotransferasa I (AGT I), peroxisomal en humanos.

La falla en la detoxificación del glioxilato lleva a la conversión del glioxilato en oxalato con baja solubilidad, lo cual genera oxaluria.

En 20% de casos, se debe a alteración en secuencia de entrada peroxisomal PTS. La señal alterada es reconocida por receptor mitocondrial no por el peroxisomal.

Citoesqueleto

Las tres redes de filamentos están interconectadas

Actina

Microtúbulos

Filamentos intermedios

•5-9 nm de diámetro•Forman redes más densas en el cortex celular•Son muy dinámicos•Componentes: actina y proteínas que interaccionan

Filamentos de actina

•25 nm de diámetro•Un extremo unido al centrosoma y otro libre en citoplasma•Muy dinámicas: crecen y se acortan•Soporte de proteínas motoras: transporte de orgánulos•Componentes: tubulina y varias proteínas ascociadas

Microtúbulos

Tratamiento con colcemida

Filamentos intermedios

•10 nm de diámetro•Muy resistentes y estables•Conectan con desmosomas•Componentes: proteínas fibrosas (queratina, vimentina, GFAP, neurofilamentos, etc)

Filamentos intermedios1. Red que rodea el

nucleo y se extiende hasta la membrana plasmática

2. Lámina nuclear

Soportan tensiones mecánicas mayores que los microtúbulos y la actina

Proteínas de filamentos intermediosTipo de filamento Proteína Localización

Lámina nuclear Lamininas A,B y C(65.000-75.000)

Lámina nuclear

Familia de las vimentinas

Vimentina (54.000) Mesénquima (transitoria durante desarrollo)

Desmina (53.000) Músculo

GFAP (50.000) Glia

Periferina (66.000) Neuronas

Queratinas Tipo I (ácidas)Tipo II (neutras/básicas)(40.000-70.000)

Células epiteliales

Neurofilamentos NF-L, NF-M, NF-H(60.000-130.000)

Neuronas

Filamentos intermedios

Formados por proteínas fibrilares con una región central que contiene repeticiones en heptada.

El tetrámero ( la unidad fundamental) no está polarizada.

Se desensamblan al fosforilarse en los extremos amino.

Cada tipo varía en sus extremos lo que permite, en cada tipo celular, la interacción con diferentes componentes de la célula

Lámina nuclear

Se anclan a la membrana nuclear interna y sirven de anclaje a la cromatina

Su fosforilación produce la rotura de la estructura nuclear en la mitosis

La lámina nuclear está formada por proteínas similares a los filamentos

intermedios

Se ensamblan formando redesEl dímero

forma un complejo similar a la miosina

Epidermolisis bullosa simple

Actina

Microtúbulos

Participación de microtúbulos en el movimiento de orgánulos celulares

Movimientos de agregación y

dispersión de gránulos pigmentarios en células de peces

Imagen de campo claro

Inmunofluorescencia de tubulina

Movimiento microtúbulos y vesículas en pez

La vida media de un microtúbulo es de 10

min

Los microtúbulos pueden formar un nuevo centro

organizador

La vida media de una molécula de tubulina es de 20 horas

Un microtúbulo estás formado por 13 protofiamentos

Sección transversal Vista longitudinal

El heterodímero ab tubulina se ensambla de forma polar

La ab tubulina unida a GTP forma protofilamentos más estables

Polimerización de

tubulina

Los Mts crecen más rapidamente en el extremo +

La inestabilidad dinámica de los Mts depende de la hidrólisis de GTP. El GTP unido a subnidad beta se hidroliza a GDP más lentamente que la incorporación de la subunidad al polímero

Las proteínas asociadas a microtúbulos (MAPs y tau) modifican

sus propiedades

RE Golgi

RE

Golgi

Las proteínas motoras asociadas a Mts determinan la posición de los orgánulos celulares

La interacción entre Mts y la red de actina puede polarizar la célula

Linfocito T citotóxico después de reconocer una célula diana

Estructura de los microtúbulos de cilios y flagelos2 Mts sencillos centrales (13 subunidades)

9 dobletes de Mts especiales (1 de 13 + 1 de 11)Dineina ciliar (cola unida al Mt A)

Axonema

Dineína ciliar

Es un complejo proteico grande de 2x106 daltons

Las colas se unen al Mt A y las cabezas (en una unión dependiente de ATP) al Mt B

El desplazamiento de la cabeza de dineína hacia el extremo menos del Mt B produce la flexión del

cilio

Si se rompen los puentes entre dobletes los dobletes se deslizan

Estirándose hasta 9 veces

Corpúsculos basales

Estructura similar a centríolo:9 tripletes con tres tipos de mts (a, b y c)Puente entre a y cLos Mts de cada uno de los dobletes del axonema ciliar se generan por elongación de dos de los mts del corpúsculo basal

Formación de cilios y flagelos

Cuatro cilios en estadíos sucesivos de formación a partir del corpúsculo basalLos flagelos surgen a partir de uno de los centríolos

En D (formación de la cola de esperma) cada uno de los centríolos en el proceso de formación del flagelo y otras estructuras

Formación de estructura del flagelo en continuidad con dos de los Mts del centriolo

Comparación del movimiento de cilios y

flagelos

Cilios Flagelos

Movimiento ondulante

Movimiento oscilante

6-10 mm

150mm

Comparación de cilios y microvilli

Epitelio del oviducto humano

Epitelio tráquea de rata

La dirección del movimiento ciliar es perpendicular a la línea entre los dos mts centrales. Idéntica orientación del par central en todos los cilios

Enpaquetamiento de cilia en protozoos e invertebrados

Herencia cortical del patrón de orientación de los cilios

en Paramecium

La orientación de los cilios se mantiene por más de 100 generaciones gracias a la duplicación estereospecífica de los corpúsculos basales

Filamentos de actina:•Estructuras estables y lábiles•Actina: proteína muy abundante en todas las células eucariotas•Su polimerización se acopla a la hidrólisis de ATP•El recambio ATP-ADP es muy lento (minutos)

Dos tipos de filamentos de actina

Uniones de miosinas I y II a actina: posibles funciones

Modificación de la polimerización de actina por diferentes proteínas

Diversas disposiciones de los filamentos de actina en la célula

Interacciones moleculares en los contactos focales

La interacción del citoesqueleto de actina con el sustrato en el avance de la célula