Clase 14. Compartimentos intracelulares y transporte

09/11/2009
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
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. Introducción
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.
Las proteínas son importadas hacia el interior de
los orgánulos por medio de tres mecanismos
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 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.
Estructura de la envoltura nuclear.
Compuestas por: dos membranas , una lámina
interna y complejos de poros nucleares.
Envuelta nuclear y tráfico entre el
núcleo y el citoplasma.
1. Separa al núcleo del citoplasma.
2. Proporciona un armazón estructural al núcleo
Membrana externa:
se continúa con la
membrana del retículo
endoplásmico rugoso.
Tiene ribosomas
adheridos
Membrana interna:
contiene proteínas
únicas.
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 nuclear
Estructura 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.
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 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.
3. Trasporte de proteínas a las
mitocondrias
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.
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.
La proteína entra completamente plegada
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 vesículas
1.
Retículo endoplásmico
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
2.
Aparato de Golgi
1.
2.
3.
4.
3.
4.
Reticulo endoplásmico y secreción de proteínas
Marcaje de proteínas para dirigirse al retículo endoplásmico.
Inserción de las proteínas en la membrana del RE.
Plegamiento y procesamiento de las proteínas en el RE
Control de calidad en el RE
RE liso y síntesis de lípidos
Exportación de proteínas y lípidos desde el RE
Organización del golgi
Glicosilación de proteínas en Golgi
Metabolismo de lípidos y polisacáridos en Golgi
Distribución y exportación de proteínas desde el aparato de Golgi
Mecanismo de transporte de vesículas
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 proteínas van entrando en el retículo endoplásmico
a medida que van siendo sintetizadas
Las de membrana quedan “cosidas” a las vesículas. Estas
también tienen secuencia señal.
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
La presencia de señales de inicio y paro determinan
la disposición de las proteínas transmembrana en
la bicapa lipídica
Una vez que la cadena peptídica está en el lumen,
una peptidasa corta el segmento señal.
Integración de una proteína transmembrana en
la membrana del RE
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Transporte vesicular
Integración en la membrana del RE de una proteína
transmembrana de doble paso.
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
En la formación de una vesícula intervienen varias
proteínas:
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.
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
La salida desde el RE está controlada,
asegurando la calidad proteica.
Proteínas
Lípidos
Carbohidratos
1. Retículo endoplásmico
2. Aparato de Golgi
3. Exocitosis 4. Lisosomas
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.
Aparato de Golgi
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.
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
El proceso de secreción es la exocitosis: 2 tipos
1.
2.
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
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
Pinocitosis: ingestión de
Endocitosis
fluídos y moléculas
pequeñas.
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.
Fagocitosis: Ingestión de
partículas grandes (células
muertas…)
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.
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