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The Cell: an on line tutorial by @munevarjuan
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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