REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL “FRANCISO DE MIRANDA” AREA: CIENCIAS DE LA SALUD PROGRAMA DE MEDICINA APRENDIZAJE DIALOGICO INTERACTIVO SANTA ANA DE CORO, ESTADO FALCON UNIDAD II: TEMA 3 SINTESIS PROTEICA AUTORES: Briceño, Carlos V- 24.355.100 Gil, Patricia V- 24.587.847 Méndez, Gilmariam V-23.768.638 Ovalles, Alexa V-24.151.716 Silva, Maria B. V- 23.674.730 Dr. Josué Díaz SECCIÓN 16 SANTA ANA DE CORO, 06 DE NOVIEMBRE DE 2013
microscopio fotónico. En cortes coloreados con HE,
algunas células que sintetizan proteínas poseen un
citoplasma basófilo y este hecho se debe a la
abundancia de ribosomas presentes en el retículo
endoplásmico rugoso, pues la Hematoxilina colorea
los ácidos nucleicos
Además del RNA ribosómico (rRNA) y de sus proteínas asociadas que constituyen las sub-unidades mayor y menor de los ribosomas; otros dos tipos de ácido ribonucleico intervienen en la síntesis proteica:
- El ácido ribonucleico mensajero o mRNA y - El ácido ribonucleico de transferencia o tRNA.
Como el rRNA, el mRNA y el tRNA se sintetizan a nivel del núcleo, utilizando como plantilla el DNA cromosómico mediante un proceso conocido con el nombre de TRANSCRIPCION. El mRNA forma una cadena no ramificada de nucleótidos que ni se pliega (como el tRNA) ni se une a proteínas (como el rRNA) y en el cual el número de nucleótidos que le constituyen es exactamente igual al número de nucleótidos que forman el gen o grupo de genes sobre los cuales se transcribe.
De esta manera existe una molécula de mRNA que corresponde a cada gen o grupo de genes y que viene a representar su expresión. Por consiguiente, la molécula del mRNA puede representarse por una línea recta sobre la cual, utilizando la iniciales, se indica la secuencia de las bases que forman los nucleótidos.
3.2. EL CODIGO GENETICO: El código genético es el conjunto de reglas que define la traducción de una secuencia de nucleótidos en el ARNm a una secuencia de aminoácidos en una proteína en todos los seres vivos. El código define la relación entre secuencias de tres nucleótidos, llamadas codones, y aminoácidos. De ese modo, cada codón se corresponde con un aminoácido específico. La secuencia del material genético se compone de cuatro bases nitrogenadas distintas, que tienen una función equivalente a letras en el código genético: adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C) en el ADN y adenina (A), uracilo (U), guanina (G) y citosina (C) en el ARN. Como existen 20 a.a y solo 4 bases en el mRNA, es evidente que cada aminoácido debe ser codificado por lo menos por 3 bases sucesivas, a las cuales se denominara TRIPLETA de base o CODON . Si cada a.a correspondiere a una base, solo podrían utilizarse 4 a.a diferentes para sintetizar las proteínas ya que el mRNA contiene 4 bases distintas (A, G, C Y U). Si cada a.a correspondiera a 2 bases, habría posibilidad de incorporar solo 16 a.a (4 x 4) y seria también insuficiente. En cambio, por 3 bases pueden ser determinado 64 a.a (4 x 4 x 4) Debido a esto, el número de codones posibles es 64, de los cuales 61 codifican aminoácidos (siendo además uno de ellos el codón de inicio, AUG) y los tres restantes son sitios de parada (UAA, llamado ocre; UAG, llamado ámbar; UGA, llamado ópalo). La secuencia de codones determina la secuencia de aminoácidos en una proteína en concreto, que tendrá una estructura y una función específica Puesto que hay 20 a.a y 61 codones, es evidente que muchos a.a, son designados por más de un tripleta. Esto se expresa diciendo que el código genético esta DEGENERADO. El TRIPTOFANO y la METIONINA son los únicos a.a, que están codificados por un solo triplete: UGGy AUG respectivamente. Los otros a.a, codificados por 2 o más tripletas, sobresaliendo en este sentido la LEUCINA, ARGININA y SERINA que poseen 6 codones cada uno. Sin embargo, el código no es ambiguo: cada codón sintetiza siempre el mismo a.a y cuando un a.a es especificado por más de un codón, estos se llaman codones sinónimos. Y de una manera general: 9 a.a poseen 2 sinónimo = 18 codones. 5 a.a poseen 4 sinónimo = 20 codones. 3 a.a poseen 6 sinónimo= 18 codones. 2 a.a poseen 1 sinónimo = 2 codones. 1 a.a poseen 3 sinónimo = 3 codones.
20 a.a 3 codones actúan como puntos (stop) = 3 (64 codones) Las Características del Código Genético fueron establecidas experimentalmente por Francis Crick, Sydney Brenner y colaboradores en 1961. Las principales características genético son las siguientes:
El código está organizado en tripletes o codones: cada tres nucleótidos (triplete) determinan un aminoácido.
El código genético es degenerado: existen más tripletes o codones que aminoácidos, de forma que un determinado aminoácido puede estar codificado por más de un triplete.
El código genético es no solapado o sin superposiciones: un nucleótido solamente pertenece a un único triplete.
La lectura es "sin comas": el cuadro de lectura de los tripletes se realiza de forma continua "sin comas" o sin que existan espacios en blanco.
El código genético nuclear es universal: el mismo triplete en diferentes especies codifica para el mismo aminoácido. La principal excepción a la universalidad es el código genético mitocondrial.
Las moléculas encargadas de transportar los aminoácidos hasta el ribosoma y de reconocer los codones del ARN mensajero durante el proceso de traducción son los ARN transferentes (ARN-t).
Normalmente el ARN-t adopta una estructura de hoja de trébol plegada en forma de L o forma de boomerang.
El que realiza el reconocimiento del codón correspondiente del ARN-m es el anticodón del ARN-t y no el aminoácido.
Los tRNA presentan desde el punto de vista estructural una serie de características comunes:
a) Forman cadenas simples constituidas por 73 o 93 ribonucleótidos. b) Entre 7 y 15 de estos ribonucleótidos contienen bases no usuales, tales como:
c) Como los rRNA y los mRNA, los tRNA son sintetizados por transcripción de segmentos específicos del DNA cromosómico: Se sintetizan siempre cadenas más largas, con mayor número de ribonucleótidos y con las 4 bases estándar (A, C, G y U). Luego, antes de pasar al citoplasma, son separados por acción enzimática los nucleótidos adicionales y también por acción enzimática, algunas bases estándar son modificadas en bases no usuales. Ahora tiende a admitirse, que las bases no usuales tienen por función unir el tRNA a los llamados LUGARES A (de aminoácidos) y P (de péptido) de la unidad mayor de los ribosomas, así como interactuar con la enzima que dirige la formación del enlace peptídico, durante la síntesis proteica.
d) Cuando el tRNA es desprovisto de los nucleótidos adicionales y son modificados algunas de sus bases (de 7 a 15) se establecen apareamientos entre la mayoría de sus bases estándar, lo cual hace que la molécula en su conjunto adopte forma de HOJA de TREBOL.
La estructura secundaria de la molécula del tRNA presenta las siguientes características comunes:
El extremo 5' de la cadena posee un nucleótido de GUANINA que se halla apareado.
El extremo 3' lo forma un trinucleótido A-C-C libre siendo el -OH3' de la ADENINA donde se fija el a.a, por su grupo carboxilo (-COO¬).
Existen dos lazos laterales o brazos laterales a cuyo nivel las bases no se hallan apareadas: uno de ellos, el izquierdo o lazo DHU (porque contiene dihidrouridina) es el sitio por el cual el tRNA se une al ribosoma; el otro o lazo T Psic (porque contiene timina-seudouridina y citosina) es el sitio por el cual se une a la enzima aminoacil-tRNA Sintetasa. Está enzima es especifica para cada aminoácido y su correspondiente tRNA. Posee dos locus de unión: por uno se fija al lazo T Psic y en el otro fija aminoácido que luego traslada a la posición 3' de nucleótido de adenina terminal.
El lazo anticodon es el que reconoce al codon del mRNA. Note que contiene 7 nucleótido, pero solamente los 3 centrales son los que se aparean con la tripleta del mRNA.
Finalmente, hay un BRAZO EXTRA que no es constante, pues solo se forma en los tRNA de cadenas más larga.
e) El reconocimiento del codón no depende del aminoácido unido al tRNA sino de la secuencia de bases en el anticodón.
f) El apareamiento se hace en forma
antiparalela, siendo 5'3' en el codon y 3'5' en el anticodon.
g) Una molécula de tRNA con una definida tripleta de base, su anticodon puede reconocer más de un codon.
- Esto debido a que el apareamiento para las dos primeras bases es estericamente rígido y siempre: A se aparea con U yC se aparea con G -Mientras que para la tercera base es menos rígido:
A y C siempre se aparean con una sola base: U y G respectivamente. Pero U puede aparearse con A y con G G puede aparearse con C y con U I (inopina) puede hacerlo con U, C o A.
- Está menor rigidez para el apareamiento de la primera base del anticodon con la tercera base del codon se denomina BALANCEO y explica la DEGENERACIÓN del código genético. En resumen: Un tRNA particular (para un determinado a.a) puede leer uno, dos o tres tipos de codones: - Lee uno si la primera base de su anticodon es A o C - Las dos si es G o U, y - Las tres cuando es I Por ejemplo: el anticodon 3' A-A-G 5' puede leer dos codones por cuanto su primera base es G.
h) Estudios de difracción de rayos X han permitido establecer que la molécula de los tRNA no existe desplegada, sino como hoja de trébol.
3.4. SINTESIS PROTEICA En primer lugar, en el núcleo de la célula, se realiza la copia de regiones específicas del ADN (los genes) en polinucleótidos (ARN). El ARN conserva la totalidad de la información del ADN y esta etapa se denomina Transcripción del ADN. El ARNm sufre un proceso de maduración y es transportado al citoplasma donde dirigirá la síntesis de una proteína en particular. La traducción de la secuencia de nucleótidos del ADN (gen) en una secuencia de aminoácidos de una proteína se realiza según un conjunto de reglas que constituyen el Código Genético. La secuencia de nucleótidos de la molécula de ARNm se lee en grupos de 3 (triplete) y cada grupo se denomina CODÓN, el cual determina un aminoácido. La Traducción del ARNm en proteína depende de moléculas de ARNt que reconocen a la vez al aminoácido y al grupo de 3 nucleótidos. El mecanismo de reconocimiento del CODÓN en el ARNm es muy complicado y depende de interacciones con el Ribosoma.
El Ribosoma permite el acoplamiento de las moléculas de ARNt (que carga el aminoácido) con la molécula de ARNm (que trae el mensaje). Cada Ribosoma es una "máquina" de síntesis protéica, sobre las cuales se colocan las moléculas de ARNt para leer el mensaje genético codificado en una molécula de ARNm. El ribosoma debe encontrar primero un sitio específico de iniciación en el ARNm para iniciar la fase de lectura y a medida que se desplaza a lo largo de la molecula de ARNm, va traduciendo la secuencia de nucleótidos en secuencia de aminoácidos, codón por codón. Para ello utiliza las moléculas de ARNt, las cuales agregan los aminoácidos a la extremidad de la cadena polipeptídica en formación. Cuando un ribosoma llega al final del mensaje, se separa de la extremidad 3' del ARNm, asi como de la proteína recién formada y es liberado al citoplasma. Etapas de laSíntesis Proteica:
1º Etapa:unión del mRNA a sub-unidades menores de los ribosomas: Las sub-unidades menores solo se unen a la cadena del mRNA a nivel de los codones AUG, llamados también CODONES DE INICIACION. A una cadena de mRNA se unen tantas unidades menores como codones AUG posea, determinándose así el número de ribosomas que formaran el polisoma y por ende el número de cadenas polipeptídicas que se sintetizaran.
Probablemente los codones AUG reconocidos por las sub-unidades menores son los que se hallan precedidos por un codon STOP.
2º Etapa: Unión del Aminoacil-tRNA portador de Metionina al codon Iniciador: El tRNA iniciador que porta siempre un residuo metinilo forma complejos con una proteína iniciadora y GTP, apareándose por su anticodon al codon AUG.
3º Etapa: unión de la sub-unidad grande para formar un Ribosoma completo: Se forma entonces un ribosoma completo por asociación de una sub-unidad grande .Al constituirse el ribosoma completo el Met-tRNA queda unido al SITIO PEPTIDO. Tanto la unión de la unidad ribosomal mayor como la del Met-tRNA al sitio P precisan de energía que se obtiene de la hidrólisis del GTP.
4º Etapa: El crecimiento o Elongación de la cadena peptídica por la unión del segundo aminoacil-tRNA: Fíjese que al formarse el ribosoma completo, mientras el sitio P es ocupado por el Met-tRNA, el sitio A que corresponde al siguiente codón (para el a.a
prolina en nuestro ejemplo) está vació. Entonces, el tRNA especifico para Prolina, portando el a.a, forma complejo con una proteína de elongación (P.E) y GTP y se aparea por su anticodón con el codón Prolina, quedando al propio tiempo unido al sitio A del ribosoma. Una enzima probablemente ribosomal, la PEPTIDOSINTETAZA cataliza la transferencia del residuo Met al residuo Prolina, mediante la formación de un enlace peptídico. Tanto la unión al sitio A, como la formación del enlace peptídico requieren energía, que se obtiene de la hidrólisis del GTP. En cuanto al residuo metionilo (Met) se une al residuo Prolina, su tRNA descargado sale del sitio P, quedando este sitio vació.
5º Etapa: Desplazamiento o Translocación del ribosoma y realización del segundo ciclo de elongación: Una translocasa, que es una enzima ribosómica, hace que el ribosoma se traslade hacia la derecha en la distancia de un nuevo codón. De está manera, el tRNA cargado con el dipéptido Met-Pro queda unido al sitio P del ribosoma; mientras el sitio A, que se corresponde ahora con un nuevo codón (Tirosina en nuestro ejemplo) queda libre. Vuelve entonces a repetirse un ciclo de elongación.
a) Se fija el Tirosina-tRNA al sitio A y se aparea con su correspondiente codón. b) Se transfiere el dipéptido Pro-Met a la Tirosina por formación de un enlace
peptídico, originándose el tripeptído Tirosina-Prolina-Metionina. c) Se libera el tRNA descargado del dipéptido, con lo cual queda libre el sitio P del
ribosoma.
6º Etapa: La terminación de la síntesis de una cadena polipeptídica por la intervención de factores de liberación. La síntesis de la cadena polipeptídica progresa por los mismos mecanismos:
a) Translocación o desplazamiento del ribosoma que deja libre al sitio A. b) Fijación al sitio A de un nuevo aminoacil-tRNA. c) Formación del enlace peptídico que descarga al tRNA unido al sitio P d) Salida del tRNA descargado, dejando libre al sitio P. e) Nueva translocación del ribosoma, etc.
Cuando al realizarse la translocación o desplazamiento del ribosoma al sitio A, queda frente a un codón STOP y no puede unirse a los mismos un nuevo aminoacil-tRNA, por cuanto en las células normales no existen tRNA con anticodones que se apareen con UAA, UGA o UAG. En cambio, a dichos codones se unen proteínas denominadas FACTORES de LIBERACION.
La unión del factor de liberación a un codón STOP y al sitio A, activa una enzima que hidroliza el enlace entre el polipéptido y el tRNA unido al sitio P determinando:
a) Que la cadena polipeptídica abandone al ribosoma. b) Que el tRNA descargado se desprenda del sitio P.
c) Que el ribosoma se disocia en sus sub-unidades 40S y 60S, quedando libre el mRNA para iniciar otro ciclo de síntesis.
Fíjese en lo siguiente:
- Todas las cadenas polipeptídicas se sintetizan desde el extremo amino hasta el carboxilo y comienza por el a.a metionina, el cual puede persistir en la cadena o ser separado por hidrólisis secundaria del enlace peptídico.
- Los codones AUG precedidos de STOP, son codones de iniciación. Si no es así, codifican metionina que queda ubicada en el sitio medio de la cadena peptídica.
- En un polisoma se sintetizan al mismo tiempo, tantas cadenas polipeptídicas como ribosomas posea.
No olvide esto: Las proteínas que se sintetizan en los ribosomas libres, son fundamentalmente proteínas estructurales.
3.5. NUCLEOTIDOS Y ACIDOS NUCLEICOS
El complejo funcional Ribosomas -R. E.- Golgi: caracteres morfológicos y relaciones estructurales.
Es conveniente, antes de iniciar el estudio de los organelos relacionados con la síntesis proteica, precisar los siguientes conceptos:
Definida desde un punto de vista muy general, las células representan conjuntos de proteínas simples y conjugadas. Durante toda la vida de las células sus proteínas constituyentes son continuamente degradadas y, por ende, deben ser sustituidas por nuevas moléculas de recientes síntesis.
La identidad de las células, es decir, sus características morfológicas y funcionales, se mantienen solo a condición de que se mantengan inalteradas cualitativa y cuantitativamente sus proteínas constituyentes. “Una célula se diferencia de otro tipo de célula, porque son también diferentes sus proteínas estructurales y de secreción"
De todo lo anterior expuesto debe concluirse: Una continua síntesis de proteína no es tan solo VITAL para la célula, sino también, determinante del proceso de la DIFERENCIACION celular; esto es, del mantenimiento de las características morfológicas y de los atributos funcionales que la célula posee"
La síntesis proteica se halla bajo el control de los genes contenidos en el DNA cromosómico, a través de la producción de 3 tipos diferentes de ácido ribonucleico (RNA):
El RNA ribosómico o rRNA
El RNA mensajero o mRNA
El RNA de transferencia o tRNA
Considerado desde el punto de vista químico los ácidos ribonucleicos son polímeros de nucleótidos.
Un nucleótido es un fosfato de NUCLEOSIDO.
Un nucleósido es un compuesto que resulta de la unión de una PENTOSA (ribosa o desoxiribosa) con una BASE púrica o pirimídica.
En los ácidos ribonucleicos los nucleótidos están formados por ribosa -5- fosfato unida a las bases puricas adenina y guanina o a las bases pirimidicas citosina y uracilo.
La molécula del nucleótido se puede representar de una manera sencilla; la ribosa por una línea vertical, el fosfato por P y la base por su correspondiente inicial en mayúscula.
Estos serían los 4 tipos de nucleótidos que forman los RNA:
Fíjese, el fosfato va siempre unido al C-5º, de la ribosa y la base al C-1.
La molécula de RNA es una cadena simple, no ramificada, de nucleótidos, que se forma porque el grupo fosfato se esterifica con el grupo 3’- OH de otro nucleótido.
Fíjese:
- Las cadenas de RNA tienen, como las de los polipéptidos,POLARIDAD: en un extremo de la cadena existe un grupo 5º - fosfato libre; mientras en el otro extremo hay un grupo 3º - OH.
- Así como, por convención, las cadenas de polipéptidos se escribe en la dirección AMINO CARBOXILO, las de nucleótidos se escriben en dirección 5’3’
Por ejemplo: Cuando se expresa el trinucleótido ACU se acepta que el grupo 5’ - fosfato está en el nucleótido de adenina y el grupo 3” OH libre en el de uracilo.
- De la misma manera: así como el tripéptido alanina-valina-serina es diferente al tripéptido serina-valina-alanina; el trinucleótido A-C-U es también diferente del trinucleótido U-C-A.
De hecho: Lo que caracteriza a una molécula de RNA es la secuencia de sus bases; mientras los grupos ribosa-fosfato solo constituyen el esqueleto de la molécula.
Esto permite una representación aún más simplificada de las cadenas de RNA.
Una línea continua señala el esqueleto de ribosa-fosfato, sobre la cual se indica la secuencia de bases por sus iniciales respectivas.
Se escribe únicamente la secuencia de bases unidas entre sí por cortos trazos.
CARACTERES MORFOLOGICOS Y COMPOSICION QUIMICA DE LOS RIBOSOMAS
Los ribosomas son organelos que se presentan como gránulos redondeados, muy densos a los electrones, que miden aproximadamente 150 A° de diámetro. Se observan con facilidad en las microfotografías electrónicas obtenidas con aumento adecuado; por el contrario, aunque existen constantemente en las células eucarióticas, no se ven en las preparaciones corrientes teñidas con H/S.
Sin embargo: Cuando los ribosomas se hallan en abundante cantidad, como ellos se tiñen por la hematoxilina debido a su riqueza en RNA, comunican al citoplasma habitualmente eosinófilo, untinta basófilo más o menos acentuado.
Fíjese: Cuando una célula posee citoplasma basófilo, indica que posee ribosoma muy abundante y que, al propio tiempo se halla sintetizado activamente proteínas
Los ribosomas están formados por dos sub-unidades de tamaños diferentes, las cuales pueden ser separadas disminuyendo la concentración de iones Mg del medio.
El tamaño de los ribosomas y de sus sub-unidades se establece midiendo la velocidad de sedimentación en un cuerpo gravitacional.
Esta velocidad se expresa en unidades Svedberg (S).
Los ribosomas intactos tienen un coeficiente de sedimentación de 80 S.
Las dos sub-unidades tienen un coeficiente respectivo de 60 S para la mayor y 40 S para la menor.
El rRNA se sintetiza sobre genes específicos como una única cadena de nucleótidos que pasa intacta al nucleolo de la célula; donde se fragmenta en pieza de 28S, 18S y 7S.
La pieza de rRNA de tamaño intermedio (18 S) se combina aproximadamente con 20 moléculas de proteínas para formar la sub-unidad menor.
Las otras dos piezas de rRNA (28 S + 7 S) se combinan con unas 30 moléculas de proteínas, obteniéndose así la sub-unidad ribosómica mayor.
Tanto la fragmentación de la cadena del rRNA como su unión a proteínas para formar las sub-unidades ribosómicas mayor y menor se realiza en el nucleolo. Desde el nucleolo, las dos unidades pasan a través de la membrana nuclear al citoplasma, en donde permanecen separadas hasta tanto inicien su intervención en la síntesis proteica.
Los ribosomas no solo existen libres en el citoplasma, también se disponen adosados a la superficie externa de las unidades de membrana que forman el llamado Retículo Endoplasmico rugoso.
Este concepto de RIBOSOMA UNIDO A MEMBRANA y de RIBOSOMA LIBRE es fundamental conocerlo por cuanto tiene diferente significación funcional:
- Los RIBOSOMAS LIBRES intervienen en la síntesis de PROTEINAS ESTRUCTURALES, es decir, destinadas a permanecer en la célula para sustituir las proteínas degradas a consecuencia de su funcionamiento.
- Los RIBOSOMAS UNIDOS A MEMBRANA (R.E.R),por el contrario, intervienen en la síntesis de PROTEINAS DE SECRECION, destinadas a salir fuera de la célula como principal constituyente de las secreciones celulares.
Además, los ribosomas libres cuando se hallan sintetizando activamente proteínas estructurales se disponen de tal manera que un cierto número de ellos (5, 10, 20, o más) se reúnen entre sí por una cadena de RNA mensajero.
- Al conjunto formado por varios ribosomas unidos entre sí por una mólecula de mRNA se designa con el nombre de POLIRRIBOSOMA o POLISOMA.
3.6. RETICULO ENDOPLASMATICO CARACTERES MORFOLOGICOS Y COMPOSICIÓN QUIMICA DEL RETICULO ENDOPLASMATICO (R.E).
El retículo endoplasmatico (R.E) es un sistema de membrana que se disponen formando TUBULOS (estructuras huecas alargadas) o VESICULAS (vejiga pequeña), que separan en el interior del citoplasma 2 fases: Una fase está representada por el material situado en el interior de los túmulos y vesículas, la otra, por el citoplasma amorfo que rodea esas estructuras. El aspecto reticular del organelo es solo evidenciable cuando se examinan microfotografias electrónicas tomadas de cortes gruesos de las células; por el contrario, en los cortes finos, sus elementos constitutivos se muestran separados y se denominan, de una manera general, perfiles. Como quedo dicho, se distinguen 2 principales perfiles: alargados o túbulos y redondeado o vesículas. Estas últimas muestran formas diferentes según la cantidad de sustancias que contengan: aplanadas, parcialmente aplanadas y distendidas. Las vesículas grandes y aplanadas, dispuestas habitualmente paralelas entre sí, suelen conocerse con el nombre de CISTERNA. Todos los perfiles del retículo endoplasmico están delimitados por una estructura tipo unidad de membrana que mide aproximadamente 60 A °de espesor. De hecho, la unidad de membrana que constituye el retículo endoplásmico, conjuntamente con los llamados SACULOS INMADUROS del Golgi, representan las membranas biológicas de menor espesor. Como luego explicaremos, la membrana nuclear o CARIOTECA, que parece constituirse a expensas de los elementos del retículo endoplasmático se incluye también en un grupo de membranas biológicas delgadas. 3.6.1. Se han diferenciado dos tipos de retículo endoplasma: el retículo endoplasma rugoso o R.E.R y el retículo endoplasma liso o S.E.R.
La diferencia fundamental entre ambos tipos es la siguiente: En la variedad rugosa la superficie externa de la membrana se encuentra tachonada por RIBOSOMA.En la variedad lisa no existe RIBOSOMA. Sin embargo, es importante saber y recordar que ambas variedades se continúan entre sí. La variedad rugosa puede transformarse en la lisa, o viceversa, por pérdida o ganancia de ribosomas. Fíjese, en el RER los ribosomas
sitúan su unidad más grande contra la membrana y la unidad menor se proyecta hacia al citoplasma amorfo, al igual de lo que sucede en los ribosomas libres, los ribosomas asociados a las membranas del RER forman POLISOMAS que a menudo dibujan a modo de espirales.
Las dos variedades del retículo endoplasma se diferencian tanto desde el punto de vista morfológico como funcional.
a) Desde el punto de vista morfológico la presencia o ausencia de ribosomas es el carácter distintivo fundamental. Además ambas variedades difieren porque mientras el RER aparece comúnmente como perfiles vesiculares, al SER adopta forma de túmulos anastomosados en red. Recuerde que solo el RER está morfológicamente relacionado con la membrana nuclear o carioteca.
-La carioteca es una doble membrana, cada una de 60 A de espesor, separadas entre sí por un espacio de 200 a 300 denominados ESPACIOS PERINUCLEAR.
-La membrana nuclear externa se muestra, como el RER, tachonada por ribosomas y se continúa directamente con este organelo.
-La membrana nuclear esta interrumpida de trecho en trecho por POROS NUCLEARES o espacios que miden 800 a1000 A de diámetro, a través de los cuales se realizan los intercambios macromoleculares núcleo-citoplasmáticos.
b) Cuando se comparan desde el punto de vista funcional las dos variedades del retículo endoplásmico importa descartar 3 aspectos:
- El RER interviene fundamentalmente en la síntesis de proteínas que quedan contenidas en el interior de la vesícula membranosa; las cuales, a posteriori, están destinadas a permanecer en el citoplasma (lisosomas, peroxisomas y vesículas cubiertas) o a salir de la célula como su producto de secreción (vesícula secretorias y gránulos de secreción).
- El SER tiene funciones más variadas habiéndoselas involucrado en la síntesis de lípidos (esteroides, glucolípidos y fosfolípidos) y de glucógeno, en la detoxificación de sustancias y en los mecanismos de concentración de varios iones.
-Finalmente, dado que el RER puede transformarse en SER por simple pérdida de sus ribosomas asociados, debe aceptarse que la constitución en proteínas enzimáticas de sus membranas es la misma que, por consiguiente, las vesículas del RER pueden eventualmente desempeñar todas las funciones del SER.
Consideradas desde el punto de vista de su composición química las membranas del retículo endoplasma son bicapas lípidicas que actúan como barrera de permeabilidad y que, al propio tiempo, sirve como estructura de sostén a proteínas simples y conjugadas (glucoproteinas y lipoproteínas) de cuya actividad
devienen las diferentes funciones que el organelo realiza. 3.7. COMPLEJO DE GOLGI
Es un organoide revestido por membrana, constituido por sáculos aplanados y organizados como una pila de platos.
Cada pila de sáculos forma un Dictiosoma. En la imagen podemos observar 4 de ellos.
Cada dictiosoma está rodeado por VESÍCULAS que provienen del RER o que aseguran el transporte entre los sáculos del Aparato de Golgi hacia la membrana plasmática.
Según el estado funcional de la célula, el Aparato de Golgi está formado por uno o varios dictiosomas. El aparato de Golgi presenta una localización precisa, próximo al núcleo o al CENTROSOMA, vecino a la región organizadora de microtúbulos. Los sáculos están posiblemente unidos entre sí mediante proteínas, de las cuales, muchas aún son poco conocidas
Cada dictiosoma puede ser dividido en tres compartimientos funcionalmente diferentes, según la orientación del flujo de membranas vectorial y permanente: 1.-Sáculo o compartimiento Cis, o cara de entrada, al cual llegan las vesículas de transferencia provenientes del RER. 2.-Sáculo o compartimiento Medio, 3.-Sáculo o compartimiento Trans, o cara de salida, en continuación con la red de canalículos de la RED TRANS-GOLGIANA, que da origen a los gránulos de secreción.
Esta subdivisión morfológica del dictiosoma ha sido establecida gracias a estudios citoenzimológicos o citoquímicos.
Funciones:El Aparato de Golgi recibe material proveniente del RER, lo modifica (GLICOSILACIÓN, SULFATACIÓN, clivaje de precursores...) y luego lo exporta hacia otros compartimientos (membrana plasmática, endosomas y lisosomas), en el marco del movimiento denominado FLUJO VECTORIAL y permanente de membranas.
1.- O-glicosilación de proteínas. 2.- Modificación de las cadenas de oligosacáridos presentes en las glicoproteínas,
mediante fosforilación, eliminación de resíduos, adición de nuevos resíduos. 3.- Almacenamiento de iones de Calcio, como en el Retículo Endoplásmico, las
cisternas del Aparato de Golgi poseen Ca++ATPasas que fijan los iones de calcio. 4.-Síntesis de esfingolípidos en los compartimientos Cis y Medio.
El Aparato de Golgi es una encrucijada que selecciona el destino de vesículas en varios sentidos: 1.-Flujo Vectorial y permanente:
Hacia los endosomas, fagosomas y lisosomas. Hacia la membrana plasmática (secreción constitutiva o regulada). Este material
sufre una maduración antes de ser exocitado. 2.-Flujos Retrógrados: en dirección opuesta al flujo vectorial y permanente
De la membrana plasmática hacia el Golgi Trans. Del Golgi Trans hacia el Golgi Cis y luego el RER.
Aparato de Golgi y Patología:El Aparato de Golgi está implicado en numerosas patologías adquiridas: Enfermedades Autoinmunes, en las cuales el suero de los pacientes contiene
autoANTICUERPOS contra proteínas de la cara citosólica de las membranas de las cisternas, como en el caso de la Diabetes por deficiencia de maduración de la pro-insulina en insulina en las células Beta de los islotes de Langerhans del páncreas.
Enfermedades virales, en las cuales las endoproteasas golgianas degradan los precursores de proteínas de la cápsula viral. La gp 160 del virus del SIDA es clivada en el Golgi en dos glicoproteínas, la gp120 y la gp41. Este clivaje es necesario para el ensamblaje del virus y su exportación al medio extracelular donde podrá infectar otras células.
Enfermedades inducidas por toxinas bacterianas, como la Difteria, llegan al Golgi luego de ser endocitadas y alli son dirigidas hacia otros compartimientos celulares donde logran bloquear procesos celulares y ocasionan daños en la célula infectada.
3.8. LISOSOMAS Son cuerpos densos de 0,25 a 0,5 um de diámetro, delimitados por membrana.
No es posible identificar a los lisosomas sólo por criterios morfológicos, pues presentan forma y aspecto variado, su contenido puede ser muy heterogéneo o poseer inclusiones cristalinas.
Para identificarlos se necesita comprobar la presencia de ENZIMAS, tales como las fosfatasas ácidas e HIDROLASAS, mediante reacciones HISTOQUÍMICAS o INMUNOHISTOQUÍMICAS. Los lisosomas constituyen un compartimiento muy heterogéneo. Las enzimas hidrolasas funcionan a un pH ácido (pH5) y son capaces de hidrolizar el conjunto de familias de moléculas biológicas.
Constitución característica de los lisosomas:
-La membrana lisosomal posee 4 tipos principales de proteínas transmembrana:
1.-Glicoproteínas no enzimáticas, que constituyen MARCADORES para identificar a los lisosomas.
2.-Glicoproteínas enzimáticas, como la fosfatasa ácida.
3.-ATPasa a protones, que transporta iones H+ del citosol hacia la luz del lisosoma y es responsable de su acidez.
4.-Varios tipos de PERMEASAS, algunas de las cuales transportan desde la LUZ del lisosoma al citosol los productos finales del catabolismo lisosomal (aminoácidos). Otras permeasas permiten la entrada directa al lisosoma de materiales para su HIDRÓLISIS.
-La luz del lisosoma contiene otras glucoproteínas con actividad enzimática, las cuales son sintetizadas en el RER y en el Aparato de Golgi.
Clasificación:
Lisosomas Primarios: Son lisosomas recién formados y sin actividad de digestión celular.
Lisosomas Secundarios: Son lisosomas que ya han incorporado elementos para ser degradados.
Los materiales a degradar pueden ingresar al lisosoma por 4 vías diferentes:
1.-ENDOCITOSIS: Las vesículas endocíticas aportan al compartimiento lisosomal materiales provenientes del medio extracelular. De esta manera, la célula asegura su nutrición permanentemente.
2.-FAGOCITOSIS: Este fenómeno es observado en circunstancias fisiológicas en las células denominadas MACRÓFAGOS o fagocitos profesionales. La vacuola fagocítica o fagosoma se recubre de CLATRINA para ser incorporada al compartimiento lisosomal.
3.-AUTOFAGIA: Es un mecanismo utilizado por las células para degradar sus propios organoides y moléculas, garantizando asi su renovación. La VACUOLA autofágica se forma a partir de una cisterna especializada que está en continuidad con la RED TRANS-GOLGIANA.
4.-Entrada directa de péptidos en el lisosoma: Las moléculas provienen del citosol y penetran al lisosoma mediante las PERMEASAS de la membrana lisosomal
El lisosoma secundario resulta de la fusión de un lisosoma primario y una vesícula o VACUOLA (endosoma o fagosoma) que contiene varios materiales para su degradación. Todas las moléculas biológicas son degradadas en los lisosomas en sus metabolitos elementales, los cuales salen al citosol mediante las PERMEASAS de la membrana lisosomal y pueden ser reutilizados en el metabolismo celular. Los lisosomas maduros desprovistos de actividad enzimática almacenan los restos no hidrolizados y constituyen los CUERPOS RESIDUALES. Muchas poblaciones celulares pueden ser capaces de exocitar el contenido de sus lisosomas.
Funciones de los Lisosomas: Nutrición celular:A partir de materiales provenientes del medio extracelular
(ENDOCITOSIS) o intracelular (AUTOFAGIA o entrada directa mediante PERMEASAS). La célula reutiliza los constituyentes elementales (aminoácidos, lípidos, monosacáridos...).
Renovación de moléculas: Moléculas de membranas, citosólicas o de los organoides celulares que han penetrado a los lisosomas mediante los mecanismos descritos anteriormente.
Defensa celular:Protección contra agentes patógenos o sus moléculas. Esto se realiza mediante la FAGOCITOSIS, por la secreción de ENZIMAS lisosomales directamente al medio extra-celular y por la entrada al lisosoma de proteínas extrañas contenidas en el citoplasma de las células afectadas.
Cuerpos Multivesiculares:Se observan en muchos tipos celulares como VACUOLAS rodeadas por membrana que contienen numerosas vesículas de pequeño tamaño en su interior. Son positivos para las reacciones HISTOQUÍMICAS que demuestran Fosfatasa Ácida, por lo que se consideran una variedad de lisosomas. Se ha propuesto que los cuerpos multivesiculares se forman mediante el transporte de vesículas endocíticas hacia endosomas denominados tardíos, los cuales contienen grandes cantidades de membrana invaginada.
No se sabe con certeza si se deben considerar como un compartimiento celular distinto 3.9. PEROXISOMAS Al contrario de los lisosomas que son organelos constantes, los PEROXISOMAS han sido identificados solo en ciertos tipos celulares y en el ser humano, especialmente en el hígado y riñón. LOS PEROXISOMAS SE ORIGINAN EN EL RETICULO ENDOPLASMAGRANULAR (RER) POR GEMACION; ES DECIR, POR UN MECANISMO SIMILAR A COMO SE CONSTITUYEN LAS VESICULAS DE TRANSFERENCIA. En ambos caso se forma una evaginacion de la membrana del R.E.R.: reconociéndose cuando se está formando un peroxisoma, porque la misma se llena con un material granuloso fino, el cual se denomina MATRIZ DEL PEROXISOMA. Desde el punto de vista estructural suelen diferenciarse de las otras formaciones vesiculares incluidas en el citoplasma porque con frecuencia, en el interior de la matriz se observa un CRISTAL DE PROTEINA, posiblemente formado por los enzimas del peroxisoma, el cual se le denomina CENTRO O NUCLEOIDE. ACTIVIDADES FISIOLOGICAS DE LOS PEROXISOMAS: ADEMAS DE POR SU INCONSTANCIA, SU ORIGEN Y ESTRUCTURA, LOS PEROXISOMAS SE DIFERENCIAN DE LOS LISOSOMAS POR SU CONTENIDO ENZIMATICO, LO CUAL LES CONFIERE UNA ACTIVIDAD FUNCIONAL TAMBIEN DIFERENTE.
Hasta el presente no se conoce de una manera definitiva la totalidad de las funciones realizadas por los peroxisomas. a) En el hombre en base a su contenido enzimático se han propuesto las siguientes actividades fisiológicas: La O-aminoácido oxidase y la oxidasa de urato, antiguamente llamada uricaza, sonFLAVOPROTEIN OXIDASAS. Es decir,FLAVOPROTEINAS como el FMN y el FAD: de las cuales se diferencian porque no conducen los electrones a los conjuntos respiratorios para originar ATP, sino directamente del sustrato al oxigeno molecular formando agua oxigenada o peróxido de hidrogeno de allí, el nombre dado a los organelos. Las cadenas polipeptídicas que contienenaminoácidos dextroson toxicas al organismo, o sea, se comportan como antibióticos, por ello se piensa que tales formas isoméricas de los a.a, son automáticamente degradadas por los peroxisomas para prevenir la formación de productos tóxicos. La urato oxidasa tal vez seaimportante para degradar el urato que se forma en el metabolismo de la purinas. Sin embargo, estaenzima tiene una actividad trascendente en AVES y REPTILES, animales en los cuales convierte al ácidoúrico en ALANTOINA. METABOLISMO DE BASES PURICAS La oxidasa de ácidos alfa- hidroxilados en otra flavoprotein oxidasa que ha sido identificada en los peroxisomas hepáticos. La catalasa es una hemoproteína, de estructura similar a los citocromos, presente en altas concentraciones (40%del contenido enzimático) en los peroxisomas del hombre. La función consiste es degradar el peroxido dehidrógeno originado en las reacciones catalizadas por las flavoprotein oxidasas. -De una manera general puede afirmarse que, en el hombre, los peroxisomas realizan una doble función: 1º Mediante sus flavoprotein oxidasas oxidan directamente los sustratos formando aguas oxigenadas.
2º Mediante la catalasa degrada este subproducto peligroso para la vida celular.
b) en las células vegetales los peroxisomas se han encontrado en forma más constante, poseen un contenido enzimático más variado e intervienen, por consiguiente, en funciones diferentes. - Intervienen en la transformaciónde las grasas en hidratos de carbono. Recuerde que en el hombre esta transformación no es posible. En los vegetales se realiza a través de una cadena metabólica similar al CICLO DE KREBS que suele denominarse CICLO DEL GLIOXILATO, de donde el nombre de GLIOXISOMAS dado en ocasiones al organelo.
