Transporte Vesicular: Retículo Sarcoplásmico y Aparato de Golgi

BLOQUE IV: FUNCIONES CELULARES

TEMA 8

TRANSPORTE VESICULAR: RETÍCULO SARCOPLÁSMICO y APARATO DE GOLGI Introducción a la biología celular (ALBERTS) Capítulo 15 "compartimentos y transporte intracelulares" UAX Universidad Alfonso X el Sabio

ÍNDICE

TRANSPORTE VESICULAR: RE y APARATO DE GOLGI

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1. - TIPOS DE TRANSPORTE EN LA CÉLULA EUCARIOTA
2. - COMPARTIMENTOS INTRACELULARES (SISTEMAS DE ENDOMEMBRANA)
   1. - SECUENCIAS SEÑALES DE DISTRIBUCIÓN EN PROTEÍNAS
   2. - RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO
      1. - LISO
      2. - RUGOSO (RER)
         1. - IMPORTACIÓN DE PROTEÍNAS
            1. - TRANSLOCACIÓN COTRADUCCIONAL
            2. - DISTRIBUCIÓN DE PROTEÍNAS EN EL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO
            3. - MODIFICACIONES QUÍMICAS DE LAS PROTEÍNAS
               • N-GLUCOSILACIONES (GLUCOPROTEÍNAS)
               • OXIDACIÓN DE CISTEÍNAS (PUENTES DISULFURO)
         2. - FORMACIÓN DE VESÍCULAS DE TRANSPORTE (EXPORTACIÓN DE PROTEÍNAS FUERA DEL RE)
         3. - FUSIÓN DE VESÍCULAS DE TRANSPORTE
         4. - TRANSPORTE ANTERÓGRADO y DE RECUPERACIÓN DE VESÍCULAS
            • VÍA DE RECUPERACIÓN AL RE: PROTEÍNAS CON SECUENCIA KDEL
            • VÍA ANTERÓGADA AL APARATO DE GOLGI
   3. - APARATO DE GOLGI
      1. - MODIFICACIÓN DE OLIGOSACÁRIDOS DE N-GLUCOSILACIONES (RE)
      2. - INCORPORACIÓN y MODIFICACIÓN DE OLIGOSACÁRIDOS DE O-GLUCOSILACIONES (AG)
   4. - OTROS DESTINOS: SISTEMA LISOSOMAL, MEMBRANA PLASMÁTICA y MEDIO EXTRACELULAR (EXOCITOSIS)

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TIPOS DE TRANSPORTE EN LA CÉLULA EUCARIOTA

Cuando una proteína debe llegar al interior de un orgánulo delimitado por una membrana, se encuentra con un problema: las proteínas que sean hidrófilas deben atravesar una barrera (la membrana) altamente hidrófoba. Para solucionar esto la célula ha desarrollado distintas vías:

1. - Transporte a través de los complejos de poro nuclear (envuelta nuclear)
2. - Transporte a través de transportadores específicos de membrana (mb. plasmática, mitocondrias, peroxisomas)
3. - Transporte mediado por vesículas (retículo endoplasmático, aparato de Golgi, endosomas, lisosomas, mb. plasmática)

nucleus 1 TRANSPORT THROUGH NUCLEAR PORES chloroplast 2 TRANSPORT ACROSS MEMBRANES mitochondrion proteins made in cytosol peroxisome ER 3 TRANSPORT BY VESICLES -el propio RE -aparato de Golgi -lisosomas -endosomas -membrana plasmática -exterior celular (A) 200 nm nuclear envelope 10 min 30 min € (B) LOCALIZATION OF T-ANTIGEN CONTAINING A MUTATED NUCLEAR IMPORT SIGNAL Pro-Pro-Lys Thr Lys Arg Lys-Val- 40 min 50 min nucleus cytosol 100 nm El retículo endoplasmático (RE) está organizado en forma de una red laberíntica de túbulos ramificados y de sáculos aplanados que se extienden por todo el citoplasma. Los túbulos y los sáculos están interconectados y su membrana es continua con la membrana nuclear externa. La membrana del retículo es el lugar de producción de todas las proteínas transmembrana y lípidos de la mayoría de los orgánulos celulares, incluyendo: Biología molecular de la célula, quinta edición (@ Garland Science 2008 y Ediciones Omega 2010) (A) LOCALIZATION OF T-ANTIGEN CONTAINING ITS NORMAL NUCLEAR IMPORT SIGNAL Pro-Pro-Lys Lys Lys Arg Lys-Val-UAX Universidad Alfonso X el Sabio

COMPARTIMENTOS INTRACELULARES

SISTEMAS DE ENDOMEMBRANA

CÉLULA ANIMAL Centrosoma con un par de centríolos Microtúbulo Cromatina (DNA) Matriz extracelular Poro nuclear Vesículas ... 00 Lisosoma Mitocondria 5 um Filamentos de actina Nucléolos Núcleo Retículo endoplasmático Peroxisoma Membrana plasmática Ribosomas del citosol Aparato de Golgi Filamentos intermedios Biología molecular de la célula, quinta edición (@ Garland Science 2008 y Ediciones Omega 2010)UAX Universidad Alfonso X el Sabio

COMPARTIMENTOS INTRACELULARES

SISTEMAS DE ENDOMEMBRANA Y VOLUMEN CELULAR

TABLE 15-2 THE RELATIVE VOLUMES OCCUPIED BY THE MAJOR MEMBRANE-ENCLOSED ORGANELLES IN A LIVER CELL (HEPATOCYTE) INTRACELLULAR COMPARTMENT PERCENTAGE OF TOTAL CELL VOLUME APPROXIMATE NUMBER PER CELL endosome cytosol Cytosol 54 1 Mitochondria 22 1700 peroxisome mitochondrion Endoplasmic reticulum 12 1 Nucleus 6 1 .... endoplasmic reticulum with membrane-bound polyribosomes Golgi apparatus 3 1 free nucleus Peroxisomes 1 400 polyribosomes Lysosomes 1 300 plasma membrane Endosomes 1 200 - 15 um 46 % Biología molecular de la célula, quinta edición ( Garland Science 2008 y Ediciones Omega 2010) lysosome Golgi apparatusUAX Universidad Alfonso X el Sabio

SECUENCIAS SEÑALES DE DISTRIBUCIÓN EN PROTEÍNAS

Como ya sabemos la síntesis de proteínas comienza en el citosol y es llevada a cabo por los ribosomas. El destino de cualquier proteína sintetizada dependerá de la secuencia de aminoácidos, el cual, que puede contener una `SECUENCIA SEÑAL DE DISTRIBUCIÓN" (o peptidos señal) que va a dirigir a la proteína hacia un orgánulo determinado, en el cual es requerida su presencia. Las proteínas que no tengan esta señal van a quedar como residentes permanentes en el citosol. TABLE 15-3 SOME TYPICAL SIGNAL SEQUENCES UNFOLDED PROTEIN FOLDED PROTEIN COOH COOH NH2 signal sequence Retention in lumen of ER Import into mitochondria +H_N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-GIn-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe- Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu- Leu- (A) Dirigida hacia algún compartimento Import into nucleus Import into peroxisomes -Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val- -Ser-Lys-Leu- H2N COOH H2N COOH regions contributing to signal patch (B) Residente en el citosol (hidrosoluble) - unfolded polypeptide nonpolar side chains polar side chains polypeptide backbone polar side chain on the outside of the molecule can form hydrogen bonds to water hydrophobic core region contains nonpolar side chains Biología molecular de la célula, quinta edición (@ Garland Science 2008 y Ediciones Omega 2010) FUNCTION OF SIGNAL Import into ER EXAMPLE OF SIGNAL SEQUENCE +H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly- Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-GIn-Leu-Thr-Lys- Cys-Glu-Val-Phe-Gln- -Lys-Asp-Glu-Leu-COO- H2N signal patch Positively charged amino acids are shown in red, and negatively charged amino acids in blue. An extended block of hydrophobic amino acids is shown in green. +H3N indicates the N-terminus of a protein; COO- indicates the C-terminus. The ER retention signal is commonly referred to by its single-letter amino acid abbreviation, KDEL. folded conformation in aqueous environmentUAX Universidad Alfonso X el Sabio

SECUENCIAS SEÑALES DE DISTRIBUCIÓN EN PROTEÍNAS Y SU FUNCIÓN

Las secuencias señal son necesarias y suficientes para dirigir la proteína hacia distintos orgánulos. Suelen estar constituidas por secuencias de aminoácidos que pueden variar de entre 10 a 60 aminoácidos y localizadas en diferentes regiones dependiendo del tipo de proteína: extremos amino o carboxilo terminales o a lo largo de la secuencia polipeptídica. La polaridad, hidrofobicidad y distribución de cargas, determina que sean o no reconocidas por otras proteínas que las dirigen al compartimento correspondiente. TABLE 15-3 SOME TYPICAL SIGNAL SEQUENCES FUNCTION OF SIGNAL EXAMPLE OF SIGNAL SEQUENCE Import into ER +H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly- Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-GIn-Leu-Thr-Lys- Cys-Glu-Val-Phe-Gln- Retention in lumen of ER -Lys-Asp-Glu-Leu-COO- Import into mitochondria +HẸN-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-GIn-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe- Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu- Leu- Import into nucleus -Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val- Import into peroxisomes -Ser-Lys-Leu- Positively charged amino acids are shown in red, and negatively charged amino acids in blue. An extended block of hydrophobic amino acids is shown in green. +H2N indicates the N-terminus of a protein; COO- indicates the C-terminus. The ER retention signal is commonly referred to by its single-letter amino acid abbreviation, KDEL. cytosolic protein (no signal sequence) ER protein with signal sequence removed ER ER signal sequence attached to cytosolic protein ER cytosol ER protein ER signal sequence cytosolic protein with ER signal sequence (A) NORMAL (B) SWITCHED SIGNAL SEQUENCES Gracias a la identificación de estas secuencias señal, podemos regular la localización de una proteína cualquiera. Biología molecular de la célula, quinta edición (@ Garland Science 2008 y Ediciones Omega 2010)UAX Universidad Alfonso X el Sabio

RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO

TRANSPORTE VESICULAR

Transporte de proteínas a través de vesículas originadas en el Retículo Endoplasmático Existen dos zonas bien diferenciadas en el RE:

1. RE rugoso: la mayoría de la importación de proteínas por el RE ocurre cotraduccionalmente. En este tipo de transporte, el ribosoma que está sintetizando la proteína está unido directamente a la membrana del RE. A las zonas donde abundan este tipo de complejos se les denomina: RE rugoso.
2. RE liso: son zonas dentro del retículo que carecen de ribosomas.

A la zona delimitada por la envoltura membranosa del RE se le denomina luz o lumen del RE 200 nm (B) rough ER smooth ER retículo endoplasmático endosoma temprano CITOSOL cisterna vesícula secretora complejo de Golgi El RE actúa como punto de entrada tanto para las proteínas destinadas a otros orgánulos, como para él mismo. Todas las proteínas destinadas a RE, Golgi, lisosomas, superficie celular o las destinadas al medio extracelular, deben ingresar primero en el RE. Biología molecular de la célula, quinta edición (@ Garland Science 2008 y Ediciones Omega 2010) lisosoma membrana plasmática endosoma tardío membrana nuclear ER lumenUAX Universidad Alfonso X el Sabio

RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO

RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO LISO

ALMACÉN DE CALCIO INTRACELULAR

Na+-driven Ca2+ exchanger Ca2+-pump Ca2+ Ca2+ plasma membrane Na+ ATP ADP +Pi [Ca2+] = 10-7 M CYTOSOL Ca2+-pump in ER membrane Ca2+-binding molecules in cytoplasm active Ca2+ import in mitochondrion plasma membrane ATP ADP +P; Ca2- Ca2+ calcium-binding molecule endoplasmic reticulum mitochondrion CYTOSOL

TRANSDUCCIÓN O CASCADA DE SEÑALES MEDIADAS POR PROTEÍNAS G

signal molecule inositol phospholipid activated GPCR activated phospholipase C diacylglycerol W P - P P GTP activated G-protein a subunit P P P inositol 1,4,5-trisphosphate (IP3) Ca 2+ open Ca2+ channel endoplasmic reticulum Biología molecular de la célula, quinta edición (@ Garland Science 2008 y Ediciones Omega 2010) [Ca2+] = 10-3 M activated PKC