Consiste en una serie de sacos aplanados o cisternas formando pilas. Cada pila consiste de 3 a 6 cisternas y su número depende del tipo de célula.

APARATO DE GOLGI

Las cisternas del Golgi están organizadas en una serie de compartimentos de procesamiento: • Red Golgi cis (CGN)• Cisternas cis,• Cisternas mediales,• Cisternas trans, • Red Golgi trans (TGN)

Alberts et al, 2002

COMPARTIMENTALIZACIÓN FUNCIONAL DEL APARATO DE GOLGI

Alberts et al, 2002

UNIDADES FUNCIONALES DEL APARATO DE GOLGI

Conformado por una o varias unidades funcionales llamadas DICTIOSOMAS .El número de dictiosomas varía en las distintas clases de células

Las células secretorias polarizadas poseen un solo dictiosoma grande ubicado entre el núcleo y la superficie celular, donde se libera la secreción: células de copa de la mucosa intestinal, de la tiroides y del páncreas exocrino.

Otras células poseen varios dictiosomas pequeños distribuidos por todo el citoplasma: células plasmáticas, los hepatocitos y las neuronas.

APARATO DE GOLGI

Las moléculas que arriban a la TGN son transferidas mediante vesículas transportadoras hacia la membrana plasmática,lisosomas o los endosomas.

Cada DICTIOSOMA está integrado por:• Una Red cis (CGN) que sólo

reciben vesículas transportadoras Provenientes del RE.

• Una Red Trans (TGN)• Una Cisterna Cis, Una cisterna

Trans y una Cisterna media

Las proteínas que funcionan dentro del aparato de Golgi son retenidas como proteínas de membrana . Las señales de retención de varias proteínas del Golgi están localizadas en sus dominios de transmembrana, lo que previene que sean empacadas en vesículas que abandonan TGN. Sin embargo, no hay una secuencia común y es posible que la señal sea la estructura secundaria o la terciaria. Varias enzimas localizadas en la membrana del Golgi como galactosiltransferasa y sialiltransferasa, tienen una estructura similar: un solo dominio de transmembrana con un corto N-terminal hacia el citosol y un largo dominio C-terminal, que contiene el sitio catalítico hacia el lumen.

Alberts et al, 2002citosol

lumen GolgiClase 1, TipoII

PROTEÍNAS DEL APARATO DE GOLGI

Muchos de los grupos oligosacáridos adicionados a las proteínas en el RE sufren modificaciones en el aparato de Golgi.

Las proteínas solubles y de membrana entran al Golgi cis en vesículas de transporte (COP-II), desde el RE.

Si poseen la señal de retención KDEL vuelven al RE. Lis-Asp-Glu-Leu (KDEL) en vesículas (COP-I) por la de vía de recuperación.

Cooper, 2000

COPII

COPI

ERGIC

LAS PROTEÍNAS SON MODIFICADAS Y EN EL APARATO DE GOLGI

• La glucoproteína sintetizada en el RE llega al A.de Golgi mediante una vesícula transportadora para continuar procesándose.

• La cadena oligosacárida experimenta nuevos agregados y remociones de monosacáridos, según el tipo de glucoproteína que se requiere formar.

PROCESAMIENTO DE OLIGOSACÁRIDOS

Las enzimas responsables de este procesamiento obran secuencialmente, para lo cual se hallan distribuidas en las cisternas siguiendo el orden en que actúan.

Los oligosacáridos son procesados en una secuencia ordenada de reacciones. 1º Remoción de 4 residuos manosa (Golgi cis).2º Adición secuencial de una N-acetilglucosamina , la remoción de otras dos manosas y la adición de dos N-acetilglucosaminas más. En esta etapa las proteínas se hacen resistentes a endoglicosidasas específicas3º Adicion al oligosacárido tres residuos galactosa y tres ácido siálico .

GLICOSILACIÓN DE PROTEÍNAS DESTINADAS A LA MEMBRANA PLASMÁTICA

MODIFICACIÓN DE PROTEÍNAS DESTINADAS A LISOSOMAS

Las proteínas destinadas a lisosomas son reconocidas y modificadas en el Golgi cis, por la adición al oligosacárido de grupos fosfato : N-acetilglucosamina fosfato a residuos manosa

Los grupos N-acetilglucosamina son luego removidos, dejando grupos manosa-6-fosfato (M6P) en el oligosacárido.

Esta modificación (fosforilacion) impide la remoción de estos residuos durante el procesamiento posterior.

DESTINACIÓN DE PROTEÍNAS A LISOSOMAS

Las proteínas con el marcador M6P son reconocidas por proteínas receptoras presentes en las membranas de la TGN y transportadas a lisosomas vía endosomas tardíos, en vesículas de transporte recubiertas de la proteína CLATRINA.

ENDOSOMA TARDÍO

lisosoma

DESTINACIÓN DE PROTEÍNAS A LISOSOMAS

Alberts et al, 2002

GLICOSILACIÓN DE UNIÓN-O

Es la modificacion de proteínas por adición de azúcares (oligosacáridos cortos de 1 a 4 residuos de azucares) a las cadenas laterales de residuos serina o treonina dentro de secuencias específicas de Aas, quienes generalmente unen N-acetilgalactosamina a la que se pueden agregar otros azúcares, de uno a la vez, y son catalizada por diferentes glicosiltransferasas.

El proceso comienza en el Golgi cis y finaliza en el trans

TRANSPORTE DESDE EL APARATO DE GOLGI

Las proteínas que salen por la TGN en vesículas de transporte son destinadas a la superficie celular u a otro compartimiento.

En ausencia de señales específicas de destinación, las proteínas son llevadas a la membrana plasmática por SECRECIÓN CONSTITUTIVA

Alternativamente, en algunas celulas, las proteínas pueden ser destinadas a otros organelos (lisosomas): SECRECIÓN REGULADA donde las vesículas son retenidas en el citoplasma hasta la llegada de una sustancia inductora u otra señal que ordene su liberación.

Modelo de transporte vesicular: las cisternas son estructuras estáticas y las proteínas en tránsito se transportan en vesículas COP-I que yeman de un compartimento y se funden con el siguiente. El flujo retrogado se haría también a través de vesículas COP-I.Modelo de maduración de las cisternas : Las cistenas son estructuras dinámicas que maduran a medida que se movilizan al través de la pila. La compartimentalización de las enzimas del Golgi se haría por flujo retrógrado en vesículas COP-I.

TRANSPORTE DE PROTEÍNAS EN LAS CISTERNAS DEL GOLGI

Alberts et al, 2002

• Las lipoproteínas y la bilis en los hepatocitos pasan por el aparato de Golgi.

• Los quilomicrones del intestino producidos por los enterocitos,

• La síntesis de lípidos en glándulas sebáceas y sudoríparas,

• La esteroidogénesis en las células de Leydig.

SECRECIÓN DE LIPIDOS

En la enfermedad de células I (mucolipidosis II), a causa de transtornos genéticos los fibroblastos no poseen N-acetilglucosamina transferasa, de modo que no se forman manosas 6-fosfato para las enzimas hidrolíticas destinadas a los endosomas, se acumulan entonces sustratos no digeridos en los lisosomas

Son orgánulos (vesículas o cisternas relativamente pequeñas) localizados funcionalmente entre el AG y la membrana plasmática.

Su membrana pose una bomba protónica que cuando se activa transporta H+ del citosol, cuyo pH desciende a 6.

ENDOSOMA

Es el lugar de la célula donde convergen tanto los materiales que van a ser digeridos –ingresados por endocitosis- como las enzimas hidrolíticas encargadas de hacerlo.

Se cree que la combinación de estos elementos convierte al endosoma en lisosoma.

• LOS PRIMARIOS (tempranos o iniciales) se localizan cerca de la membrana plasmática, sirve como estación de relevo para canalizar el material endocitado , además, devuelve a la membrana plasmatica las porciones de membrana y los receptores traídos por las vesículas pinocíticas.

• Tiene un pH de 6,2 a 6,5.

EXISTEN DOS CLASE DE ENDOSOMAS

• Tienen una estructura mas compleja• Su pH es mas ácido, con un promedio

de 5.5• Las sustancias que se transportan

hacia los endosomas tardíos al final son degradas en los lisosomas en un proceso por defecto que no necesita ninguna señal adicional

LOS SECUNDARIOS (tardios o finales, prelisosomas.) se localizan cerca del complejo de Golgi y del núcleo

ENDOCITOSIS

Son procesos de transporte vesicular en los cuales las macromoléculas y las partículas entran en la célula

PINOCITOSIS: comprende el ingreso de líquidos junto con las macromoléculas y los solutos disueltos en ellos. Prácticamente todas las células del organismo realizan pinocitosis

LA PINOCITOSIS INESPECÍFICA o

endocitosis clatrina independiente ocurre en todos los tipos celulares.

• PINOCITOSIS REGULADA o endocitosis clatrina dependiente, las sustancias interactúan con receptores específicos localizados en la membrana plasmática y ello desencadena la formación de las vesículas pinocíticas.

La GTPasa llamada DINAMINA media la liberación de la vesículas con cubierta de clatrina desde la membrana plasmática

TRANSCITOSIS

los materiales ingresados por endocitosis por una cara de la célula atraviesan el citoplasma y salen por exocitosis por la cara opuesta.

POTOCITOSIS

Mecanismo que interna solutos por invaginaciones muy pequeñas a patir de las balsas lipídicas de la membrana plasmática

Las caveolas son abundantes en las células endoteliales, musculares y adipocitos.

• FAGOCITOSIS o endocitosis clatrina independiente y actina-dependiente, la membrana emite prolongaciones envolventes que rodea el material hasta dejarlo englobado en el interior del citoplasma formando el FAGOSOMA.

• Particularmente en los macrófagos y en los leucocitos neutrófilos

• Una vez que el material fijado sobre la superficie externa de la membrana plasmática se emite prolongaciones envolventes que los rodean hasta dejarlo englobado en el interior del citoplasma, llamada fagosoma, el cual se fusiona con un endosoma secundario que recibe enzimas hidrolíticas del complejo de Golgi y se convierten en FAGOLISOSOMAS.

• El proceso culmina con la degradación de material por parte de las enzimas.

FAGOLISOSOMAS

Son organelos limitados por una membrana. Presentan una gran diversidad de formas y tamaños y contienen un conjunto de enzimas hidrolíticas (~40 tipos), que catalizan la digestión controlada de macromoléculas: proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos y lípidos. Presentan gran diversidad morfológica y una variedad de funciones digestivas que incluyen la degradación de componentes obsoletos de la célula y de material extracelular (i.e. destrucción de microorganismos fagocitados).

Visualización histoquímica de lisosomas: se observan precipitados de fosfato de plomo indicando la presencia de una fosfatasa ácida, marcadora de lisosomas.

vesículas con hidrolasas desde el Golgi

LISOSOMAS

Organelos que contienen hidrolasas ácidas (nucleasas, proteasas, glicosidasas, lipasas, etc), enzimas que requieren un pH de alrededor de 5,5 en su interior para su actividad óptima.

lumen

citosol

H+

LISOSOMAS

La membrana del lisosoma normalmente mantiene estas enzimas digestivas fuera del citosol, aunque éstas no funcionarían allí pues éste tiene un pH de aprox. 7,2.

El pH acídico del lumen del organelo se mantiene debido a la presencia de su membrana de una bomba de H+ tipo V que impulsa la acumulación de protones.

Los endosomas tardíos contienen el 20% del pool de hidrolasa total y son el principal sitio de proteólisis. Los lisosomas contienen la mayor parte del pool de hidrolasa pero solo el 20% de la proteólisis total se realiza en ellos. Se postula que los lisosomas principalmente serían organelos de almacenamiento de estas hidrolasas

En la membrana de los lisosomas existen proteínas de transporte lo que permite que los productos finales de la digestión de las macromoléculas tales como amino ácidos, azúcares, nucleótidos, etc., sean transportados al citosol donde pueden ser reutilizados o exportados fuera de la célula. Ej.:El cotransportador LYAAT1/PAT1 que exporta aminoácidos neutros y H+s al citosol.

SISTEMAS DE TRANSPORTE EN LISOSOMAS

ENFERMEDAD PRODUCTO INTERMEDIO ACUMULADO

DEFECTO ENZIMÁTICO

Enfermedad de Tay-Sachs Gangliósido GM2 Hexosaminidasa A

Enfermedad de Gaucher Glucocerebrósido -glucosidasa

Enfermedad de Niemann-Pick Esfingomielina Esfingomielinasa

Enfermedad de Krabbe Galactocerebrósido -galactosidasa

Enfermedad de Fabry Trihesóxido de ceramida -galactosidasa

Síndrome de Hurler (MPS I) Dermatán y Heparán sulfato α-iduronidasa

Síndrome de Hunter (MPS II) Dermatán y Heparán sulfato Iduronato-2-sulfatasa

Enferm. de Pompe (Glucogenosis de Tipo II) Glucógeno Glucosidasa α

ENFERMEDADES LISOSOMALES

-Catabolismo incompleto del sustrato, con acumulación del metabolito insoluble.

- Organelos llenos de macromoléculas parcialmente digeridas, aumentan en cantidad y tamaño.

- Interferencia con función celular normal (enfermedad por almacenamiento lisosomal o tesaurismosis).

La deficiencia de una enzima funcional lisosomal, genera:

PEROXISOMAS• Morfológicamente son parecidos a los

lisosomas: partículas esféricas limitadas por una membrana

• Con un diámetro variable entre 0.3 y 1.5 μm de diámetro, y con un contenido enzimático.

• Su membrana posee TRANSPORTADORES DE ELECTRONES como el citocromo b5, y las enzimas NADH-citocromo b5

reductasa y NADH-citocromo P450 reductasa.

• Su composición es similar a la del retículo endoplasmático.

• Presentan una matriz formada por proteínas enzimáticas, muchas de ellas peroxidasas, la que nunca suelen faltar es la CATALASA

ORIGEN DE LOS PEROXISOMAS

• Se cree que se originarían como una gemación de RER.

• En la membrana del peroxisoma hay unas proteínas que son comunes a la membrana del RER y a la del peroxisoma.

También se cree que sean capaces de reproducirse, previo crecimiento seguido de fisión. En tal caso los componentes de la membrana serían importados del citoplasma a través de proteínas translocadoras.

Contienen enzimas que utilizan el oxígeno molecular para eliminar átomos de hidrógeno de sustratos específicos, a través de una reacción oxidativa que produce H2O2 RH + O2 R + H2O2

El H2O2 resultado de la reacción es un producto altamente tóxico que es eliminado por otra enzima del peroxisoma, la catalasa, según la reacción: 2 H2O2 2 H2O + O2

FUNCION

• Actividad enzimática

• Catabolismo de las purinas

• β-oxidación de los ácidos grasos

• Detoxificación

Junto a las mitocondrias, son los principales sitios de utilización de oxígeno.

METABOLISMO DE LOS LIPIDOS: B-Oxidación de los ácidos grasos. Entre un 10 a 25% de los ácidos grasos se degradan en los peroxisomas y el resto en las mitocondrias.El proceso de degradación conduce a la formación de acetil CoA.

IMPORTACIÓN DE PROTEÍNAS A LOS PEROXISOMAS

Muchas proteínas de la matriz peroxisómica utilizan una secuencia señal SKL (Ser-Lis-Leu), ubicada en el extremo C-terminal que no se separa tras la importación. Estas proteínas se unen al receptor citosólico PTS1.

ENFERMEDADES ORIGINADAS EN LOS PEROXISOMAS

ALTERACIONES DE LA BIOGÉNESIS DEFICIENCIA DE UNA ENZIMA PEROXISOMAL

Sindrome de Zellweger Deficiencia de proteinas translocadoras de enzimas al peroxisoma

Adrenoleucodistrofia neonatal Deficiencia de Acil CoA oxidasa

Enfermed. de Refsum infantil Deficiencia de tiolasa peroxisomal

Condrodisplasia punctata rizomiélica Defic. de Dihidroxi-acetona-fosfato acil sintetasa (DHAPT)

a) Síndrome Zellweger b) Adrenoleucodristofia neonatal c) Enferm. de Refsum infantil.