Enocitosis y Exocitosis

ENDOCITOSIS Y EXOCITOSIS

Las vesículas de secreción viajan desde el complejo de Golgi hasta la membrana plasmática, con la que se fusionan, produciéndose la exocitosis de la secreción.

La secreción inicialmente liberada es la de aquellas vesículas que ya se encontraban bajo la membrana plasmática en el momento de ser administrados los fármacos inhibidores del transporte.

Los microtúbulos no intervienen en la secreción de lípidos y derivados lipídicos, ya que éstos se difunden por el hialoplasma y no viajan en vesículas.

La formación de la pared celular es un proceso de exocitosis (secreción) en el que intervienen también los microtúbulos.

En células vegetales existen microtúbulos periféricos que se disponen paralelos a las microfibrillas de celulosa de la pared celular.

Del complejo de Golgi emigran vesículas de exocitosis hacia la membrana plasmática, a la que se fusionan vertiendo hacia el exterior parte de las sustancias fabricadas por la célula y que constituyen secreciones celulares.

Las proteínas y otras macromoléculas pueden ser también segregadas hacia el exterior por un proceso inverso denominado exocitosis.

 Un transporte combinado es el paso de sustancias de un lado a otro de la célula (transcitosis).

La endocitosis es un proceso por el cual la célula interioriza los receptores de la superficie celular y los ligandos extracelulares unidos a ellos.

 Las partículas muy grandes entran en la célula mediante la función especializada de la membrana celular, la endocitosis.

Las formas principales de endocitosis son la pinocitosis y la fagocitosis.

Los microtúbulos no intervienen en la formación de las vesículas de endocitosis por invaginación de la membrana plasmática, sino en el transporte de estas vesículas por el interior de la célula.

El adaptador mejor estudiado que opera en conexión con la endocitosis mediada por clatrina es AP2.

AP2 posee dos subunidades, la subunidad U que se acopla a las colas citoplasmáticas de los receptores específicos en la membrana plasmática, y la subunidad B de los adaptadores AP2 que se une y congrega las moléculas de clatrina de la celosía suprayacente.

La endocitosis puede dividirse en dos categorías.

• ·         Endocitosis por volumen. Captación inespecífica de líquidos extracelulares. Cualquier molécula, grande o pequeña, que esté presente en el líquido abarcado también entra a la célula.

     La endocitosis por volumen también retira porciones de la membrana plasmática y puede funcionar sobre todo en el reciclaje de membrana entre la superficie celular y los compartimientos internos.

• ·         Endocitosis mediada por receptor. Se refiere a la captación de macromoléculas extracelulares específicas (ligandos) después de su unión con receptores en la superficie externa de la membrana plasmática.

·         En general, los receptores se concentran en orificios pequeños de la superficie externa de la membrana celular, que se conocen como hendiduras revestidas.

·         En el interior de la membrana celular, por debajo de estas hendiduras, hay una red de una proteína fibrilar que se conoce como clatrina.

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       Vía endocítica

• ·         La endocitosis del primer grupo de receptores casi siempre deriva en la entrega de los materiales unidos, como el hierro y el colesterol, a la célula, y el receptor regresa luego a la superficie celular para realizar más rondas de captación.
• ·         Los materiales unidos con la vesícula se transportan a una red dinámica de túbulos y vesículas conocidas en conjunto como endosomas, que representan los centros de distribución a lo largo de la vía endocítica.
• ·          El líquido de la luz de los endosomas se acidifica por efecto de una ATP-asa de H+ en la membrana limitante
• ·         Los endosomas se dividen en dos clases diferentes, los endosomas tempranos, que casi siempre se localizan cerca de la región periférica de la célula, y los endosomas tardíos, que por lo general se hallan más cerca del núcleo.
• ·         Las vesículas que se forman de estos túbulos llevan a los receptores de regreso a la membrana plasmática para efectuar más rondas de endocitosis.
• ·         Los ligandos liberados se concentran en un compartimiento de clasificación antes de enviarse hacia un endosoma tardío y al final a un lisosoma, donde ocurre el procesamiento final.

Transporte Vesicular

TRANSPORTE VESICULAR

·      Orgánulo que forma un compartimiento pequeño y cerrado, separado del citoplasma por una bicapa lipídica.
·      El término vesícula se refiere a un portador de forma esférica.
·      Casi en su totalidad los materiales se transportan entre todos los organelos en pequeña vesículas de transporte limitadas por membrana que se desprenden de un compartimiento donador de membrana.
·      Las vesículas de transporte se mueven por el citoplasma en forma dirigida, a menudo tiradas por una red de proteínas motoras que operan sobre rieles formados por microtúbulos y microfilamentos del citoesqueleto.
·      Las vesículas se fusionan con la membrana del compartimiento receptor, el cual recibe el cargamento soluble de la vesícula así como su envoltura membranosa.
·      Las vesículas almacenan, transportan o digieren productos y residuos celulares, son una herramienta fundamental de la célula para la organización del metabolismo.
·      Muchas vesículas se crean en el parato de Golgi o en el Retículo endoplásmico rugoso o se forman a partir de partes de la membrana plasmática.
·      Las vesículas de secreción liberadas de la red trans de Golgi se caracterizan por volcar su secreción por exocitosis en una superficie celular determinada.
·      Las vesículas secretoras se denominan GERL, una porción del RE cerca del aparato de Golgi carente de ribosomas.
·      Los GERL son estructuras independientes del aparato de Golgi, relacionados con su sáculo más interno que forman parte de RE y es capaz de formar lisosomas y vesículas cubiertas.
·      El GERL concentra y empaqueta las enzimas lisosómicas, además de otras proteínas no enzimáticas, por lo que se considera el origen de los lisosomas.

Funciones

Actúan como dispositivo mecánico que hace que la membrana se curve y forme una vesícula desprendible.

Proporcionan un mecanismo para seleccionar los componentes que transporta la vesícula.

Transporte de Cargamento del Retículo Endoplásmico al Aparato de Golgi.

Las vesículas cubiertas con COP II median la primera rama del traslado por la vía biosintética del retículo endoplásmico al ERGIC y la red cis de Golgi.

Transporte de Proteínas escapadas de regreso al Retículo Endoplásmico.

Las vesículas de COP I median el transporte retrógrado de proteínas.

Ordenamiento de proteínas en la red trans de Golgi.

La red trans de Golgi, que es la última estación en el aparato de Golgi, funciona como una instancia clasificadora y dirige proteínas hacia diversos destinos.

La vía más conocida de las vías posteriores del aparato de Golgi es la que lleva enzimas lisosómicas.

Destino de las vesículas de secreción celular

·      Las vesículas que proceden de la cara trans del complejo de Golgi contienen proteínas glucosiladas y se fusionan con la membrana plasmática para verter al exterior de la célula su contenido.

·      Secreción constitutiva. La realizan todas las células, corresponde a sustancias destinadas al medio extracelular, a la propia superficie celular, e incluso puede incluirse en este tipo de secreción la renovación de la membrana plasmática y de su glicocálix.

·      Secreción regulada. Se produce sólo en células secretoras, e implica la renovación de la membrana plasmática a partir de las membranas de las vesículas.

·      Las vesículas de secreción constitutiva se fusionan con la membrana plasmática nada más llegar, las de secreción regulada esperan hasta que reciben la señal para que la célula segregue.

·      Las vesículas de secreción regulada son mayores que las vesículas de secreción constitutiva, y se ha sugerido que emanan del complejo de Golgi como vesículas recubiertas de clatrina.

·      Las vesículas de secreción constitutiva parece que emergen del complejo de Golgi como vesículas COPI

Tipos de vesículas cubiertas

·      Vesículas cubiertas con COP II, desplazan materiales del retículo endoplásmico “hacia adelante” al ERGIC y al aparato de Golgi.

o   Las proteínas selecciones incluyen:

§  Enzimas que actúan en las etapas avanzadas de la vía biosintética, como glucosiltransferasas.

§  Proteínas de membrana participanetes en el acoplamiento y fusión de la vesícula con el compartimiento blanco.

§  Proteínas de membrana que pueden unirse con cargamento soluble.

·      Vesículas cubiertas con COP I, mueven materiales en sentido retrógrado: del ERGIC y pila de Golgi “hacia atrás” al ER y de las cisternas Golgi trans “de regreso” a las cisternas cis.

o   Median el transporte proteínas incluido el transporte de:

§  Enzimas residentes en el aparato de Golgi en dirección trans a cis.

§  Enzimas residentes del ER del ERGIC y el aparato de Golgi de regreso al retículo endoplásmico.                   

·      Vesículas cubiertas con clatrina, movilizan materiales de la TGN  a los endosomas, lisosomas y vacuolas vegetales.

·      Mueven materiales de la membrana plasmática a los compartimientos citoplasmáticos a lo largo de la vía endocítica.

Ordenamiento y transporte de enzimas lisosómicas

·      La adición de residuos M6P a las cadenas de oligosacáridos de enzimas lisosómicas solubles evita que estas proteínas experimenten las reacciones de procesamiento posteriores características de las proteínas de membrana y secretorias.

·      Las vesículas de clatrina/AP1 que contienen el receptor M6P y las enzimas lisosómicas unidas brotan luego desde la red trans-Golgi, pierden sus cubiertas y se fusionan con el endosoma tardío.

·      Los residuos de manosa de la enzima lisosómica se fosforilan en las cisternas de Golgi y luego se incorporan en forma selectiva en la vesícula cubierta con clatrina en la TGN.

·      Los receptores para manosa 6-fosfato tienen una doble función: interactúan en forma específica con las enzimas lisosómicas en el lado luminal de la vesícula y con los adaptadores en la superficie citosólica de la vesícula.

·      Los receptores para manosa 6-fosfato se separan de las enzimas y regresan al aparato de Golgi.

·      Las enzimas lisosómicas se vacían a un endosoma (paso 6) y al final a un lisosoma.

·      Los receptores para manosa 6-fosfato también están presentes en la membrana plasmática donde pueden capturar enzimas lisosómicas que se secretan hacia el espacio extracelular y regresan las enzimas a una vía que las dirige a un lisosoma.

Direccionamiento de las vesículas a un compartimiento particular

·      Movimiento de la vesícula hacia el compartimiento blanco específico. Mediados sobre todo por microtúbulos, que actúan como las vías de un tren que lleva contenedores con cargamento a lo largo de un trayecto definido hacia un destino predeterminado.

·      Fijación de las vesículas al compartimiento blanco. Hay dos grupos de proteínas fijadoras: fibrosas cilíndricas y grandes complejos multiproteínicos.

·      La alta especificidad de las proteínas fijadoras deriva de la proteína Rab, derivada de la proteína G.

·      En su estado activo unido a GTP, la Rab actúa para la dirección hacia un blanco mediante la atracción de proteínas fijadoras citosólicas específicas hacia superfcies de membrana.

·      Acoplamiento de las vesículas al compartimiento blanco. Las proteínas Las SNARE pueden dividirse en dos categorías, SNARE-v, que se incorporan en las membranas de vesículas de transporte durante el desprendimiento, y SNARE-t, que se localizan en las membranas de los compartimientos blanco.

·      Fusión entre las membranas de la vesícula y el blanco. Las vesículas permanecen acopladas con la membrana y listas para descargar su contenido en forma casi instantánea una vez que reciban una señal de activación en la forma de un incremento de la concentración de Ca2+.

·      La disociación del complejo SNARE de cuatro cadenas se logra con una proteína citosólica con forma de rosquilla llamada NSF que se une con el haz SNARE y, usando energía procedente de la hidrólisis de ATP (trifosfato de adenosina), lo tuerce para separarlo. 

Aparato de Golgi

APARATO DE GOLGI

Estructura:

 En las células secretoras el complejo de Golgi está localizado entre el núcleo y el ápice por el que se vierte la secreción.  En las células fusiformes, como los fibroblastos y células musculares lisas, el complejo de Golgi aparece en ambos polos del núcleo, que es alargado. En las células plasmáticas, cuyo núcleo es excéntrico, junto al núcleo, se sitúa el complejo de Golgi. El complejo de Golgi consta de varias unidades, probablemente conectadas entre sí, denominadas dictiosomas. La cara más próxima al núcleo celular se denomina cara proximal, cara cis o también cara de formación.  La porción cis del Golgi aparece junto al retículo endoplásmico, mientras que el compartimento trans se orienta hacia la membrana plasmática o el núcleo.

  Las vesículas de transporte migran con su contenido de proteínas hacia la red cis de Golgi, con la cual se fusionan; de esta manera, se unen los contenidos de las luces. Sobre la superficie trans de Golgi se detectan vesículas de secreción. Funciona asociado con el RE, se forman vesículas en RE que transportan sustancias al aparato de Golgi.  Morfología consistente en cisternas membranosas aplanadas, parecidas a discos, con bordes dilatados, y vesículas y túbulos asociados.  El aparato de Golgi está sometido a un recambio permanente. Se desorganiza en el transcurso de la mitosis/meiosis y se organiza de nuevo durante la interfase.

Composición:

·      La proporción proteína/lípidos de la membrana de los dictiosomas es intermedia entre la de la membrana plasmática y la del retículo endoplasmático rugoso, pues hay un 65% de proteínas y un 35% de lípidos.

·      En las membranas del complejo de Golgi hay hidrolasas (fosfatasas, proteasas y glucosidasas) y peroxidasas que no son específicas.

·      Las membranas de los sáculos cis y trans poseen una bomba de protones que acidifican la luz favoreciendo la sialización y sulfatación.

·      No tiene una composición uniforme de un lado a otro.

Funciones:

·      Las proteínas y el material de membrana deben ser transportados desde el retículo endoplasmático hacia los diferentes destinos celulares, por el aparato de Golgi.

·      Algunas proteínas contienen una señal de retención en el RE (KDEL, una secuencia lisina-asparagina-glutamina-lisi.na), que es reconocida por los receptores de KDEL en la red cis de Golgi.

·      Modificación de los hidratos de carbono unidos a glucoproteínas y proteoglucanos sintetizados en el retículo endoplásmico. Este proceso se conoce como glucosilación.

·      Clasificación de productos celulares que serán transportados a diferentes destinos celulares.

·      Síntesis de esfingomielina y glucoesfingolípidos.

·      Secreción constitutiva, aporta lípidos y proteínas recién sintetizadas a la membrana plasmática o bien proteínas destinadas al espacio extra- celular.

·      El complejo de Golgi es responsable de la formación de algunas estructuras celulares peculiares como el acrosoma de los espermatozoides y el nematocisto de los cnidoblastos de los cnidarios.

Oligosacáridos unidos a Nitrógeno

·      El tipo único de oligosacárido añadido en el retículo endoplasmático rugoso pierde inmediatamente las tres glucosas y una manosa y pasa al complejo de Golgi, donde puede dar lugar a cuatro tipos de oligosacáridos.

·      Los oligosacáridos híbridos. Son ricos en manosa y también en N-acetil-glucosamina. Esos últimos residuos, en número variable, son añadidos en el complejo de Golgi.

·      Las enzimas lisosómicas. Las dos manosas terminales incorporan un radical fosfato que sirve de marcador del destino de las enzimas y evita que éstas sufran nuevos cambios en su recorrido por el complejo de Golgi.

Oligosacáridos unidos a oxígeno

·      En el complejo de Golgi se unen oligosacáridos a un grupo OH de los aminoácidos serina, treonina o, más raramente, hidroxilisina.

·      El sulfato también se añade al hidrato de carbono en el complejo de Golgi.

Papel del aparato de Golgi en el ciclo secretor

·      La secreción constitutiva, en casi todas las células, presenta un proceso continuo en el cual el material sintetizado atraviesa el aparato de Golgi y se elimina mediante la incorporación a pequeñas vesículas de secreción que se fusionan con el plasmolema.

·      En las células exocrinas del páncreas se produce una concentración de la secreción  en la red trans del aparato de Golgi, que continúa en grandes vesículas de secreción.

·      Las proteínas del complejo de Golgi que llegan a la cara trans y que van a formar parte de la secreción celular deben sufrir un proceso de maduración, que se inicia en esta cara pero que prosigue durante la emigración de las vesículas hasta la membrana plasmática.

Compartimientos del complejo de Golgi

·      Compartimiento cis. Recibe las proteínas sintetizadas por el retículo endoplasmático rugoso y la membrana de éste mediante vesículas COPII.

·      Compartimiento intermedio. En él se eliminan manosas y se añade N-acetilglucosamina.

·      Compartimiento trans. En él se produce la adición de galactosa y de ácido siálico por las transferasas correspondientes y, posiblemente, la adición de los glucosaminoglucanos a los proteoglucanos.

·      Vesículas que transfieren las proteínas del retículo Endoplasmático rugoso al complejo de Golgi son del tipo COPII.

·      Las membranas del complejo de Golgi a las que se han fusionado esas vesículas se conviertan en vesículas COPI que retornan al retículo endoplasmático rugoso, devolviendo así la membrana con la proteína SNARE.

·      Cuando esas proteínas escapan del complejo de Golgi, son captadas por los receptores KDEL de la membrana de la cara cis. En el lugar en que se encuentran estos receptores se forman vesículas COPI de retorno.

Retículo Endoplásmico

RETÍCULO ENDOPLÁSMICO

Formado por cisternas, túbulos y vesículas.  La membrana más grande de una célula eucarionte generalmente encierra al retículo endoplasmático (RE), una red extensa de sacos cerrados aplanados limitados por una membrana llamados cisternas.

       Divide al citoplasma en el compartimiento luminal (endoplásmico) y compartimiento citoplásmico (citosólico).
Se divide en dos compartimientos, retículo rugoso (RER) y el retículo liso (REL).
El RER se define por la presencia de ribosomas unidos a su superficie citosólica.
RER se compone de una red de sacos aplanados (cisternas).
Las membranas del RER y REL están interconectadas.
Se encargan de la síntesis de colesterol y lípidos.
Ayuda a procesar las moléculas formadas por la célula y las transporta a sus destinos específicos dentro o fuera de la célula.
Hay otras proteínas, como la reductasa de NADH, la nucleótido difosfatasa y los citocromos b5 y P450, que, además de estar presentes en el retículo endoplasmático rugoso, se encuentran también en el liso.

Retículo Endoplásmico Liso

        Estructura y composición:

·      Ausencia de ribosomas adheridos a sus membranas.

·      Forma túbulos y no cisternas.

·      Las membranas del retículo endoplasmático liso tienen las mismas dimensiones que las del rugoso y una composición similar, pero no idéntica.

·      Proteínas específicas del REL, como la glucosa-6-fosfatasa, una ATPasa dependiente de Ca2+, y las enzimas de la síntesis de fosfolípidos y esteroides.

        Funciones:

·      Especialmente desarrollado en el músculo esquelético, túbulos renales, y glándulas endocrinas productoras de esteroides.

·      Síntesis de hormonas esteroideas

·      Desintoxicación en el hígado de diversos compuestos orgánicos.

·      Liberación regulada de calcio del REL de células musculares esqueléticas y cardíacas, para la contracción.

·      Se sintetizan los fosfolípidos, la ceramida y el colesterol (el de las membranas celulares y el que queda en el citosol como gotitas lipídicas).

·      Entre los derivados lipídicos sintetizados se encuentran las hormonas esteroideas, los quilomicrones de los enterocitos, las lipoproteínas y los ácidos biliares de los hepatocitos.

·      Síntesis de los quilomicornes desde  los enterocitos (hay retículo endoplasmático rugoso y liso entremezclados en la parte apical). En el complejo de Golgi, las lipoproteínas son segregadas como vesículas.

Destoxificación:

·      Las sustancias tóxicas se inactivan en la membrana del retículo endoplasmático liso mediante enzimas que transfieren oxígeno (oxigenasas) a dichas sustancias.

·      Muchos de los productos tóxicos liposolubles del metabolismo se degradan en el retículo endoplasmático liso, principalmente en el hígado, en el intestino, riñones, piel y pulmones.

Regulación del nivel de calcio

·      El IP3 activa los canales de Ca2+ de las membranas del retículo endoplasmático liso para que los iones Ca2+ pasen al citosol.

·      El retículo endoplasmático liso del músculo estriado se denomina retículo sarcoplásmico y adquiere una configuración especial.

·      Los túbulos T transmiten el potencial de acción por todo su recorrido en el interior de la célula. Este estímulo actúa sobre los receptores del retículo sarcoplásmico provocando la salida del Ca2+ almacenado en su interior.

Glucogenólisis

·      Entre las funciones del REL,  la degradación del glucógeno, ya que éste suele abundar en la proximidad del retículo endoplasmático liso, cuyas membranas contienen la enzima glucosa-6-fosfatasa, implicada en la degradación del glucógeno.

Retículo Endoplásmico Rugoso

      Estructura y composición:

·      La luz (cavidad) del retículo endoplasmático rugoso varía mucho: desde unos 20-40 nm hasta casi un micrómetro cuando la cisterna está ensanchada por el contenido.

·      Las membranas del retículo endoplasmático rugoso constan de un 30% de lípidos y un 70% de proteínas. 

       Funciones:

·      Localizado cerca de la superficie basal de la célula, próxima al aporte sanguíneo.

·      Punto donde se sintetizan las proteínas, cadenas de carbohidratos y fosfolípidos que viajan por los compartimientos membranosos de la célula.

·      Los ribosomas están formados por por una mezcla de ARN y proteínas y su función consiste en sintetizar nuevas moléculas proteicas en la célula.

·      Los polipéptidos se sintetizan en ribosomas libres, no unidos al RER.

·      Síntesis de proteínas secretoras, lisosómicas o vacuolas vegetales en los ribosomas unidos a membranas.

·      Formación de las membranas del retículo endoplasmático rugoso y liso, de la envoltura nuclear y del complejo de Golgi.

·      Secreción celular. Proteínas sintetizadas en el RER pasan al complejo de Golgi y desde éste se emiten en el interior de vesículas de secreción que se unen a la membrana plasmática, vertiendo el contenido por exocitosis.

·      Enzimas lisosómicas (hidrolasas ácidas), que pasan por el complejo de Golgi para emitirse desde éste en vesículas que forman los lisosomas o se unen a lisosomas ya existentes.

·      Procesamiento de proteínas recién sintetizadas en el retículo endoplásmico.

·      Para realizar sus funciones, el RER está empacado con chaperonas que reconocen proteínas desplegadas, se unen a ellas y les dan oportunidad de adquirir su estructura tridimensional correcta.

·      La luz de las cisternas de RE favorece la modificación, el plegamiento, y el ensamble de un subtipo seleccionado de proteínas.

·      La separación de las proteínas nuevas en las cisternas del RE las retira del citosol y permite que sean modificadas y enviadas a su destino final.

·      Síntesis de proteínas integrales de membrana en los ribosomas unidos a la membrana.

  Almacenamiento de proteínas

·      La cadena polipeptídica en crecimiento presenta un péptido de señalización que define el destino de ese polipéptido hacia el retículo endoplasmático rugoso.

·      Una partícula de reconocimiento del péptido señal (SRP) se une por un extremo al lugar A del ribosoma causa la interrupción temporal de la síntesis proteica.

·      El extremo de la SRP no unido al ribosoma se une a una proteína integral de la membrana del retículo endoplasmático rugoso, llamada receptor de la SRP.

·      La transferencia del polipéptido al interior del retículo endoplasmático rugoso requiere ATP.

Glucosilación

·      En el retículo endoplasmático rugoso se transfiere a las proteínas sintetizadas un tipo único de oligosacárido, compuesto por 14 azúcares: 2 moléculas de N-acetil-glucosamina, 9 moléculas de manosa y 3 de glucosa.

·      Los oligosacáridos N se unen a la asparagina en el lado luminal de la membrana del retículo endoplasmático rugoso.

·      En la luz del retículo endoplasmático rugoso algunas proteínas se unen a un oligosacárido que, a su vez, está unido a un lípido de la hemimembrana E.

Síntesis y clasificación de proteínas

·      Las proteínas de secreción o destinadas al retículo endoplásmico, el aparato de Golgi, los lisosomas o la membrana plasmática son producidos en los ribosomas de membrana y transferidos al retículo endoplásmico conforme avanza la síntesis proteica.

·      Los ribosomas se unen al retículo endoplásmico guiados por una secuencia de aminoácidos de la cadena polipeptídica en formación.

·      Los ribosomas que sintetizan proteínas para la secreción siguen una secuencia señal localizada en el extremo en crecimiento de dicha cadena para dirigirse al retículo endoplásmico.