Tema 10. Citosol (2017)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Lleida (UdL)
Grado Medicina - 1º curso
Asignatura Estructura i Funció Cel·lular
Profesor J.R.
Año del apunte 2017
Páginas 19
Fecha de subida 17/10/2017
Descargas 0
Subido por

Vista previa del texto

Tema 10. Citosol Una cèl·lula pot tenir qualsevol dimensió? El citosol és tot el que hi ha dins de la membrana, substància gelatinosa.
Una cèl·lula eucariota no pot ser tant gran com vulgui, si és molt gran ha de seguir unes estratègies.
Un dels factors limitants de les cèl·lules és el ratio superfície/volum que està vinculat a que tot el que entra i surt de la cèl·lula està limitat pel transport de la membrana.
Aquesta superfície de la membrana d’una cèl·lula limita la quantitat de nutrients i components que una cèl·lula pot obtenir del seu entorn.
Pot tenir qualsevol dimensió una cèl·lula? Si tinguéssim cèl·lules quadrades de 10 micròmetres de costat veuríem que la ratio seria 0,06 micròmetres cúbics.
Com més gran és la cèl·lula menys superfície d’intercanvi en la membrana.
Les cèl·lules epitelials dels budells fan microvellositats per incrementar la superfície de la membrana.
Poden augmentar la superfície fent prolongacions com les neurones.
Una altra possibilitat és acumular substàncies metabòlicament inactives en el seu interior com poden ser vacúols d’aigua en el cas de les cèl·lules vegetals. Quan es desenvolupa l’embrió aquestes substàncies de reserva inactives alimenten l’embrió en el cas de les cèl·lules animals.
Citosol o hialoplasma El líquid de dins del citoplasma és el que s’anomena citosol o hialoplasma.
Imatge Ameba: la textura del citosol no és la mateixa en la superfície que en l’interior. A les puntes té una consistència diferent. La organització del citoesquelet a la superfície de la cèl·lula és molt diferent del que seria a l’interior.
La superfície de la cèl·lula (còrtex) té una organització més consistent que és el gel i al seu interior hi ha una consistència més líquid que es diu sol.
El citoplasma per tant té aquestes dos textures.
Aïllament i anàlisis molecular del citosol - Homogeneïtzació: per poder aïllar els components de la cèl·lula, es trenquen les cèl·lules i es fa una sèrie de centrifugacions que segons les velocitats trobarem al pellet diferents components de les cèl·lules.
- Centrifugació: la centrifugació és mesura amb g. 1G= 9,80665 m/s2 Si centrifuguem a 800g es dipositen els nuclis, si centrifuguem a 15000 el sobrenedant es dipositen els orgànuls, centrifuguem el sobrenedant a 100.000 g es dipositen fragments de les membranes i si sotmetem a 200.000g es dipositen els ribosomes i el sobrenedant que ens queda és el citosol. Així podem aïllar el citosol i caracteritzar-lo.
Principals components del citosol Al citosol hi ha components solubles en aigua (sobrenedant) i els que són insolubles (pellet).
Dins dels solubles tenim: - sals: Ca2+, Na+, Cl-, OH- proteïnes: que participen en comunicació cel·lular, enzims, components/monòmers del citoesquelet (actina, miosina) - metabòlits: àcid pirúvic, àcid làctic - RNAs: RNAt, RNAm En el pellet trobaríem les substàncies insolubles com grànuls de glicogen, gotes lipídiques i ribosomes.
Ion in mammalian cytosol and blood citosol (dins de les cèl·lules) , blood (fora de les cèl·lules).
Hi ha aquesta diferència perquè la membrana que els separa és impermeable per aquests components i a través de transportadors selectius crea un desequilibri entre dins i fora de la cèl·lula.
Dipòsits de reserva visibles al microscopi Aquí tenim un nen amb von Gierke que té hepatomegàlia fet que empeny l'estómac i el fa sortir.
En el fetge d’aquesta patologia veiem que està alterat, les cèl·lules acumulen grans quantitats de glicogen perquè ha perdut el control del metabolisme del glicogen. Cada cèl·lula es fa molt gran perquè acumulen glicogen que és una substància inerta.
Malaltia de Von Gierke Es produeix una alteració en la glucosa-6-fosfatasa que fa que s’acumuli el glicogen. Per això s’ha de donar una dieta baixa en glucosa.
Inclusions citosòliques Aquí veiem els dipòsits de glicogen dins de la cèl·lula, fan una estructura agregada. Té una estructura electrodensa.
L’acumulació de glicogen al fetge, quan analitzem les partícules de glicogen tenen associades moltes proteïnes.
- Glicogenina (GN): enzim que genera glicogen - Glicogen sintetasa (GS): enzim que sintetitza glicogen - Glicogen fosforilasa (PH): - Enzim debranching (DBE): trenca les branques del glicogen - Laforin (FL): - Protein quinases: - Fosfatases: - Fosforilasa quinasa: Totes aquestes proteïnes intervenen en la regulació dels grànuls de glicogen. Els dipòsits més importants de glicogen del cos és al fetge, cervell i múscul.
Dins de la cèl·lula podem acumular grans quantitats de glicogen sense que les propietats osmòtiques canviïn. El glicogen és molt insoluble en aigua. Si la glucosa estigues desfeta al citosol enlloc de en forma de glicogen la pressió osmòtica canviaria i hauria d’agafar aigua.
Glicogenina Apareix en la regió central del glicogen. El glicogen es una estructura ramificada amb enllaços alfa 1 → 4 i les ramificacions alfa 1 → 6.
La base del glicogen la fa la glicogenina que té unes prolongacions a partir de les qulas es polimeritzen les molècules de glucosa. La glicogenina activa la fosforilació de la glucosa que porta la UDP unida i així comença a polimeritzar.
La glicogenina és un iniciador, és un cebador.
Quan ja tenim la molècula iniciada de glicogen només s’han d’anar inserint glucosa a través de diversos enzims.
Glicogen sintetasa Facilita la síntesi de glicogen a partir de glucosa i glicogen. Aquest enzim té uns punts de fosforilació, això ens indica que està sotmesa a regulació. La fosforilació d’aquests punts farà que l’enzim funcioni o no, o que vagi més o menys ràpid. La glicogen sintetasa no farà glicogen si hi ha un dèficit de glucosa al cos per exemple i per això s’ha de regular a través de les fosforilacions.
Grànul de glicogen La glicogen fosforilasa trenca les molècules de glicogen. Dins del grànul tenim la glicogen sintetasa que fabrica glicogen i la fosforilasa que el degrada.
La glicogen sintetasa i fosforilasa tenen una regió catalítica i regió regulable. La regió catalítica (activa enzimàticament) està en contacte amb el glicogen i fora de la partícula es troba la regió regulable.
Hidròlisi del glicogen (glicogenolisi) Es degrada glicogen quan tenim necessitats energètiques per obtenir molècules de glucosa. Per a que es pugui degradar ha de rebre certes senyals.
Com que tenim dos tipus d’enllaç en el glicogen necessitem dos tipus diferents d’enzims.
El glicogen fosforilasa determina el trencament d’enllaços alfa 1 → 4. L’enllaç és trenca perquè es fosforilat i com a conseqüència apareix una molècula de glucosa 1-fosfat.
Després una transferasa agafa tres molècules de glucosa i les transfereix i deixa una sola molècula de glucosa unida per enllaç 1 → 6. Llavors tenim la glucosidasa que degrada aquest enllaç 1 → 6.
Síntesi de glicogen (glicogenogènesi) Tenim la glicogen sintetasa que fa enllaços 1 → 4, a partir de glucosa va incorporant-ne més i va allargant la cadena. De tant en tant participa l’enzim branching del glicogen que forma els enllaços 1 → 6 emportant-se un tros de la cadena llarga de glucosa per construir una branca.
Com saben aquests enzims quan han de funcionar? Els enzims estan sotmesos a processos de fosforilacions i es necessiten dos enzims els que afegeixen el grup fosfòric (protein kinasa) i els que els treuen (fosfatasa).
Quan afegim àcid fosfòric queda una càrrega negativa que es atreta per la càrrega positiva.
Aquest moviment provoca un canvi de conformacional de la proteïna (canvi d’estructura terciària) que fa que s’activi o que s’inactivi.
Les fosforilacions sempre es fan amb APP o ADP que aporten àcids fosfòrics.
Glicogen fosforilasa És un enzim que pot estar actiu o inactiu. Quan està fosforilat s’activa i comença a degradar el glicogen en molècules de glucosa.
Si ve una fosfatasa i el desfosforila ja no funcionarà.
Glicogen sintetasa Fabrica glicogen a partir de glucosa i glicogen ja preformat. Aquest enzim funciona quan no està fosforilat. Quan el volem inactivar el fosforilem.
Si fosforilem els dos enzims simultàniament, funcionaria la fosforilasa i la sintetasa no funcionarà.
Un s’activa i l’altre no.
Els dos enzims estan regulats per les mateixes fosfatases i les mateixes protein quinases.
Com saben les cèl·lules quan han d’acumular o de degradar glicogen? Si mengem glucosa la glicogen sintetasa estarà desfosforilada per poder sintetitzar glicogen.
La fosfatasa elimina l’àcid fosfòric de la glicogen fosforilasa i de la glicogen sintetasa. La fosforilasa s’inactiva i la sintetasa s’activa.
A partir de glucosa s’anirà sintetitzant glicogen.
Augmenta el nombre de transportadors de glucosa a nivell de la membrana per disminuir ràpidament els nivells de glucosa a la sang.
Una vesícula amb GLUT-4, quan s’activa el receptor de insulina, exociten cap a la membrana receptors de glucosa GLUT-4.
A nivell de la cèl·lula del fetge tenim vesícules de secreció que tenen transportadors GLUT. Quan la insulina actua sobre el seu receptor activa la exocitosi d’aquestes vesícules, exocitosi regulada.
Què l’hi passa al nostre cos a primera hora del matí? Al matí , hi ha una hipoglucèmia. Això activa l’alliberació de glucagó a la sang que s’uneix al seu receptor i s’activen les quinases que fosforilen la glicogen sintetasa i la glicogen fosforilasa. La sintetasa s’inactiva i la fosforilasa s’activa degradant el glicogen.
Els grànuls de glicogen s’aniran degradant i fent-se cada cop més petits.
Adrenalina L’adrenalina augmenta la tensió muscular. S’uneix a un receptor que al final activa unes quinases que fosforilen la glicogen sintetasa i fosforilasa. L’adrenalina a la cèl·lula muscular activa que degradi el glicogen perquè la cèl·lula muscular necessita molta energia.
S’activa l’enzim que degrada el glicogen i s’allibera glucosa-1-P que se’n va directament a la glucòlisi per a produir energia.
L’hepatòcit funciona amb glucagó i la cèl·lula muscular amb adrenalina. La cèl·lula muscular genera glucosa per a ella mateixa, pel múscul. El fetge genera glucosa per enviar-la a la sang.
La glucosa al fetge un cop alliberada del glicogen es desfosforila (a través d’un enzim) i es transportada cap a fora a la sang. Si la glucosa no està desfosforilada no pot sortir de la cèl·lula.
A nivell del RE dels hepatòcits hi ha la glucosa 6-fosfatasa que desfosforila la glucosa-1-P.
Si la glucosa-6-fosfatasa falla, no es pot desfosforilar la glucosa i per tant no pot sortir dels hepatòcits i llavors la glucosa es va acumulant en forma de glicogen. Això fa que el fetge es faci molt gran → hepatomegàlia.
Dipòsits intracel·lulars de lípids Adipòcits Quan hi ha molts lípids acumulats en una cèl·lula es desplaça el citoplasma.
Els lípids viatgen per la sang formant diferents tipus de partícules com pot ser el quilomicró, HDL, LDL...
Composició En una gota lipídica hi ha lípids però també proteïnes. Al centre hi trobem triglicèrids i diferents lípids compostos, després tindrem una monocapa de fosfolípids i després proteïnes (PAT). La monocapa de fosfolípids és la que fa soluble a les partícules.
Al voltant d’una gota lipídica hi ha la perilipina (PLIN1), ADRP (adipofilina) i diverses lipases. Tenim aquestes proteïnes que d’alguna manera degradaran els lípids.
Les lipases degraden els lípids amb glicerina i AAGG. Els AAGG els poden utilitzar com a font d’energia i la glicerina per altres funcions cel·lulars i també com a font d’energia.
Els quilomicrons en canvi no tenen lipases que degraden els lípids.
La gota lipídica queda associada al mitocondri (beta-oxidació) i al RE (síntesi de lípids).
Els adipòcits tenen forma rodona i el citoesquelet no es pot organitzar perquè hi ha els lípids entremig. La forma rodona perd la capacitat d’organitzar el seu citoesquelet.
Per acumulació de lípids no es produeix mai la lisi de la cèl·lula.
Proteïnes PAT Totes aquestes proteïnes tenen unes regions PAT1 comunes, unes regions grogues, algunes tenen regions hidrofòbiques... El que ens interessa són les zones PKA consensus. PKA és una protein quinasa. La única que té punts sensibles a la PKA només és la perilipina A i per tant serà una diana per la PKA que fosforila i per tant la perilipina A la podem regular.
Degradació La perilipina protegeix la gota lipídica per a que no sigui degradada i per tant s’ha d’eliminar per a la degradació. La lipasa s’ha d’activar perquè activi la degradació.
La degradació de lípids s’activen a través de les catecolamines que actuen sobre un receptor de membrana que activa una protein quinasa A a través de l’AMPc. La protein quinasa A fosforila la perilipina i la HSL (lipasa). Al fosforilar la perilipina fa que aquesta es separi de CGI58 i aquest s’uneixi a la ATGL.
La perilipina protegeix el lípid i a més s’uneix amb la CGI58 que es fonamental per a activar la ATFGL. (activació per associació amb una altra proteïna) També tenim l’altra lipasa (HSL) que quan es fosforila s’activa.
Les lipases degradaran els fosfolípids en AAGG i glicerol.
Adipòcits ✗ Adipòcits teixit adipós blanc: el citoplasma es troba desplaçat.
✗ Adipòcits teixit adipós bru: moltes gotes líquides (micro-gotes lipídiques). És fonamental pel nostre cos perquè assegura l’energia de determinades parts del cos per a que no disminueixi la temperatura. És un teixit termogènic. Els mitocondris d’aquest teixit tenen UCP-1 o termogenina que provoca a la membrana del mitocondri que enlloc de generar ATP, l’energia generada sigui calorífica.
Si no hi ha la termogenina es produirà ATP i si hi ha la termogenina es produirà energia en forma de calor.
Diferenciació Les cèl·lules mesenquimals es poden diferenciar ens els diferents tipus d’adipòcits (blanc, beige i bru). Al teixit adipós blanc no hi ha termogenina i en el beige i en el bru sí.
Hi ha moltes variants de la termogenina que tindran diferents funcions biològiques.
Fabricació de les gotes lipídiques Els lípids s’acumulen entre el RE i el Golgi (ERGIC). Es formen unes vesícules que generaran unes gotes lipídiques.
Primer es fabriquen els TG que s’empaqueten, i al passar pel Golgi/RE se li afegeix les proteïnes al voltant de la monocapa de fosfolípids.
Beta-oxidació La beta-oxidació es produeix en el mitocondri. Obtindrem acetil-CoA que utilitzarem per a la síntesi d’ATP.
Proteosoma És com una trituradora de proteïnes que tenim al citoplasma de les cèl·lules. Trenca proteïnes velles, mal formades.. que s’han d’eliminar ja que sinó acumularíem a la cèl·lula molt residus.
És una estructura en forma de tub que és una estructura simètrica amb un forat pel mig i és per on passen determinats tipus de proteïnes.
Està format per dues subunitats proteiques. La unitat central té activitat proteasa.
Les proteïnes que han de passar pel proteosoma estan marcades amb ubiquitina.
Ciclines El cicle cel·lular està regulat per les ciclines. Quan passem de la fase G1 a la S, hi ha el punt màxim de ciclina E i després decau.
Aquestes proteïnes es degraden perquè es sintetitzen i es degraden.
Quan les proteïnes no són funcionals són marcades amb ubiquitina i són degradades al proteasoma. El proteasoma degrada proteïnes del citoplasma però també d’altres compartiments que envien les proteïnes a degradar al citoplasma per a que vagin cap al proteasoma.
Moltes vegades l’activació d’un complex proteic va lligada al proteasoma. Quan es fosforila IkB s’allibera p50/p65 que va al nucli i bloqueja un factor de transcripció. Llavors la IkB fosforilada es marcada amb ubiquitina i es degrada al proteasoma.
Quan hi ha una infecció amb virus s’allibera una proteïna antigènica que entra al citoplasma que es degrada en pèptids a través del proteasoma.
Aquests pèptids entren al RE a través del TAP que s’uneixen amb MHC classe I que presenta aquests pèptids a la membrana que fa que s’activi la producció dels anticossos.
Alguns virus com el de VIH han fabricat proteïnes que inhibeixen els proteasomes per evitar-ne l’activació dels anticossos. La proteïna Tat inhibeix el proteasoma. En aquest cas el virus entra una proteïna al citoplasma que bloqueja el proteasoma, d’aquesta manera les proteïnes dels virus no es poden trencar i la presentació d'antígens per la fabricació d’anticossos no funciona i per tant la resposta immunològica contra el virus estarà bloquejada.
Lisosoma i proteasoma També degrada proteïnes, a través d’endocitosis digereixen proteïnes. El lisosoma no només digereix el que entra sinó que també pot degradar orgànuls que no necessita la cèl·lula a través del procés d'autofàgia.
En el cas del proteasoma tenim proteïnes mal plegades, mal formades, no funcionals... s’uneixen a ubiquitina i es produeix la seva degradació.
També podem tenir una proteïna que per acabar d’activar-se ha de passar pel proteasoma, s’elimina una part de la proteïna en forma de pèptids i al resta serà la proteïna funcional.
Aquests pèptids poden ser actius o no.
...

Comprar Previsualizar