Tema IV BioCel (2014)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 1º curso
Asignatura Biologia Celular
Año del apunte 2014
Páginas 4
Fecha de subida 01/11/2014
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Apuntes para asignaturas de Biologia Celular de todos los grados de biociencias (biologia, genetica, microbiologia, biomedicina, nanotecnologia y biotecnologia).

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Bloque IV: El citosol y los compartimentos celulares.
Citosol: El citosol corresponde a la parte “liquida” del citoplasma, el cual está formado por el citosol y orgánulos.
Compartimentos celulares: Síntesis y distribución de proteínas: La síntesis de proteínas tiene comienzo en los ribosomas del citosol, a excepción de aquellas sintetizadas a partir del RNA mitocondrial. Su lugar de destino depende de una secuencia de aminoácidos que contienen la información del lugar al cual deben dirigirse, bien sea el núcleo, el RE, las mitocondrias, peroxisomas… Si no contienen dicha secuencia, la proteína está destinada a permanecer en el citosol. Pueden tener varias secuencias de reconocimiento ya que, aunque su destino sea el RE, pueden ser modificadas allí y dirigidas a otros lugares de la celula o incluso al exterior, y por lo tanto necesitaran más señales de localización.
Las proteínas que terminan su síntesis en el citosol (ribosomas libres) pueden: permanecer en el citosol, dirigirse a las mitocondrias, cloroplastos, peroxisomas o núcleo.
Las proteínas que terminan su síntesis en el RE rugoso (ribosomas adheridos al RE) pueden: permanecer en el RE, dirigirse al complejo de Golgi, a los endosomas/lisosomas, a la membrana plasmática o al exterior celular.
Proteínas asociadas al RE Cuando el RNA sale del núcleo las subunidades ribosómicas se juntan y comienza la traducción de la proteína. Si tiene la señal correcta, se asociara al RE, donde se decidirá –mediante otra serie de aminoácidos- si debe integrarse en la membrana o liberarse al citosol (proteínas solubles). Las proteínas integrales de membrana pueden trasladarse por difusión a la membrana nuclear ya que están conectadas entre si. Las proteínas solubles pueden ser captadas en el interior de vesículas y transportadas al aparato de Golgi. Dicha vesícula estará a su vez formada por proteínas transmembranales que serán asociadas a la membrana del aparato de Golgi. Las proteínas de membrana no pueden convertirse en proteínas solubles y viceversa.
Del mismo modo ocurre cuando se traspasan a los lisosomas, las proteínas solubles quedaran atrapadas en su interior, y las transmembranales formaran parte de su membrana. Cuando las vesículas de transporte o los lisosomas se asocian a la membrana citoplasmática, sus membranas –y por consiguiente sus proteínas transmembranales –se adhieren a la membrana, formando parte de ella. Las que estaban inmersas en su interior (solubles) se expulsaran al exterior celular, llegando algunas a poder formar parte de la membrana celular como proteínas periféricas de la capa externa (las periféricas de capa interna serán sintetizadas en el citosol).
Proteínas sintetizadas en el citosol.
Pueden permanecer en el citosol o convertirse en periféricas de membrana de la capa interna. Asi mismo pueden introducirse en el interior de mitocondrias, cloroplastos y peroxisomas. Aunque las mitocondrias y cloroplastos puedan sintetizar proteínas a través de su propio DNA necesitan también proteínas procedentes del DNA nuclear. En este caso también pueden convertirse en proteínas de membrana de dichos orgánulos. Muchas de las proteínas que podemos encontrar en el interior nuclear, como histonas, DNA y RNA polimerasas…, son sintetizadas en el citosol. Recordemos que las proteínas de la membrana nuclear son sintetizadas en el RE.
Por lo tanto, las proteínas sintetizadas en el RE pueden ser transmembranales o solubles, mientras que las que se sintetizan en el citosol tan solo pueden ser solubles, a excepción de las que forman parte de la membrana de mitocondrias, cloroplastos y peroxisomas.
El dibujo muestra el método por el cual las proteínas se mueven de un compartimento a otro.
El “gated transport” o transporte por poros tiene lugar entre el citosol y el nucleo. Las partículas pasan desde el citosol hasta el interior del nucleo a través de poros selectivos situados en la membrana nucleas.
Maduracion y modificación de las proteínas: Tanto si son sintetizadas en el citosol como si lo son en el RE, las proteínas sufren una serie de modificaciones hasta que puedan cumplir su función específica. Existen modificaciones permanentes, como lo pueden ser la glucosilación -adición de uno o más glúcidos a una proteína lo que da lugar a las glicoproteínas, que son esenciales en los mecanismos de reconocimiento celular –la acilación o la prenilacion. Otras como la fosforilación son tan solo transitorias.
Estudiaremos a fondo las que son sintetizadas en el RE, que no solo sufren modificaciones en el RE, sino también en el resto de orgánulos por los que va pasando hasta ser segregada o hasta que llegue a su destino. Sin embargo, las modificaciones más importantes tienen lugar en el RE. Únicamente las proteínas bien plegadas pueden abandonar el RE, el resto son retenidas en este orgánulo. Puesto que la glucosilación y otros procesos tienen lugar en otros orgánulos, estudiaremos por ahora el plegamiento de proteínas que tienen lugar en el RE.
Plegamiento de proteínas: Las proteínas están formadas inicialmente por una cadena de aminoácidos, lo que se conoce como estructura primaria. En un segundo plegamiento –estructura secundaria –la proteína adoptaría una estructura en α-hélice o β-lámina. Posteriormente, una vez dentro del RE, se establecen los puentes de sulfuro y se vuelve a plegar en una tercera y cuarta estructura, adquiriendo carácter tridimensional. La función biológica de una proteína depende de su correcto plegamiento. Si una proteína no se pliega correctamente será no funcional y, por lo tanto, no será capaz de cumplir su función biológica.
Si una proteína sintetizada se pliega incorrectamente debe de ser desplegada con ayuda de las chaperonas y chaperoninas para que después pueda volver a plegarse correctamente. En una proteína correctamente plegada, los aminoácidos hidrofóbicos se encuentran en el interior ya que no pueden reaccionar con el citosol. Cuando se pliegan incorrectamente, los aminoácidos hidrofóbicos se orientan hacia el exterior, y esto es lo que sirve como lugar de reconocimiento y unión para las chaperonas. Para poder desplegarla, la chaperona necesita hidrolizar ATP (energía). Si la proteína resultante no se pliega correctamente puede repetirse el proceso hasta que lo consiga.
Mientras que las chaperonas actúan en proteínas que se está sintetizando todavía (la proteína puede plegarse a la vez que se sintetiza) o en proteínas ya sintetizadas, las chaperoninas lo hacen únicamente en proteínas ya sintetizadas pero incorrectamente plegadas. Tienen forma de barril, en cuya cavidad se introduce la proteína. Para que se cierre el ‘barril’ tiene que consumirse ATP. Una vez ocurre esto la proteína se despliega y puede intentar plegarse correctamente otra vez. Al igual que en las chaperonas, el proceso se repite hasta que consigue plegarse correctamente.
Puede darse el caso de que la malformación no se deba a un incorrecto plegamiento, sino a una mutación en la serie de aminoácidos que provoque una forma incorrecta en la proteína. En esta situación hay que degradarlas, proceso que tiene lugar en los proteosomas situados en el citosol y en el núcleo, los cuales los degradan en pequeñas secuencias peptídicas que pueden ser reutilizadas.
Pero, como se seleccionan o reconocen estas proteínas mal formadas? Aquí entra en juego la ubiquitina, que no solo sirve como señal de reconocimiento para la degradación de proteínas, sino que también se usa como señal para otras funciones. En el caso de la degradación, se trata de una cola de ubiquitinas que tienen que unirse a un aminoácido en concreto.
En el proceso de agregación de la cola de ubiquitinas a la proteína intervienen tres enzimas. Una primera enzima agrega la ubiquitina a un enlace de carbono ligado a esta, consumiendo ATP. Un complejo enzimático formado por otras 2 enzimas se une a la primera enzima, la cual transfiere el enlace carboxilo unido a la ubiquitina a la segunda enzima. La proteína a degradar se adhiere al complejo enzimático gracias a la señal de degradación de aminoácidos. Los enzimas transfieren la ubiquitina y el proceso se repite para añadir el resto de ubiquitinas.
Esto ocurre cuando proteínas mal plegadas tienen que degradarse. Las proteínas normales pero que han dejado de actuar siguen otro proceso. Existen varias formas por las cuales están proteínas son reconocidas para que sean inactivadas.
1. Que se añada un grupo fosfato, consumiendo ATP, a la proteína.
2. Que dos proteínas unidas se separen cuando la principal deje de funcionar correctamente, dejando expuesta una señal.
3. Que se cree un enlace en N-terminal desestabilizador que sirva como señal.
Las proteínas mal plegadas pueden agruparse y causar enfermedades, tanto contagiosas como no. Un ejemplo de no contagiosas seria el dado en la enfermedad de Huntington y la del Alzeimer, en donde una cantidad elevada de proteínas con un cambio conformacional extraño provocan estas enfermedades neurodegenerativas. En el caso de enfermedades contagiosas, son los priones los encargados de causar cambios conformacionales en las proteínas. La enfermedad se expande por el cuerpo, y puede transmitirse a otros individuos a través de los priones. Un ejemplo seria la Enfalopatia Espongiforme Bovina.
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