Biologia Ii. Parte Uno

UNIVERSITAT INTERNACIONAL DE CATALUNYA CURS PREPARATORI D’ODONTOLOGIA

BIOLOGÍA II Preguntas Examen Final Curso 2007 / 2008

Bio II UIC Prepa

1

COMPARTIMIENTOS CELULARES •

Define orgánulo celular

En biología celular, se denominan orgánulos celulares a las diferentes estructuras suspendidas en el citoplasma de la célula eucariota, que tienen una forma y unas funciones especializadas bien definidas, diferenciadas y que presentan su propia envuelta de membrana lipídica. La célula procariota carece de la mayor parte de los orgánulos. Conjunto de estructuras en el interior de la célula donde realizan (cada uno de ellos) funciones específicas. Son órganos metabólicamentes activos.

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Define los términos siguientes: núcleo, citoplasma, citosol, retículo endoplasmático, complejo de Golgi, mitocondria, endosoma, peroxisoma.

Núcleo: Es el centro de control celular y encierra la información genética que le otorga a cada célula las características morfológicas, fisiológicas y bioquímicas que le son propias. Orgánulo más aparente de la célula donde se encuentra el genoma. El genoma se encuentra de forma muy compactada; se enrolla a proteínas (nucleoproteínas: Histonas y no-Histonas). El núcleo tiene una doble membrana entre la cual encontramos proteínas (poros nucleares) que permiten el intercambio núcleo citosol. Citoplasma: Contenido celular entre la membrana plasmática y el núcleo. Rodeando al núcleo. Espacio liquido constituido por citosol (donde hay los orgánulos libres) y citoesqueleto. Citosol: El citosol, también llamado hialoplasma, es el medio acuoso del citoplasma en el que se encuentran inmersos los orgánulos celulares. Medio gelatinoso.

Bio II UIC Prepa (1) Metabolismo intermediario: Glicólisis. Glucosa que produce 2 moléculas de ATP sin la presencia de Oxigeno. (2) Síntesis proteica: Ribosomas libres en el citosol. (3) Almacenamiento: Hay vesículas que hacen de reserva, de depósito. Citoesqueleto: Sostiene todas las estructuras. Es dinámico; funciones de movimiento, contractibilidad y división. Esta formado por microfilamentos, microtubulos y filamentos intermedios. Retículo endoplasmático: El retículo endoplasmático es una red interconectada que forma cisternas, tubos aplanados y sáculos comunicados entre sí, que intervienen en funciones relacionadas con la síntesis proteica, metabolismo de lípidos y algunos esteroides, así como el transporte intracelular. Se encuentra en la célula animal y vegetal pero no en la célula procariota. El retículo endoplasmatico rugoso se encuentra unido a la membrana nuclear externa mientras que el retículo endoplasmatico liso es una prolongación del retículo endoplasmatico rugoso. RE, aparado de Golgi, endosomas, lisosomas y vesículas de secreción son todos orgánulos derivados de la membrana externa. Crean una ret muy compleja de transporte de sustancias. Son como varios compartimientos que están conectados entre ellos gracias a vesículas. El RE es una estructura tubular alrededor del núcleo y se expande a lo largo de toda la célula. No es más que una continuación de la membrana externa del núcleo. Se divide en RE rugoso y liso; en el rugoso hay ribosomas y entonces sus funciones son de síntesis proteica y transporte de proteínas. En el liso las funciones son de síntesis y transporte de lípidos y la función de almacenamiento de Calcio por las células musculares. Complejo de Golgi: El aparato de Golgi es un orgánulo presente en todas las células eucariotas excepto los glóbulos rojos y las células epidérmicas. Pertenece al sistema de endomembranas del citoplasma celular. Está formado por unos 4-8 dictiosomas, que son sáculos aplanados rodeados de membrana y apilados unos encima de otros. Funciona como una planta empaquetadora, modificando vesículas del retículo endoplasmático rugoso.

En el aparado de Golgi hay dos funciones muy importantes:

Bio II UIC Prepa (1) Modificación (Glicosilación) añadir grupos de carbohidratos a proteínas desde el RE. (2) Distribución (Reciclaje y secreción) Fuera aparato de Golgi; devolver al RE algunas sustancias. El aparado de Golgi son saculos apretados uno encima del otro. Está separado desde el RE pero si que están en conexión gracias a vesículas. Mitocondria: Las mitocondrias son orgánulos, presentes en prácticamente todas las células eucariotas, encargados de suministrar la mayor parte de la energía necesaria para la actividad celular. Central energética célula. Sor orgánulos móviles, independientes; tienen doble membrana y DNA propio y ribosomas. Producción de ATP  34 moléculas de ATP en la respiración celular. Se piensa que tenga como origen desde la evolución de primitivos parásitos bacterianos. Peroxisoma: Poseen membrana única. No tienen genoma ni ribosomas pero tienen funciones parecidas a las mitocondrias. Contienen una serie de enzimas para reacciones oxidativas; pero esta catálisis de reacciones no produce ATP como en las mitocondrias. Hacen reacciones de detoxificación sustancias así que se puedan eliminar con más facilidad. Hacen reacción de “Beta Oxidación” donde a partir de un lípido producen Acetil Co. A  esta es una reacción para trasformar una molécula grande en una más pequeña utilizable como substrato. También son importantes porque producen el “Plasmalógeno” que es un componente de la mielina de las células nerviosas. Endosoma: Son vesículas de endocitosis delimitadas por una sola membrana. (1) Exotisosis: Contenido célula hacia fuera (2) Endocitosis: Material desde fuera célula hacia adentro creando en endosoma. Exocitosis y endocitosis: Hay dos tipos de endosomas: Tempranos y Tardíos (1) Tempranos: Contiene productos de endocitosis o procedentes desde el aparado de Golgi y disuelven componentes a las membranas.

Bio II UIC Prepa (2) Tardíos: Última fase del endosoma antes de transformarse en Lisosomas. Hay productos que se tienen que eliminar y enzimas de degradación.

Cuando estamos en endosomas temprano se puede recuperar proteinas o material que la célula pueda reutilizar  Transportar hacia el aparado de Golgi o hacia fuera por exocitosis.

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Representa esquemáticamente los principales compartimientos intracelulares de una célula animal.

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Indica la diferencia entre una bacteria y una célula animal en cuanto a la existencia de membranas internas. Comenta el posible significado funcional.

La célula eucariota está constituida por la membrana celular; esta membrana está constituida por lípidos (fosfolipidos) agrupados en doble capa. Tienen las codas Hidrofobicas (no polares) y las caras Hidrofilicas (polares). La célula

Bio II UIC Prepa procariota (bacterias) son mucho más simples y tienen solo una pared celular. La célula eucariota es mucho más compleja que la procariota (hay una serie de compartimientos relacionados entre si) y necesita de varias membranas interna para empaquetar los varios compartimientos. La célula procariota tiene mucho menos estructuras en su interior porque tiene muchas menos funciones y también hablando de dimensiones la célula procariota es mucho más pequeña que la eucariota y entonces las estructuras están una conectada a la otra sin membranas. El hecho de tener solo una pared celular significa que las bacterias son mucho más frágiles y es más fácil destruirlas (penicilina que impide la formación de la pared celular y la célula se muere). •

Define vesículas de transporte.

Son membranas del RE que se separan y transitan, fusionándose con otras estructuras, alcanzando el aparado de Golgi. Algunas vesículas irán devolviendo sustancias importantes por el RE. Permiten de tener en conexión todos los orgánulos derivados de la membrana externa (RE, aparado Golgi, endosomas, lisosomas) •

Indica las particularidades de las mitocondrias en relación a otros orgánulos celulares incluyendo las relativas a su evolución.

Hace unos 1.500 millones de años, una célula procariota capaz de obtener energía de los nutrientes orgánicos empleando el oxígeno molecular como oxidante, se fusionó en un momento de la evolución con otra célula procariota o eucariota primitiva al ser fagocitada sin ser inmediatamente digerida, un fenómeno frecuentemente observado. De esta manera se produjo una simbiosis permanente entre ambos tipos de seres: la procariota fagocitada proporcionaba energía, especialmente en forma de ATP y la célula hospedadora ofrecía un medio estable y rico en nutrientes a la otra. Este mutuo beneficio hizo que la célula invasora llegara a formar parte del organismo mayor, acabando por convertirse en parte de ella: la mitocondria. Lo que distingue la mitocondria desde otros orgánulos es que la mitocondria es un compartimiento de la célula propio y independiente. Tiene DNA y ribosomas propios que significa que se puede sintetizar algunas proteinas el mismo. Tiene doble membrana con proteínas para el transporte al interior o al exterior de sustancias y materiales. Tiene un papel fundamental en la vida de la célula que es el de la respiración celular donde produce moléculas de ATP (energía que la célula utiliza para vivir). A nivel evolutivo la mitocondria se piensa que tenga origen desde una célula procariota fagocitada da una eucariota y que se quedó en su medio ambiente transformándose después en mitocondria.

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Representa esquemáticamente la transición de una célula procariota a una célula eucariota.

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En relación con el transporte intracelular de proteínas, define señales de clasificación, péptido señal, región señal, receptor de clasificación.

El señal-receptor de clasificación son secuencias que indican a la proteína su destino y permiten que sea reconocida da un receptor. En las proteínas existen al menos dos tipos de señales de clasificación: uno de ellos es el péptido señal constituido por una pequeña cadena de Aa en una determinada región; El otro tipo de señal (región señal) consiste en una disposición tridimensional característica de lo átomos de la superficie de la proteína que se forma cuando se pliega la proteína.

Ambos tipos de señales son reconocidos por receptores de clasificación que guían a las proteínas hacia el destino correcto, donde los receptores se separan de su carga. Los receptores actúan cataliticamente: después de completar un ciclo de transporte vuelven a su punto de origen y son reutilizados.

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En relación con el transporte intracelular de proteínas define los siguientes términos: transporte regulado, transporte transmembrana y transporte vesicular.

· Transporte regulado: Entre núcleo y citosol. · Transporte transmembrana: Entre distintos compartimientos · Transporte vesicular: En un mismo compartimiento (entre RE, aparato de Golgi, endosomas...) •

Representa esquemáticamente un mapa del transporte intracelular de proteínas a través de las rutas indicadas en el párrafo anterior.

Transporte Vesicular:

Como se nota el transporte vesicular tiene lugar en un mismo compartimiento. Hay la separación de una porción de orgánulo formando una vesícula que se fusiona al lugar de su destino.

Transporte Regulado: Es el transporte entre núcleo y citosol que están directamente conectados por los poros nucleares. Algunas moléculas pasan por los poros nucleares en manera libre (difusión libre) y otras necesitan un receptor por las moléculas de tamaño más grande.

Transporte Transmembrana:

Desde el citosol hasta el interior de la mitocondria a través de varias proteínas de membrana.

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Representa esquemáticamente los distintos orgánulos de una célula animal indicando con el mismo color los espacios topológicamente equivalentes. Señala mediante flechas el tránsito de vesículas entre los distintos compartimientos.

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Indica las características de las secuencias señal que dirigen el transporte de proteínas hacia los siguientes destinos intracelulares: retículo endoplasmático, mitocondrias y peroxisomas.

Las proteínas que están destinadas a ser transferida al RE tienen, en su extremo N-terminal, secuencias señales que en su parte central presentan entre 5 y 10 restos de Aa hidrofobicos. Las proteínas destinadas a las mitocondrias presentan secuencias señales de otro tipo, en las que se alternan restos de Aa cargados positivamente con restos de Aa hidrofobicos. Finalmente las proteínas destinadas a los peroxisomas tienen una secuencia señal de tres Aa característicos en su extremo Cterminal. •

Indica de dónde proceden los orgánulos celulares de las células hijas durante el proceso de la división celular y qué información se requiere para la síntesis de novo de orgánulos.

Los orgánulos no se sintetizan de novo. Los orgánulos se forman a partir de los preexistentes y se duplican cuando la célula se divide. Esto no incluye a los orgánulos que derivan de otros (vesículas de transporte y endosomas). La información necesaria para construir un orgánulo rodeado de membrana no reside solo en DNA; también se requiere la información epigenetica en forma de al menos una proteína desde la célula progenitora a las células de la progenie en forma de propio orgánulo. Esta información es esencial para la propagación de la organización celular en compartimientos, al igual que la información del DNA es esencial para la propagación de las secuencias celulares de nucleótidos y de Aa.

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NÚCLEO CELULAR

2.1

TRANSPORTE DE MOLÉCULAS ENTRE EL NÚCLEO Y EL CITOSOL.

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Define envoltura nuclear, membrana nuclear interna, membrana nuclear externa, espacio perinuclear.

La envoltura nuclear presenta una estructura basada en una doble membrana (membrana interna y membrana externa). Entre la membrana externa e interna de esa envoltura existe un espacio intermembrana, llamado espacio perinuclear. Bajo la membrana interna existe una capa de proteínas fibrilares llamada lámina fibrosa o lamina nuclear. El origen de la membrana nuclear es el retículo endoplasmático; en particular la membrana nuclear externa continua con el RE. En el espacio perinuclear hay una serie de poros que comunican ambos sistemas. Estos poros tienen una compleja estructura basada en la organización de una serie de proteínas que forman el complejo del poro nuclear. •

Representa esquemáticamente la envoltura nuclear y sus conexiones con el retículo endoplasmático. Dibuja la lámina nuclear y los complejos de poro nuclear.

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Indica algunas de las moléculas que experimentan transporte del citoplasma al núcleo y del núcleo al citoplasma.

· Transporte Citosol – Núcleo: histonas, polimerasas DNA, polimerasas RNA, factores de transcripción, proteínas que procesan el RNA. · Transporte Núcleo – Citosol: RNAm, RNAt, (RNAr)

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Define complejos de poro nuclear y nucleoporinas.

Los poros nucleares se sitúan en el espacio perinuclear entre la membrana interna y la membrana externa y tienen el importante papel de transportar sustancias y materiales entre el núcleo y citosol. Están constituidos por varias proteinas (nucleoporinas) distribuidas en 8 columnas formando una estructura octagonal. Estos poros además, están constituidos por fibrillas (hacia el núcleo y hacia el citosol) que recogen las proteinas importadas en el núcleo. Las moléculas pequeñas pasan por difusión simple a través de los poros, pero las moléculas de mayor tamaño pueden ser reconocidas mediante secuencias señales específicas y luego difundidas con la ayuda de las nucleoporinas hacia o desde el núcleo. •

Indica la relación entre el número de complejos de poro nuclear y la actividad nuclear en replicación y transcripción.

En general, cuanto más activa sea la transcripción y replicación nuclear, mayor será el número de complejos de poro presentes en la envoltura nuclear. En general en cada célula de mamífero hay como 3000 y 4000 complejos nucleares. Durante la replicación la célula necesita importar 10 (a la 6) moléculas de histonas desde el citoplasma cada 3 minutos para poder empaquetar el DNA, lo cual significa que cada poro ha de transportar alrededor de 100 moléculas de histonas por minuto. Reacciones más activas, más poros. •

Indica la relación entre el peso de una molécula en daltons y el tipo de transporte citoplasma-núcleo.

La envoltura nuclear deja pasar algunas moléculas por difusión libre y otras necesitan de proteínas para entrar o salir. Las moléculas pequeñas (5000 daltons o menos) difunden tan rápidamente que puede considerarse que la envoltura nuclear es libremente permeable a ellas. Una proteína de 17.000 daltons tarda 2 minutos para pasar desde el citoplasma hasta el núcleo, mientras proteínas mayores de 60.000 daltons parece que es incapaz de entrar en el núcleo. •

Define señales de localización nuclear y receptores de importación.

Cuando las proteínas del núcleo son extraídas experimentalmente y reintroducidas de nuevo en el citosol, incluso las más grandes se vuelven a acumular en el núcleo de forma eficiente. La selectividad de esta importación nuclear (desde el citosol a volver al núcleo) reside en las señales de localización nuclear, que sólo están presentes en las proteínas nucleares. Para identificar esta secuencia se ha utilizando la tecnología de DNA recombinante. En muchas proteínas nucleares, consisten en una o

Bio II UIC Prepa dos secuencias cortas ricas en los Aa cargados positivamente lisina y arginina. Para que se inicie el transporte hacia el núcleo, muchas secuencias de localización nuclear han de ser reconocidas por receptores de importación al núcleo. Los receptores de importación son proteínas citosólicas solubles que se unen a las secuencias de localización y a las nucleoporinas. •

Indica si la translocación citoplasma-núcleo implica el desplegamiento de las proteínas.

El mecanismo de transporte macromolecular a través de los poros nucleares es fundamentalmente distinto a los mecanismos de transporte implicados en el transporte de proteínas a través de las membranas de otros orgánulos, porque se realiza a través de un gran poro acuoso en lugar de a través de un transportador proteico que través una o más capas lipidicas. Por esta razón, las proteínas nucleares pueden ser transportadas a través de los poros nucleares manteniendo su conformación completamente plegada. Por el contrario, como veremos más adelante, para ser transportadas a otros orgánulos las proteínas tienen que ser completamente desplegadas durante el transporte. •

Indica la relación entre los receptores de importación nuclear, las proteínas nucleares y las nucleoporinas.

Los receptores de importación son proteínas citosólicas solubles que se unen a las secuencias de localización y a las nucleoporinas, algunas de las cuales forman las fibrillas tentaculares que se introducen en el citosol. Las fibrillas y muchas otras nucleoporinas contienen un gran numero de cortas secuencias de Aa en fenilalanina y glicina, las repeticiones FG. Las repeticiones FG son lugares de unión de los receptores de importación. Se cree que marcan el camino que siguen, a través del complejo de poro, los receptores de importación y sus proteínas transportadas. Una vez en el núcleo los receptores de importación se separan de su carga y vuelven al citosol.

Los receptores nucleares de importación reconocen las señales de localización nuclear

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Indica la relación entre los receptores de importación nuclear, las proteínas nucleares y las proteínas adaptadoras.

Los receptores de importación no siempre se unen directamente a las proteínas nucleares; en ocasiones participan proteínas adaptadoras adicionales que actúan como puente entre el receptor de importación y la proteína que va a transportar. Sorprendentemente, las proteínas adaptadoras están estructuralmente relacionadas con los receptores de importación, lo que sugiere un origen evolutivo común. El uso combinado de receptores de importación y de proteínas adaptadoras permite a la célula reconocer el amplio repertorio de secuencias de localización nuclear que presentan las proteínas nucleares. •

Define señales de exportación nuclear, receptores de exportación nuclear y carioferinas.

Son todas secuencias fundamentales por la exportación nuclear de grandes moléculas o subunidades ribosómicas o moléculas de RNA. Este sistema de transporte se basa en la presencia de señales de exportación nuclear en las moléculas a exportar, así como en la existencia de receptores de exportación nuclear. Estos receptores se unen a las señales de exportación y a las nucleoporinas, guiando su carga a través del complejo de poro hasta el citosol. Las carioferinas o receptores de transporte nuclear (importación) están codificados por la misma familia genética que codifica por los receptores nucleares de exportación. •

Indica la relación entre las proteínas de exportación nuclear, las macromoléculas exportadas y las nucleoporinas.

Los sistemas de transporte en la importación y en la exportación actúen de manera similar, pero en sentido opuesto: los receptores de importación se unen a su carga (proteína o macromolécula da transportar) en el citosol, liberándola en el núcleo, y son exportados hacia el citosol para su reutilización, mientras que los receptores de exportación funcionan de manera opuesta. •

Indica la relación entre la GTPasa Ran y la energía necesaria para el transporte núcleo-citoplasma.

Se piensa que la energía necesaria por el transporte núcleocitoplasma procede de la hidrólisis de GTP por la GTPasa monomérica Ran.

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Indica la distribución de la Ran-GTP y Ran-GDP entre el núcleo y el citoplasma.

Como otras GTPasa, la proteína Ran es un interruptor molecular que puede existir en dos formas, dependiendo si está unida a GTP o a GDP. El citosol contiene mayoritariamente RanGDP y el núcleo mayoritariamente Ran-GTP.

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Indica la acción de Ran-GTP nuclear en los complejos receptor-carga de entrada al núcleo y de salida.

El gradiente de las dos formas conformacionales de Ran dirige el transporte nuclear en la dirección apropiada. La unión de los receptores de importación a las repeticiones FG en la cara citosolica del complejo de poro nuclear solo ocurre cuando el receptor está unido a su carga. Después, los receptores de importación con su carga se desplazan a lo largo del camino que marcan las secuencias repetidas FC hasta que alcanzan la cara nuclear del complejo de poro, donde la unión Ran-GTP induce la separación del receptor de importación y su carga

Una vez liberada la carga en el nucleo, el receptor de importación vació unido a Ran-Gtp es devuelto al citosol a través del complejo de poro. Allí, dos proteínas citosolicas, la proteínas de unión a Ran y Ran-GAP, colaboran transformando RanGTP en Ran-GDP (figura arriba).

Bio II UIC Prepa A continuación, en el citosol Ran-GDP se separa de la proteína de unión a Ran y es reimportado al núcleo, completando el ciclo. La exportación nuclear se realiza mediante un mecanismo similar excepto que Ran-GTP en el núcleo favorece la unión de la carga a los receptores de exportación y la unión de los receptores cargados a la cara nuclear del complejo de poro. En el citosol el receptor de exportación se separa de Ran-GDP y libera su carga en el citosol, separándose del complejo de poro; los receptores de exportación vacíos son devueltos al núcleo, completando el ciclo.

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Define proteínas lanzadera nucleo-citoplasma y proteínas citosólicas inhibidoras del transporte nuclear.

Las proteínas lanzadera núcleo-citoplasma son proteínas sintetizadas en el núcleo que presentan secuencias de localización como de exportación del núcleo. Estas proteínas se desplazan constantemente entre núcleo y citosol. Sin embargo, en otros casos, su transporte está muy controlado. La actividad de algunas proteínas de regulación génica se controla manteniéndolas fuera del compartimiento nuclear hasta que sean necesarias en dicho compartimiento. Algunas proteínas de regulación génica se unen a proteínas inhibidoras del transporte nuclear que enmascaran sus señales de localización impidiendo su reconocimiento por los receptores de importación nuclear. Cuando la célula recibe el estimulo apropiado, la proteína se libera de su anclaje citosolico y es transportada hacia el núcleo. • Indica la relación entre la maduración del pre-ARNm y la exportación nuclear.

Bio II UIC Prepa Los pre-mRNA procesados de forma incompleta son retenidos activamente en el núcleo, unidos a la maquinaria de transcripcion nuclear y de maduración, que solo libera el RNA cuando su procesamiento se ha completado. •

Define lámina nuclear y láminas nucleares.

La lamina nuclear es una red de subunidades proteicas interconectadas, denominadas laminas nucleares (varias subunidades –laminas nucleares- se unen en una red compleja – lamina nuclear-). •

Indica la relación entre fosforilación y desfosforilación de las láminas y la organización de la envoltura nuclear.

Durante la mitosis el núcleo se desorganiza a través de reacciones de fosforilación y desfosforilación de las láminas nucleares; con la fosforilación de las láminas nucleares hay un desensamblaje de todas las estructuras nucleares; este fenómeno provoca la rotura de las barreras que normalmente separan núcleo y citosol, de forma que las proteínas nucleares se disuelven en el citosol. Posteriormente en la mitosis la envoltura nuclear se reorganiza gracias a la desfosforilación de las láminas nucleares. •

Indica si las señales de localización nuclear son eliminadas después de la translocación nuclear. ¿Cuál es el significado funcional de este fenómeno?

Las señales de localización nuclear no son eliminadas después del transporte hacia el núcleo; se supone que esto es así porque las proteínas nucleares han de ser importadas al núcleo varias veces, después de cada división celular. Por el contrario, cuando una molécula de proteína ha sido importada a cualquier otro orgánulo rodeado de membrana, se transmite de generación en el interior del compartimiento y nunca ha de ser translocada de nuevo. En este caso, generalmente la secuencia señal de estas moléculas es eliminada después de la translocaciòn proteica.

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3

MITOCONDRIAS

3.1

TRANSPORTE DE MOLÉCULAS

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Define mitocondria, espacio de la matriz, espacio intermembrana, membrana interna, crestas, membrana externa.

Presentes en todas las células animales y también en hongos y plantas. Compartimiento independiente en la célula; son orgánulos moviles y plásticos, que cambian constantemente de forma e incluso se fusionan unos con otros y se vuelven a separar. Cuando se desplazan por el citoplasma se encuentran a menudo asociados a los microtubulos, lo que quizás determina su orientación y distribución típicas en los diferentes tipos celulares. Existe un gran numero de mitocondrias empaquetadas entre las miofibrillas adyacentes en las células del músculo cardiaco, o mitocondrias densamente agrupadas alrededor del flagelo en los espermatozoides. Papel primordial en la producción de ATP. Tiene su propio DNA y ribosomas; expresa sus propias proteínas pero estas son sólo una pequeña porción de todas sus proteínas. La mayoría de las proteínas de las mitocondrias derivan desde el núcleo así como también muchas enzimas. Las mitocondrias están constituidas por una doble membrana (interna y externa) que delimita el espacio intermembrana. La membrana externa contiene copias de una proteína de transporte denominada porina, que permite el paso a todas las moléculas de menos de 5.000 daltons. La membrana interna es impermeable. El espacio de la matriz no es otro que el contenido de la mitocondria donde encontramos varias copias del genoma mitocondrial (DNA circular), tRNA y varias enzimas necesarias para la expresión de los genes mitocondriales. Generalmente la membrana interna suele estar muy replegada, formando una serie de dobleces dirigidos hacia la matriz, denominadas crestas. El número de crestas varía con la actividad respiratoria del tipo particular de célula en estudio. •

Representa esquemáticamente una mitocondria indicando los elementos definidos en el párrafo anterior.

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Indica como tiene lugar la generación de nuevas mitocondrias.

Las mitocondrias nuevas derivan desde mitocondrias antecedentes. Se originan desde otras mitocondrias. Se dividen por fisión. El numero de copias y formas de las mitocondrias varia mucho en los diferentes tipos celulares y en el mismo tipo celular puede cambiar según las condiciones fisiológicas. En una célula puede haber desde muchos orgánulos esféricos hasta uno solo con una estructura ramificada (o reticular). Esta disposición está controlada por las velocidades relativas de división y de fusión, las cuales están reguladas por GTPasa localizadas en las membranas de las mitocondrias. El espacio que rodea la membrana mitocondrial interna de cada orgánulo pueden existir varias copias de los genomas mitocondrial. El número de copias en cada orgánulo depende del grado de fragmentación del orgánulo; muchas veces se encuentran varias copias del genoma en un mismo compartimiento. En la mayoría de las células la replicación del DNA del orgánulo no se limita a la fase S del ciclo celular, cuando se replica en DNA nuclear, sino que ocurre a lo largo de todo el ciclo celular – fuera de la fase de división de la célula-. •

Define proteínas precursoras mitocondriales, secuencia señal de estas proteínas, complejos TIM, TOM y OXA.

Las proteínas mitocondriales son primero sintetizadas en el completamente en el citosol (proteínas precursoras mitocondriales) y después son traslocadas a las mitocondrias mediante un mecanismo posttraduccional. La mayoría de las proteínas precursoras mitocondriales tienen una secuencia señal en su extremo N-terminal que es eliminada rápidamente, después de la importación, por una proteasa en la matriz mitocondrial. Las secuencias señales son tanto necesarias como suficientes para inducir la importación de las proteínas que las presentan.

Bio II UIC Prepa La traslocación de proteínas a través de las membranas mitocondriales la llevan a cabo complejos proteicos, formados por varias subunidades, que actúan como traslocadores de proteínas: el complejo TOM actúa a través de la membrana externa y dos complejos TIM (TIM 22 y TIM 23) lo hacen a través de la membrana interna. Un tercer translocador en la membrana interna es el complejo OXA, que participa en la inserción de proteínas de membrana interna que han sido sintetizadas en la mitocondria. •

Indica cómo son transportadas las proteínas mitocondriales (¿plegadas o desplegadas?).

Los precursores de proteínas mitocondriales no se pliegan en sus conformaciones nativas después de su síntesis, sino que permanecen desplegados gracias a interacciones con otras proteínas del citosol. •

Indica cómo actúan los complejos TOM-TIM en la importación de proteínas mitocondriales (¿de forma acoplada o de forma independiente).

Aunque generalmente la acción de los complejos TOM y TIM está acoplada permitiendo que las proteínas atraviesen las dos membranas a la vez, ambos complejos de translocación también pueden actuar independientemente. •

Representa esquemáticamente el mecanismo de importación de proteínas mitocondriales.

La secuencia N-terminal de la proteína precursora es reconocida por los receptores del complejo TOM en la membrana externa. Una vez ha alcanzado el espacio intermembrana, la secuencia de direccionamiento se une al complejo TIM, abriendo el canal del complejo a través del cual la cadena polipeptídica o bien entra en la matriz o se inserta en la membrana interna. En la matriz la secuencia señal es eliminada por acción de la peptidasa señal, formando la proteína madura.

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Indica la función de las chaperonas citosólicas y el ATP en la importación de proteínas mitocondriales.

El transporte direccional requiere energía. En la mayoría de los sistemas biológicos la energía es aportada por la hidrólisis de ATP. La importación de proteínas por la mitocondria es impulsada por la hidrólisis de ATP en dos lugares, uno exterior a la mitocondria y el otro en la matriz. Además se requiere un gradiente electroquímico de H+ a través de la membrana interna. Las proteínas chaperonas citosolicas contribuyen a evitar que los precursores de las proteínas se agreguen o se plieguen antes de entrar en contacto con el complejo TOM en la membrana mitocondrial externa. •

Indica qué es y para que sirve el gradiente de H+ a través de la membrana interna de la mitocondria.

Cuando la secuencia señal ha pasado a través del complejo TOM y se ha unido al complejo TIM, precisa un gradiente electroquímico de H+ a través de la membrana interna para que la translocación prosiga. Este es mantenido por el bombeo de H+ de la matriz hacia el espacio intermembrana, impulsado por los procesos de transporte de electrones de la membrana interna. La energía del gradiente electroquímico de H+ a través de la membrana interna no solo se utiliza para la síntesis de la mayoría del ATP celular, sino también para impulsar la translocación de las secuencias señal a través del complejo TIM. •

Indica cuál es la función de la hsp70 de la matriz mitocondrial.

Las chaperonas hsp 70 de la matriz participan en el proceso de translocación, constituyendo la tercera etapa del proceso en la que se consume ATP. Las hps 70 mitocondrial son esenciales en el proceso de importación porque las mitocondrias que contienen formas mutantes de esta proteína son incapaces de importar proteínas. Esta tiene una alta afinidad por las cadenas polipeptídicas desplegadas y se une firmemente a una proteína de importación en cuanto emerge de translocador en la matriz. A continuación libera la proteína en un proceso dependiente de ATP. Se cree que este ciclo de unión y separación de la proteína, dependiente de energía, es el que aporta la energía necesaria para completar la importación de una proteína una vez se ha insertado en el complejo TIM 23.

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La proteína hsp 70 mitocondrial se une a las regiones de la cadena polipeptídica a medida que alcanza la matriz, tirando de la proteína hacia la matriz en un proceso con consumo de ATP. •

Indica cuál es la función de la hsp60 de la matriz mitocondrial.

La hsp 60 aporta una camera en la que el polipéptido desplegado ve facilitado su plegamiento mediante unión y liberación a través de ciclos de hidrólisis de ATP. •

Indica cómo son transportadas las proteínas que se incorporan a la membrana interna y al espacio intermembrana de las mitocondrias.

Las proteínas que se integran en la membrana mitocondrial interna o que actúan en el espacio intermembrana son transportados inicialmente desde el citosol por el mismo mecanismo que lleva las proteínas hasta la matriz. Estas proteínas pero estratégicamente tienen una secuencia de Aa hidrofobicos. Cuando la peptidasa señal de la matriz ha eliminado la secuencia señal, la secuencia hidrofobica actúa como nueva secuencia señal N-terminal, dirigiendo la translocación de la proteína desde la matriz hacia o a través de la membrana interna, utilizando como translocador el complejo OXA. El complejo OXA también participa en la inserción en la membrana interna de proteínas codificadas por la mitocondria. Una ruta alternativa hacia la membrana interna evita el paso por la matriz (figura b). El translocador TIM 23 de la membrana interna se une a la secuencia hidrofobica que sigue a la secuencia señal N-terminal e inicia la importación, haciéndola actuar como una secuencia de paro de paro de la translocación, que impide que la translocación a través de la membrana interna continué. Después de que la secuencia señal N-terminal es eliminada, el resto de la proteína se desliza a través del complejo TOM de la membrana externa quedando en el espacio intermembrana. Las proteínas destinadas al espacio intermembrana primero son insertadas, vía su secuencia señal hidrofobica, en

Bio II UIC Prepa la membrana interna y posteriormente una proteasa señal intermembrana las corta, liberando la cadena polipeptídica madura como una proteína soluble.

•

Indica cómo se transportan los metabolitos de pequeño tamaño a través de la membrana externa y de la membrana interna de la mitocondria.

Además de las proteínas las mitocondrias han de transportar pequeños metabolitos a través de sus membranas. A diferencia de la membrana externa, con porinas que la hacen permeable a las moléculas pequeñas, la interna no es permeable. El transporte de una gran cantidad de pequeñas moléculas a través de ella lo lleva a cabo una familia de proteínas transportadoras especificas de metabolito. Estas proteínas transportadoras de la membrana interna son proteínas de paso múltiple, que no presentan secuencias eliminables en su extremo N-terminal, pero que contienen secuencias señales internas. Estas proteínas cruzan el complejo TOM de la membrana externa y se insertan en la membrana interna utilizando el complejo TIM 22 (figura D). Su integración en la membrana interna requiere la existencia de un gradiente electroquímico de H+, pero no hsp 70 mitocondrial ni ATP. Es probable que la integración en la membrana sea impulsada por la solubilizacion, energéticamente favorable, en la membrana de las regiones transmembrana hidrofobicas.

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3.2 PRODUCCIÓN DE ENERGÍA •

En el marco de la mitocondria, representa esquemáticamente la relación entre la glucosa, el piruvato, los ácidos grasos, el acetil CoA, el ciclo del ácido cítrico, el CO2, NADH, la cadena respiratoria mitocondrial, la activación de las bombas de H+, el flujo de H+ a favor de gradiente, la activación de la ATP sintasa y la producción de ATP.

En el citoplasma tiene lugar la glicólisis donde la glucosa se oxida en piruvato (sin presencia de Oxigeno) liberando dos moléculas de ATP y productos de desecho. El piruvato más ácidos grasos entran en la matriz mitocondrial se oxidan en acetil CoA. El acetil CoA entra en el ciclo del acido cítrico donde se produce NADH y productos de desecho (Co2). El NADH (y también el FADH2) transporta electrones ad alta energía y son transferidos a la membrana mitocondrial interna, donde entran en la cadena de transporte de electrones; le cesión de estos electrones regenera NAD+ necesario para que el metabolismo oxidativo continué. Los electrones son transportados por la cadena de transporte de electrones y liberan energía que viene utilizada para bombear H+ hacia el exterior de la matriz. Se genera un gradiente electroquímico de H+ donde estos últimos son impulsados a volver hacia la matriz (porque siguen el gradiente de concentración; desde mayor hasta menor) a través de la ATP sintasa que utiliza la energía del flujo de protones para producir ATP desde ADP más P. •

Indica cuántas moléculas de ATP se producen en el citoplasma como consecuencia de la transformación de glucosa en piruvato y cuántas en la mitocondria por la oxidación del piruvato.

En el citoplasma en el fenómeno de la glicólisis donde la glucosa se transforma en piruvato se generan 2 moléculas de ATP. En la fosforilación oxidativa se generan 34 moléculas de ATP.

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Indica en qué consiste y para qué sirve el gradiente electroquímico de H+ en la mitocondria.

El NADH (producto del ciclo del acido cítrico) está cargado con electrones ad alto potencial eléctrico que en seguida son transportados en la membrana interna en la cadena de transporte de electrones. Estos electrones son transportados desde un complejos enzimático al otro (son 3) que utilizan parte de la energía liberada para bombear protones hacia el exterior de la matriz. Estos protones generan un gradiente electroquímico de protones a través de la membrana interna que impulsa a los protones a volver hacia la matriz a través de la ATP sintasa, un complejo proteico que utiliza la energía del flujo de protones para sintetizar ATP a partir de ADP y P en la matriz.

•

Indica la dirección y los mecanismos de transporte mitocondrial del piruvato, ADP, Pi, ATP.

El piruvato con los ácidos grasos desde el citoplasma (lugar de la glicólisis) entra en la matriz de la mitocondria para oxidarse en acetil CoA y entrar en el ciclo del acido cítrico. El ADP y el grupo P se mueven desde el exterior hasta el interior de la matriz gracias a la ATP sintasa que utiliza la energía del flujo de protones obteniendo ATP. Estas moléculas de ATP son destinadas a salir hacia el exterior de la mitocondria para ser utilizadas como energía por todas las funciones celulares. •

Indica cuál es la diferencia entre los adipocitos marrones y los adipocitos normales en cuanto a la producción mitocondrial de energía.

En algunos adipocitos, conocidos como adipocitos marrones, la mayor parte de la energía de oxidación no se transforma en ATP sino que se disipa en forma de calor. En estas células la membrana mitocondrial interna, de estas grandes mitocondrias, contiene una proteína transportadora especial que permite disipar el gradiente electroquímico de H+ sin pasar por ATP

Bio II UIC Prepa sintasa. Esto hace que las células oxiden las grasas almacenadas a una velocidad elevada y produzcan más calor que ATP. 3.3

PARTICIPACIÓN EN LA APOPTOSIS •

Representa esquemáticamente la participación de proteínas mitocondriales en la muerte celular programada

La Apoptosis es el tipo de muerte programada más frecuente; proceso por el cual la célula induce su propia muerte pero conservando la membrana celular. Diferente de la necrosis. En la mitocondria hay proteínas (proteasas) inactivas que se activan para iniciar la apoptosis. Estas proteasas se llaman caspasas que con un señal activan otras caspasas que activa otras y otras capspasas; se crea una activación de caspasas en cascada. La primera caspasasa esta activada por una proteína libre en espacio intermembrana: el cytocromo c. Cuando esta proteína se mueve hasta el citosol junta con otras proteínas* activa la apoptosis; en el citosol se une con otras proteínas adaptadoras creando el Apoptosoma. Esto apoptosoma atrae varias procaspasas (caspasas antes de ser activas) que se unen entre ellas; en consecuencia las procaspasas se activan y se crea la apoptosis. Algunas caspasas tienen un papel importante en la apoptosis: por ejemplo algunas fragmentan laminas nucleares provocando la rotura irreversible de la lamina nuclear; otras escinden una proteína que libera un enzima (DNAsa) que fragmenta el DNA del núcleo de la célula. La cascada de proteasas sólo es destructiva y autoamplificante sino irreversible, de modo que una vez la célula ha alcanzado un punto critico de la vía de destrucción ya no puede volver atrás. * Estas proteínas que ayudan el cytocromo c a salir hacia fuera se llaman proteínas pro-apoptoticas. En el espacio intermembrana hay también proteínas que inhiben la apoptosis; se llaman IAP: proteínas inhibidoras apoptosis. Para bloquear estas proteínas y permitir la apoptosis existen proteínas anti-iap’s. Muchos virus producen IAP’s para impedir la apoptosis y morir.

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3.4

GENOMA MITOCONDRIAL •

Dibuja un esquema que muestre la participación de los genomas nuclear y mitocondrial en la producción de proteínas mitocondriales.

•

Indica las principales características del genoma mitocondrial humano en comparación con el genoma nuclear.

El genoma mitocondrial es un solo circulo de unos 16.500 pares de bases (menos de 0,001% del tamaño del genoma nuclear). El las células el genoma mitocondrial representa menos del 1% del DNA celular total. •

Indica cómo tiene lugar y cuáles son los principales productos de la transcripción del genoma mitocondrial.

En células humanas, las dos hebras del DNA mitocondrial son transcritas a la misma velocidad a partir de una sola región promotora en cada hebra, produciendo dos moléculas deferentes de RNA gigantes, cada una de las cuales contiene una copia completa de cada hebra del DNA. Por lo tanto la transcripcion es simétrica. Los transcritos hechos sobre una hebra son procesados mediante la acción de nucleasas que los fragmentan, produciendo las dos moléculas de rRNA, la mayoría de las moléculas de tRNA y unas 10 moléculas de RNA que presenten coda poli-A. Por el contrario el procesamiento del transcrito de la otra hebra sólo produce 8 moléculas de tRNA y un pequeño RNA que contiene poliA; aparentemente, el 90% restante de este transcripto contiene informaciones no útiles y es degradado. Los RNA con coda poli-A

Bio II UIC Prepa son los mRNA mitocondrial. Algunos genes mitocondriales presentan intrones que serán eliminados por el proceso de “splicing” del RNA. • Indica cómo tiene lugar la herencia del genoma mitocondrial y cómo pasa a las células hijas. Para cada gen nuclear, dos de las cuatro células que resultan de la meiosis heredan el gen procedente de una de las células haploides parentales originales, y las otras dos células heredan el gen procedente de la otra célula (herencia mendeliana). En cambio, para los genes mitocondriales es posible que las cuatro células que resultan de la miosis hereden los genes mitocondriales de una de las dos células haploides originales (herencia citoplasmática o no mendeliana). En los animales superiores la herencia mitocondrial es uniparental (más exactamente, materna). En algunos animales con DNA mitocondrial del tipo A se cruzan con animales con DNA mitocondrial de tipo B, la progenie presenta sólo DNA mitocondrial del tipo materno. Asimismo, siguiendo en grandes familias la distribución de secuencias variantes de DNA mitocondrial, se ha demostrado que las mitocondrias humanas se heredan por vía materna. •

Indica si existen proteínas mitocondriales específicas de tejido y en qué genoma están codificadas.

Si existen: en determinados tipos celulares las mitocondrias pueden tener funciones especializadas. Así, el ciclo de la urea es la vía metabólica central de los mamíferos para eliminar el nitrógeno de los compuestos que lo contienen. Este se excreta por la orina en forma de urea. Diferentes enzimas de la matriz mitocondrial, codificadas en el núcleo, catalizan diferentes etapas de este ciclo. La síntesis de la urea solo se lleva a cabo en algunos tipos de tejidos, entre ellos el hígado. Solo en estos tejidos se sintetizan estas enzimas necesarias y son transportadas a la mitocondria. Los complejos enzimáticos respiratorios de la membrana mitocondrial interna de los mamíferos contienen diversos enzimas específicos de tejido, subunidades codificadas en el núcleo que al aparecer actúa como reguladoras del transporte de electrones. Así, algunas personas pueden presentar una alteración genética muscular debido a una subunidad defectuosa de la citocroma oxidasa, especifica de las fibras musculares esqueléticas, por lo que las otras células de este mismo individuo, incluyendo las fibras musculares cardiacas, funcionen bien, permitiéndole vivir.

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4

PEROXISOMAS •

Define peroxisomas

Constituisconos un compartimiento independiente de los demás. Son muy parecidos a las mitocondrias porque tienen reacciones oxidativas como las mitocondrias. •

Indica la relación entre los peroxisomas y el metabolismo del O2.

Los peroxisomas se denominan así porque generalmente contiene una o más enzimas que utilizan oxigeno molecular para eliminar átomos de H a partir de sustratos orgánicos específicos a través de una reacción oxidativa que produce peroxido de hidrogeno: Oxidasa: RH2 + O2 → R + H2O2 •

Indica en qué consiste la función detoxificante de los peroxisomas.

La catalasa utiliza el peroxido de hidrogeno generado por otras enzimas del orgánulo para oxidar diversas sustancias –como fenoles, acido formico, formaldehído y alcohol- mediante una reacción de “peroxidacion”: Catalasa: R’H2 + H2O2 →

R’+2H20

Este tipo de reacción es particularmente importante en el hígado y en las células del riñón, donde los peroxisomas detoxifican una gran variedad de moléculas toxicas que entran en circulación. Además cuando se acumula un exceso de H2O2 en la célula, la catalasa lo transforma en H2O mediante la reacción: Catalasa: 2 H2O2 → 2 H2O+ O2 •

Indica en qué orgánulos tiene lugar la beta-oxidación de los ácidos grasos.

Reacción que tiene lugar en los peroxisomas; es una reacción de oxidación para transformar una molécula grande en una más pequeña utilizable como substrato. En particular se parte desde un lípido que si oxida produciendo como producto Acetil CoA que verá utilizado en la mitocondria. CH3- CH- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2-C=0~SCoA

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•

Indica qué relación con

CH3-C=0~SCoA

son los plasmalógenos y cuál es su los peroxisomas.

El plasmalógeno es un componente de la mielina (membrana que recubre los axones de las células nerviosas) y es generado por los peroxisomas. Una deficiencia de plasmalógeno provoca profundas anomalías en la mielinización de las neuronas y es una de las causas de de que muchas deficiencias peroxisomicas provoquen anomalías neurológicas. •

Indica las características de la secuencia señal de importación a los peroxisomas.

Es una secuencia especifica de tres Aa, localizada cerca el extremo C de muchas proteínas peroxisomicas que actúan como señal de importación. Otras proteínas contienen una secuencia señal cerca del extremo N-terminal. Si cualquiera de estas secuencias se une experimentalmente a una proteína citosolica, la proteína es importada directamente al peroxisoma. Secuencia de importación: Ser-Lys-Leu (C-terminal) •

Indica de qué manera se importan las proteínas en los peroxisomas (¿plegadas o desplegadas?).

Las proteínas peroxisomicas no han de desplegarse para ser importadas al peroxisoma, lo cual indica que el mecanismo es diferente del que utilizan mitocondrias y cloroplastos. En las mitocondrias las proteínas están desplegadas y se pliegan solo al final gracia a las proteínas hsp 60; las proteínas peroxisomicas están plegadas a diferencia. •

Indica como se generan nuevos peroxisomas.

Se reproducen por fisión como las mitocondrias; se crean una vesícula (junta con proteínas) que sale fuera del RE ya como peroxisoma y desde allí por fisión se reproduce.

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RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO •

Define retículo endoplasmático (RE) y lumen del retículo.

El RE está organizado en forma de una red laberíntica de túbulos ramificados y de sáculos aplanados que se extiende por todo el citoplasma. Se cree que los túbulos y los sáculos están interconectados, de modo que la membrana del RE forma una lámina continua que define un único espacio interno. Este espacio se denomina lumen del RE. El RE no es más que la continuación de la membrana externa del núcleo. •

Dibuja un esquema del RE.

•

Indica cuál es la función del RE.

El RE juega un papel central en la biosíntesis celular. Su membrana es el lugar de producción de todas las proteínas transmembrana (RE rugoso) y lípidos (RE liso) de la mayoría de los orgánulos celulares. La membrana también contribuye a la formación de las membranas de las mitocondrias y de los peroxisomas ya que produce los lípidos de estos orgánulos.

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Define RE rugoso, RE liso, RE transicional, importación cotraduccional al RE.

La zona del RE rica en ribosomas se denomina RE rugoso; las regiones del RE que carecen de ribosomas se denominan RE liso. Estas zonas se encuentran en la gran mayoría de células y solo existe una pequeña región del RE que es parcialmente lisa y parcialmente rugoso. Esta región se denomina RE transicional porque contiene sitios de salida del RE de donde emergen las vesículas que transportan proteínas y lípidos recién sintetizados hacia el complejo de Golgi. En las células de mamífero la importación de proteínas al RE empieza antes de que la cadena polipeptídica se haya acabado de sintetizar; este proceso se llama importación contraduccional. La mayoría de las proteínas son importadas de esta manera. •

Indica la función del RE en células que sintetizan hormonas esteroides.

En determinadas células especializadas el RE liso es abundante y desempeña otras funciones. Las células que sintetizan hormonas esteroideas a partir del colesterol tienen un RE liso muy desarrollado que contienen enzimas necesarias para fabricar colesterol y para modificarlo, dando lugar a las hormonas. •

Indica la función del RE en los hepatocitos.

También los hepatocitos (células del hígado) tienen abundante el RE liso. Es el principal lugar de producción de partículas lipoproteicas, que transportan lípidos por la corriente sanguínea a otros lugares del organismo. Las enzimas que sintetizan los componentes lipiditos de las lipoproteínas están localizadas en el RE liso. •

Define autofagocitosis.

En las celulas muchas veces hay necesidades de eliminar compuestos de desecho o materiales acumulados; el exeso de membranas del RE liso es eliminado especificamente a traves de un proceso dependiente de lisosomas llamado autofagocitosis. Consiste en la digestión y degradación de aquellas partes de la célula que ya están envejecidas, y que han de ser sustituidas por otras nuevas. •

Indica en qué consiste la función del RE en relación al almacenamiento intracelular de Ca++.

Las fibras musculares tienen el RE liso (se llama retículo sarcoplasmatico) muy abundante donde erigen la función de almacenamiento de Ca++. Cuando se libera Ca++ en el citosol

Bio II UIC Prepa ocurre la contracción muscular y cuando el Ca++ desaparece desde el citosol el músculo se relaja. •

Define microsomas, microsomas rugosos y microsomas lisos.

Para estudiar las funciones y las características bioquímicas del RE es necesario aislar su membrana. Cuando se rompe por homogenización los tejidos o células, el RE se fragmenta en numerosas vesículas pequeñas y cerradas, denominadas microsomas, que resultan relativamente fáciles de purificar. Los microsomas derivados del RE rugoso están tapizados de ribosomas y reciben el nombre de microsomas rugosos. Hay otros microsomas sin ribosomas añadidos; estos son los microsomas lisos que derivan en parte de porciones lisas del RE y en parte de fragmentos vehiculados de la membrana plasmática, del complejo de Golgi, de los endosomas y de las mitocondrias. •

Representa esquemáticamente el procedimiento utilizado para separar los microsomas, los microsomas rugosos y los microsomas lisos.

•

Define secuencia señal del RE y peptidasa señal del RE.

La secuencia señal es necesaria para transportar la proteína a su destino. La peptidasa señal es una enzima unida al poro de translocación que hidroliza la secuencia señal (péptido señal) que se degrada. •

Dibuja esquemáticamente el mecanismo de translocación de los polipéptidos sintetizados en los ribosomas al lumen del RE.

Conocemos dos tipos de translocación:

Bio II UIC Prepa (1) co-traducionada (2) post-traducionada. En la primera los ribosomas del RE traducen las proteínas hacia el RE (come dibujo). En la segunda las proteínas son producidas en el citoplasma y su destino se sabe solo después de su traducción. •

Dibuja esquemáticamente el mecanismo de translocación de una proteína soluble a través de la membrana del RE. Aquí la proteína es reconocida por un receptor y pasa por el poro de translocación; aquí la peptidasa señal quita el péptido señal que se degrada y la proteína es transportada hacia el lumen del RE.

•

Dibuja esquemáticamente el mecanismo de integración en la membrana del RE de una proteína transmembrana de paso único.

Aquí hay mas de un péptido señal; el fin es siempre que la proteína sea reconocida por el poro de translocación. La peptidasa corta el péptido señal pero queda un otra secuencia que se inserta en la membrana del RE dejando mitad de la proteína fuera hacia el citosol y mitad hacia el interior del RE (el lumen). Puede haber variantes donde el péptido señal esté en el medio de la proteína; no hay peptidasa. La proteína llega al poro de tranlocaciòn y el péptido señal se integra en la membrana (proteína transmembrana). Pero que parte de la proteína está fuera y que parte dentro?

Bio II UIC Prepa Si los Aa que componen el péptido señal están más cerca del Cterminal entonces la proteína tendrá dirección C-terminal hacia el citosol y el N-terminal hacia el lumen del RE. Citosol con carga + y lumen del RE con carga -. •

Dibuja esquemáticamente el mecanismo de integración en la membrana del RE de una proteína transmembrana de paso múltiple.

Aquí como antes hay dos péptidos señales pero la diferencia es que aquí son ambos en el medio de la proteína. Entonces la proteína atravesará la membrana del RE en dos zonas.

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Define proteínas residentes en el RE, señal de retención en el RE, proteína disulfuro isomerasa del RE, proteína BiP.

Muchas de las proteínas del lumen del RE solo están en ruta hacia otros destinos; sin embargo, otras residen en el RE se hallan en elevadas concentraciones. Estas proteínas residentes del RE presentan es su extremo C-terminal una señal de retención en el RE de cuatro Aa que es responsable de que queden retenidas en el RE. Algunas de estas proteínas actúan como catalizadores que ayudan a otras muchas proteínas que son translocadas al RE a plegarse y a ensamblarse de forma correcta. Otra proteína imp es la proteína disulfuro isomerasa del RE, que cataliza la oxidación de los grupos sulfhídrilo libres (SH) de las cisternas formado enlaces (S-S). Otra proteína en el RE es la proteína chaperona Bip que tira las proteínas después de su traducción hacia el interior del RE a través de los poros de translocación del RE. •

Representa esquemáticamente cómo tiene lugar la glucosilación de proteínas del RE por N-oligosacáridos.

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Indica en qué consiste la glucosilación de proteínas del RE por N-oligosacáridos.

Las mayoría de las proteínas en el RE tienen que ser plegadas; para que ocurra es necesario una unión de un grupo de azucares a la proteína mediante enlaces covalentes. Hay enzimas transmembranas orientadas hacia el interior del RE que tienen el papel de unir estos azucares a las proteínas. Estos azucares se unen a una secuencia determinada de la proteína. •

Indica la relación entre la glucosilación de proteínas del RE por oligosacáridos, el plegamiento de las proteínas y la calnexina y calreticulina.

De esto grupo de azucares los últimos 3 son moléculas de glucosas que van degradándose. Cuando queda solo una molécula de glucosa la proteína con los azucares se unen a una proteína chaperona (proteína asistente que ayuda el plegamiento). Se conoce dos chaperonas: calnexina y calreticulina que son chaperonas que necesitan Ca++. Si no está bien plegada la proteica se queda allí; una transferasa le une otra molécula de glucosa y la chaperona se une otra vez. Proceso continuo hasta que la proteína no viene plegada bien y después puede salir desde el RE o ya quedarse allí si el RE es su destino.

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Indica cómo son eliminadas las proteínas mal plegadas del RE.

En el 80 % no hay posibilidad de plegar las proteínas y estas proteínas tienen que degradarse mediante un proceso de translocación inversa donde la proteína sale fuera hacia el citosol. Hay un enzima que le quita los azucares y después una reacción de ubiquitinizacion. En esta reacción se unen ubiquitinas a la proteína esportada; ahora la proteína va al proteosoma donde será destruida.

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Indica en qué consiste la respuesta a proteínas mal plegadas.

Significa que una acumulación de proteínas mal plegadas en el RE desencadena una respuesta, que incluye un aumento de la transcripción de genes que codifican las chaperonas del RE y enzimas implicadas en la degradación de proteínas del RE. •

Define anclaje glucosilfosfatidilinositol (GPI).

En el RE rugoso hay un proceso, catalizado por enzimas del RE, que unen covalentemente un anclaje glucosilfosfatidilinositol (GPI) al extremo C-terminal de algunas proteinas de membrana destinadas a la membrana plasmatica. Esta union se forma en el lumen del RE donde, al mismo tiempo, se elimine el segmento transmembrana de la proteina. De esta manera son modificadas un gran numero de proteinas de la membrana plasmatica. •

Indica dónde se ensamblan la mayoría de las bicapas lipídicas de las membranas celulares.

La membrana del RE produce casi todos los lípidos de membrana necesarios para elaboración de nuevas membranas celulares, incluyendo los fosfolipidos y el colesterol. El RE sintetiza su propia membrana, su propios fosfolipidos. Tiene una doble cara;

Bio II UIC Prepa hay el mecanismo de flip flop: los lípidos de la cara externa se dan la vuelta a la otra cara así para haber una composición homogénea. En la membrana plasmática de la célula esto no ocurre porque si no se abría una carga – hacia el exterior de la célula induciendo la fagocitosis. La membrana plasmática por este motivo es asimétrica y la membrana del RE es simétrica.

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