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Fundamentos de biología molecular y celular

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  • BIOLOGIA CELULAR JUAN CARLOS MUNEVAR. Od. Postgrado en Biología Oral. MSc. D.E.A Biología Ósea. Especialista en Bioética Especialista en Docencia Universitaria.
  • LA CELULALas células son altamente complejas y organizadas. Átomos moléculas polímeros Complejos subcelulares organelos células Cada célula tiene una apariencia consistente : localización y forma de los organelos y cada organelo tiene una composición consistente y similar de macromoléculas. Ej. Células epiteliales intestinales. Cultivos celulares: células HELA Las células poseen un programa genético y los mecanismos para utilizarlo. Las células se reproducen por división, proceso en el cual una célula madre da origen a dos células hijas
  • Las células adquieren y utilizan energía. En los animales la glucosa se encuentra empacada. En los humanos la glucosa es liberada por el hígado a la sangre para distribuirse a las células del cuerpo. ATPLas células efectúan reacciones bioquímicas: necesitan energía. MetabolismoActividades mecánicas: transporte de materiales, ensamble y desensamble de estructuras.Cambios dinámicos y mecánicos dentro de la célula . DesplazamientoLas células son capaces de responder a estímulos Receptores para hormonas, factores de crecimiento etc. Vías de señalización en respuesta a estímulos: Actividades metabólicas, división celular, movimiento celular, apoptosis, envejecimiento.Autorregulación: reparación del DNA, apoptosis,
  • PROCARIOTAS- EUCARIOTAS Membrana plasmática de diseño similar Presencia de ADN Mecanismos de trascripción y transducción similares Vías metabólicas compartidas: glicólisis, ciclo de krebs Aparatos similares para la conservación de la energía química como ATP PROTEOSOMASPROCARIOTAS- EUCARIOTASDivisión de la célula en núcleo y citoplasma, separadas por una envoltura nuclear que contiene un complejo de porosCromosomas complejos: ADN + proteínas asociadasComplejos organelos membranosos citoplasmáticos: RER, Aparato de Golgi,Lisosomas, endosomas, peroxisomas, glioxisomasOrganelos citoplasmáticos especializados en la respiración aerobiaSistema de citoesqueleto: Microfilamentos, filamentos intermedios, microtubulosFlagelos y ciliosEndocitosis y fagocitosisParedes celulares que contiene celulosaDiploidia. Meiosis Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • LA CELULALas células similares se agrupan para formar tejidos epitelial, conectivo, muscular, nerviosoLos tejidos se asocian para formar órganos y estos para formar sistemas con funciones especificas: digestión, reproducción.Cada célula esta rodeada por una membrana plasmática bilipídicaPosee organelos que le permiten sintetizar macromoléculas, descargar sus productos, producir energía.Cada célula es capaz de comunicarse con otras célulasPresencia de protoplasma: citoplasma- carioplasma Citoplasma: agua, proteínas, electrolitos, carbohidratos en donde están disueltas sustancias químicas y orgánicas. En el están suspendidos los organelos, estructuras metabólicamente activas con funciones específicas
  • LA CELULA Movimiento y la señalización intracelular dependen de un sistema de tubulos y filamentos intermedios: citoesqueleto Presencia de inclusiones: productos metabólicos de desecho, almacenamiento de nutrientes, cristales inertes y pigmentos. Ciclo celular: mitosis (cariocinesis) y citocinesis. Las membranas celulares delimitan varios compartimentosintracelulares: Núcleo, mitocondria, REL, RER, aparato de Golgi, vesículas, lisosomas, peroxisomas. Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • ORGANELOS CELULARES ORGANELOS ORGANELOS NO MEMBRANOSOS MEMBRANOSOS • PLASMALEMA • NUCLEOLO • NUCLEO. • RIBOSOMAS • RETICULO • CITOESQUELETOENDOPLASMATICO • CENTRIOLOS • APARATO DE GOLGI. • CILIOS Y FLAGELOS• MITOCONDRIA • INCLUSIONES • LISOSOMAS CITOPLASMICAS • VESICULAS
  • Membrana plasmáticaBicapa fosfolipídica: compartimentos, superficie para reacciones bioquímicas esenciales.Integridad estructural de la célulaControl del paso de sustancias: permeabilidad selectivaRegula las interacciones entre las célulasReconocimiento por medios de Rc de Ag, células extrañas y alteradas.Interfase entre le citoplasma y el ambiente externo.Sistema de transporte para moléculas específicasEfectúa transducción de señales físicas, químicas, mecánicas en acontecimientos intracelulares.
  • COMPOSICION MOLECULAR Y BIOQUÍMICA Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • COMPOSICION MOLECULAR Y BIOQUÍMICA En la membrana celular existen otras moléculas anfipáticas: glucolípidos y colesterol. Los ácidos grasos insaturados aumentan la fluidez de la membrana yel colesterol limita la difusión lateral de proteínas de membrana ymovilidad celular. Proteínas Integrales: transmembrana que a menudo forman canales iónicos o sirven como transportadores. Proteínas de membrana multipaso. Receptores de membrana. Proteína de superficie: (Periféricas). Ubicadas sobre la cara citoplasmática de la membrana celular, en ocasiones en la superficie extracelular. A menudo se relacionan con el sistema de segundos mensajeros o con el citoesqueleto.
  • GLUCOCALIZ Cubierta externa de la membrana celular. Constituida por carbohidratos unidos covalentemente a lasproteínas transmembranales y a los fosfolípidos de la caraexterna. Protegen contra la interacción con proteínasinapropiadas, lesiones químicas, físicas. Reconocimiento y adhesión entre células. Neutrófilo-Endotelio Cascada de coagulación sanguínea Reacciones Inflamatorias
  • NUCLEO CELULAR Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • GENERALIDADESCONTENIDO: ADN, proteínas nucleares y nucléoloFORMA: esférica u ovoide. Diámetro aprox. 5 – 10 mOrganelo basófilo. (Tinción hematoxilina – eosina)Posee dos membranas concéntricas: º Membrana interna: proteínas específicas de membrana, anclaje de proteínas filamentosas (láminas) º Membrana externa: continua con el Retículo endoplásmico, puede asociarse con ribosomas.La membrana nuclear posee unos complejos de PORO Continuidad entre citosol y núcleo.
  • EucromatinaCubierta nuclearLámina nuclear Heterocromatina Nucléolo Poro nuclear Retículo endoplásmico Ribosomas
  • COMPLEJO DE PORO NUCLEARDiámetro: 80 – 100 nm.Abarca las dos membranas nucleares.Constituido por 4 elementos: ANDAMIO: Conectado a las membranas. Brinda sostén al transportador Ofrece conductos de difusión SUBUNIDAD TRANSPORTADORA: Eje o centro Transporta material (al interior / al exterior) FILAMENTOS GRUESOS: Fijación de proteínas CANASTILLA. Se desensambla en ausencia de Ca 2+ Transporte de ARNDifusión simple de iones y moléculas pequeñas.Partículas > 11 nm = TRANSPORTE MEDIADO POR RECEPTOR Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • COMPLEJO DE PORO NUCLEAR Filamento grueso Subunidad anular Subunidad citoplásmica transportadora Membrana externaAndamio Membrana interna Subunidad anular nucleoplásmica Canastilla
  • El núcleo contiene ADN enrollado alrededor de proteínas especializadasdenominadas histonas para formar nucleosomas Los nucleosomas: estructuras globulares que se repiten como un rosario. El rosario de nucleosomas se enrolla en filamentos de 30 nm de diámetro para constituir los solenoides. La distribución de la cromatina no es uniforme: distintos grados de plegamiento (transcripción de genes) EUCROMATINA: ADN transcrito activamente HETEROCROMATINA: Forma transcripcional inactiva Adyacente a la membrana nuclear.
  • 30 nm 11 nm 2 nm 300 nm 700 nm1400 nm Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • EL NUCLEOLOArea esférica dentro del núcleoDIAMETRO: 1 –3 µm Su tamaño aumenta cuando se presenta una transcripción activa de genes Las células metabólicamente activas tiene múltiples nucléolosDoble afinidad por colorantes acidófilos y basófilosPosee ARN ribosomal (futuras subunidades ribosomales) y proteínas.Se distinguen 4 regiones (M.E.T): PARS AMORFA: Bucles de ADN (genes del ARN ribosomal) PARS FIBROSA: Transcritos de ARNr PARS GRANULOSA: Subunidades ribosomales en maduración MATRIZ NUCLEOLAR: Red fibrilar (organización nucleolar)
  • PARS AMORFA PARS FIBROSA ADNr ARNr
  • EL NUCLEOLOPARS AMORFA: (coloración pálida) Extremos de cromosomas 13, 14, 15, 21 y 22. (humano) Genes que codifican el ARN ribosomal. Se localizan las regiones organizadoras nucleolares (NOR)Se observa sólo durante la interfase Se disipa durante la división celularGeneralmente son 2 o 3 nucléolos por célula El número y tamaño se relacionan con la especie y la actividad sintética de la célula Puede ocupar hasta el 25% del volumen nuclear. En células neoplásicas se torna hipertrófico Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • SISTEMAS DE ENDOMEMBRANAS
  • RETÍCULO ENDOPLASMÁTICOAPARATO DE GOLGIVESÍCULAS DE TRANSPORTE SISTEMA DELISOSOMAS ENDOMEMBRANASENDOSOMASNÚCLEOMITOCONDRIAS FUNCIONAMIENTO NOPEROXISOMAS INTERCONECTADOCLOROPLASTOS
  • RETICULO ENDOPLASMICO El R.E. y el aparato de Golgi son regiones independientes. Comunicadas por una misma estructura rodeada de membrana Participan en la biosíntesis y transporte de proteínas y lípidos. Su cantidad depende de las necesidades metabólicas de la célula Se organizan como capas de membranas muy plegadas y aplanadaso de perfil tubular elongado. Es el sistema membranoso de mayor tamaño de la célula (casi la mitad del volumen del plasmalema) Es un sistema de túbulos y vesículas interconectados cuya lumen seconoce como CISTERNA. Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • RETICULO ENDOPLASMICOPROCESOS METABOLICOS QUE SE EFECTUAN: º Síntesis y modificación de proteínas (Plegamiento, sulfatación, hidroxilación,etc) ª Síntesis de Lípidos y esteroides º Detoxicación de compuestos tóxicos o dañinos º Elaboración de membranas celularesEl RETICULO ENDOPLASMICO tiene 2 componentes: R.E. RUGOSO R.E. LISO
  • RETICULO ENDOPLASMICO LISO Constituido por túbulos anastomosados y vesículas aplanadasfijadas a membranas Lugar de procesamiento de proteínas sintetizadas, de lípidoscelulares (fosfolípidos de membrana) Las enzimas que participan en la síntesis de lípidos selocalizan en la cara externa Rápido acceso a precursores. Al incorporarse en la cara externa se internalizan mediante “proteínas volteadoras” El R.E.L es abundante en células activas en: - síntesis de esteroides - síntesis de colesterol y triglicéridos - destoxicación de compuestos
  • RETICULO ENDOPLASMICO RUGOSO Abundante en células que funcionan en la síntesis de proteínasque se exportan Las membranas de este organelo poseen proteínas integralesque funcionan en:1. el reconocimiento y fijación de ribosomas. - Receptor de la partícula de reconocimiento de señal - Proteína receptora del ribosoma (Riboforina I, II) - Proteína del poro.2. Conservación de la morfología aplanada del R.E.R. La cisterna del R.E.R se continúa con la cisterna perinuclear Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • FUNCIONES Síntesis de proteínas que se van a empacaro a descargar al plasmalema. Modificaciones postraduccionales(glucosilación, sulfatación...) Síntesis de lípidos y proteínas de losorganelos.
  • RIBOSOMAS
  • RIBOSOMAS Partículas pequeñas. Ancho= 12 nm. Longitud= 25 nm aprox. Funciona como superficie para la traducción. Compuestos por una subunidad pequeña y una subunidadgrande. Sintetizadas en el nucléolo. Liberadas como entidades separadas al citosol La subunidad pequeña tiene un valor de sedimentación de 40S Compuesta por 33 proteínas y RNAr 18S La subunidad grande tiene un valor de sedimentación de 60S. Contiene 49 proteínas y 3 RNAr (5S, 5.8S, 28S)
  • Componentes del Ribosoma Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • LA SUBUNIDAD PEQUEÑA Sitio de fijación del RNAm Sitio P (peptidil tRNA) Sitio A (AMINOACIL tRNA) LA SUBUNIDAD PEQUEÑA Y GRANDE se localizan en elcitosol de manera individual El RIBOSOMA se forma cuando se inicia la síntesis deproteínas
  • APARATO DE GOLGI
  • Síntesis de carbohidratos (polisacáridos). Procesamiento de macromoléculas sintetizadas. Modificación y ordenamiento de proteínas. Las vesículas que brotan del R.E.L se funden con la carainterna del Golgi.(proceso ATP dependiente) - Las proteínas de membrana se incorporan a la membrana del Golgi. - Las proteínas luminales entran en el espacio de Golgi Se divide en 3 componentes funcionales: a. Cara cis o convexa (cercana al R.E.R = de entrada) b. Cara medial c. Cara trans o cóncava (opuesta al R.E.R = de salida) Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • El aparato de Golgi está compuesto por cisternas limitadas pormembranas ligeramente curvas y aplanadas, que no están en contacto APILAMIENTO DE GOLGI La periferia de cada cisterna está dilatada y tachonada de vesículas Proceso de gemación y fusión. Las vesículas de transporte que llegan desde el R.E.R se fusionan pormecanismos dependientes de energía con la cara CIS - Descargando su contenido en la cisterna a. En la CCG se devuelven las proteínas destinadas a conservarse en el R.E.R. (VIA MEDIADA POR MICROTUBULOS) b. Las proteínas se transfieren hacia la cisterna MEDIAL y TRANS (Vesículas no recubiertas)
  • FUNCIONES Modificación de macromoléculas. adición de oligosacáridos. Proteolisis de péptidos a formas activas. Clasificación de diferentes moléculas (vesículas) Incorporar en las biomembranas. Transporte a organelos. Secreción extracelular. Las proteínas sintetizadas y empacadas en el R.E.R debenseguir una vía predeterminada hacia el GOLGI  Modificación y empaque post traduccional.  Las proteínas destinadas al R.E.R. o a otro organelo distinto poseen una señal que las dirige.
  • Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • Procesamiento ordenado de los oligosacáridos en RE y Golgi
  • Compartimentalización funcional del GolgiM6P a enzimaslisosomalesMaduración N-oligosacáridosUnión O-oligosacáridosProteoglicanosMaduraciónproteínas:hidrólisis deprecursores,condensación
  • MITOCONDRIAS
  • LOCALIZACION
  • ESTRUCTURA MITOCONDRIAL
  • Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • MEMBRANAS EXTERNA Fosfolípidos, colesterol y proteínas(50%). Envoltura lisa, muy permeable a moléculas con PM  5 Kda. Presenta porinas (poros 1 nm). INTERNA Cadena respiratoria Proteinas (76% peso total). ATP sintasa Prot. transporte Fosfolípidos,  colesterol y  en cardiolipina. Invaginaciones: Crestas.
  • PROTEINAS DE TRANSPORTE ESPACIO INTERMEMBRANA MATRIZ Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • FOSFATIDILGLICEROL:CARDIOLIPINA
  • COMPARTIMENTOS ESPACIO INTERMEMBRANA Químicamente equivalente al citosol (iones y pequeñas moléculas). Enzimas degradación de lípidos y ácidos grasos. MATRIZ MITOCONDRIAL   proteínas (hasta 500 mg/ml). Enzimas oxidación piruvato, ciclo de Krebs, fosforilación oxidativa y - oxidación. mtDNA, tRNA, rRNA y mt mRNA, enzimas requeridas para expresión genes. Gránulos densos (fosfato de calcio)
  • ORIGEN: HIPÓTESIS ENDOSIMBIÓTICA
  • ORIGEN: HIPÓTESIS ENDOSIMBIÓTICA dsDNA circular desnudo rRNA (16S y 12S), ribosomas más pequeños (55S). Mecanismo de autoreproducción propio. Composición de membranas externa e interna. Externa: similar membrana celular eucariótica. Interna: similar membrana celular procariótica Antibióticos (cloranfenicol, eritromicina o tetraciclina) que inhiben síntesis proteica bacteriana también actúan sobre mitocondrias. Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • GENOMA MITOCONDRIAL dsDNA circular, múltiples copias por organelo. 16.5 Kb unido a la membrana interna 22 tRNAs mtDNA: 37 genes 2 rRNA 13 mRNA Todos los RNAs mitocondriales son sintetizados en el organelo. Las enzimas de replicación, transcripción, traducción y reparación son codificadas por genes nucleares. Los transcritos de mtDNA y sus productos permanecen en mitocondria (no exportación).
  • CARACTERÍSTICAS• Poliplasmia: múltiples copias de mtDNA por organelo.• No evidencia de recombinación en mtDNA: homoplasmia.• mtDNA mamífero no contiene intrones• mtDNA se transcribe como un transcripto primario largo (tRNAs, rRNAs, mRNAs)• Genera 22 tRNA en lugar de 31 que codifica nDNA.• Ribosomas más pequeños 55S.• La tasa de mutación es 10 veces mayor en mtDNA que en DNA nuclear: (no histonas ni sistemas de reparación de DNA)• Origen exclusivamente materno.• Código genético propio ( 4 de 64 codones). Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • CODIGO GENETICO Diferencias entre los códigos genéticos universal y mitocondrial Codón Código universal Código mitocondrial humano UGA TERMINACIÓN Trp AGA Arg TERMINACIÓN AGG Arg TERMINACIÓN AUA Ile MetOtros codones varían del código universal en las mitocondrias de levaduras y plantas. Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • IMPORTACIÓN DE PROTEÍNAS A MATRÍZ1) Interacción con chaperona molecular (desplegamiento)2) Reconocimiento del péptido señal o presecuencia por receptor3) Traslocación a través de la membrana externa4) Traslocación a través de membrana interna (Potencial de membrana)5) Eliminación de presecuencia por proteasas6) Interacción con chaperonas de matriz (Plegamiento)
  • IMPORTACIÓN HACIA OTROS DESTINOS Membrana externa: interacción con receptores e inserción directa en membrana. Membrana interna, espacio intermembranal:  Modelo conservativo: Importación a matriz y luego transportadas a su destino final.  Modelo no conservativo: 3 mecanismos -Traslocación directa a través de membrana externa a espacio intermembranal - Traslocación a través de membrana externa e inserción en membrana interna - Inserción en membrana interna y liberación a espacio intermembranal (clivaje)
  • MODELO CONSERVATIVO Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • MODELO NO CONSERVATIVO
  • IMPORTACIÓN DE FOSFOLÍPIDOS A LA MITOCONDRIA CARDIOLIPINA CITOSOL Complejo proteína + lípido Proteína transportadora de fosfolípidos Fosfatidilcolina o RE fosfatidiletanolamina MITOCONDRIA Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • DIVISIÓN DE LAS MITOCONDRIAS• Fisión binaria de mitocondrias pre-existentes.• ¿Cómo? Duplicación de masa y posterior división por la mitad.• ¿Cuándo? Proliferación celular y renovación.• Ocurre durante todo el ciclo celular (Interfase y mitosis).• mtDNA se replica a lo largo del ciclo celular.• No todas las mitocondrias se multiplican.• Número de organelos / célula depende de requerimientos energéticos.
  • DIVISIÓN MITOCONDRIAL
  • FUNCIÓN MITOCONDRIAL Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • • Células requieren energía para realizar sus actividades básicas.• La energía proviene de la ruptura gradual de enlaces covalentes de moléculas de compuestos orgánicos ricos en energía.• El ATP, compuesto inestable, constituye fuente de energía más fácilmente utilizable.• Mecanismos para retirar energía de nutrientes: la glicólisis (citoplasma) y el ciclo de Krebs acoplado a fosforilación oxidativa (mitocondria).
  • ADENOSÍN-TRIFOSFATO ATP
  • METABOLISMO DE CH EN EUCARIOTAS Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • GLICÓLISIS Ruta oxidativa universal de CH. No requiere O2 Ruta en la cual intervienen 10 enzimas. 2 fases: preparatoria y fase de oxidaciones y producción de energía. La célula obtiene por oxidación de 1 glucosa: 2 ATP por fosforilación a nivel de sustrato 2 NADH = 4 o 6 ATP por fosforilación oxidativa 2 Piruvato (3 carbonos)
  • METABOLISMO ENERGÉTICO MITOCONDRIAL Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • Citosol Glicólisis Ala  -oxidación de Piruvato ácidos grasos Cis Gli Ser Tre Matriz AcetilCoAmitocondrial 0 CH3 - C - SCoA CICLO DEL ACIDO CÍTRICO O DE KREBS
  • CICLO DE KREBS, DEL ÁCIDO CÍTRICO O DELOS ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS Científico que descubrió el ciclo, ácido citrico (ácido tricarboxílico) es el primer intermediario. Todas las macromoléculas que suministran energía a las células se descomponen en metabolitos del ciclo del ácido cítrico. La célula obtiene por molécula de acetilCoA oxidada: 1 GTP por fosforilación a nivel de sustrato 3 NADH = 9ATP por fosforilación oxidativa 1 FADH2 = 2 ATP por fosforilación oxidativa AcetilCoA + 2H2O + FAD + 3 NAD + GDP + Pi 2CO2 + FADH2 + 3 NADH + 3H+ + GTP + CoASH
  • Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • CADENA RESPIRATORIA O DE TRANSPORTE DEELECTRONES Cadena, formada por enzimas y compuestos no enzimáticos, cuya función es transportar electrones que van gradualmente cediendo energía. Constituido por 4 complejos enzimáticos respiratorios: I, II, III, IV. Complejo I: NADH deshidrogenasa (41 polipéptidos). Complejo II: Succinato deshidrogenasa (4 polipéptidos). Complejo III: Citocromo b-c1 (11 polipéptidos). Complejo IV: Citocromo C oxidasa (13 polipéptidos).
  • GRADIENTE ELECTROQUÍMICO
  • ATP SINTASA
  • Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • • Toxinas endógenas y/o Mutaciones genes que exógenas codifican subunidades OXPHOS: mtDNA y nDNA •Mutación nDNA genes no subunidades OXPHOS Alteraciones en metabolismo mitocondrial: no fosforilación oxidativa DEFECTOS DEFECTOS SECUNDARIOS PRIMARIOSENFERMEDADES POR DEFICIENCIA MITOCONDRIAL
  • • Cerebro y músculo altamente dependientes de energía• Manifestaciones más comunes: Alteraciones neurológicas y las miopatías.• Heterogeneidad clínica: pueden afectar desde un órgano hasta enfermedad multisistémica severa. Relación mtDNA mutado / mtDNA salvaje Variación en umbral de expresión bioquímico para mutación y tejido. Efecto modulador de genes nucleares y otros mitocondriales. Requerimientos energéticos de los tejidos u órganos.
  • DEFECTOS PRIMARIOS •Síndrome de Kearns-Sayre •Neuropatía óptica hereditaria de Leber (LHON)mtDNA •Debilidad neurogénica, ataxia y retinitis pigmentosa (NARP) •Enfermedad de Leigh •Enfermedad de Leigh: flavoproteína de SDH (Complejo II) y polipéptidos Complejo InDNA •Encefalomiopatía: Polipéptido de 18 kDa Complejo I
  • DEFECTOS SECUNDARIOS •Frataxina: Ataxia Proteínas de Friedreich mitocondriales: •Surf-1: Síndrome no OXPHOS de Leigh COX deficienteMutaciones nDNA Proteínas no •Huntingtina: mitocondriales Enfermedad de Huntington Toxinas Cianuro Inhibición de exógenas azidas citocromo c oxidasa
  • MITOCONDRIA Y ENVEJECIMIENTO• Aumento de edad: acumulación de mutaciones en mtDNA de varios tejidos (cerebro y músculo)• La acumulación de mutaciones en el mtDNA lleva a reducción de la capacidad de fosforilación oxidativa (complejos I y IV).• Incremento de enfermedades relacionadas con edad como: falla cardiaca, demencia, diabetes mellitus y neurodegeneración. Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • LISOSOMAS
  • LOCALIZACION Se encuentran en el citoplasma celular Puede haber más de un lisosoma en una célula. Lisosomas Célula vegetal
  • LISOSOMAS Vesícula contiene enzimas digestivas
  • LISOSOMAS 50 Diferentes enzimas degradativas Hidrolasas ácidas  Activo pH 5 (interior del lisosoma)  Inactivo en el citosol a pH 7.2 pH ácido de los lisosomas es mantenido por una bomba de protones en la membrana lisosomal  Requiere ATP, (como la mitocondria) Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  •  Lisosoma primario  Transporte del Golgi  Materiales exogenos, organelos deteriorados Lisosoma secundario  Fusión de primarios con un endosoma or fagosoma.  Usualmente mas denso. Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • FUNCION Adquisición de nutrientes Los lisosomas también pueden ayudar a las células a auto renovarse. El hígado humano es reciclado cada semana por los lisosomas.  Los lisosomas ayudan a las células a renovarse Defensa del huésped  Ej., destrucción de células sanguíneas con bacterias.
  • FUNCION Digerir macromoléculas, partes celulares viejas y microorganismos. Sucede cuando una vacuola llena se combina con un lisosoma para formar una vacuola digestiva.
  • Vías lisosomales Lisosoma Fagosoma secundario Fagocitosis Lisosoma secundario Pinocitosis Vesicula pinocotica Lisosoma primario Revestido RME Lisosoma secundario Reciclaje de Endosoma Receptores de membrana Lisosoma Vacuola secundario autofagica
  • Vías lisosomales Cuerpo residual
  • Deficiencia de enzimas lisosomales Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • Enfermedad Tay Sach’s• Una enfermedad debida a un defecto en almacena-miento lisosomal.• Debido a una mutación en enzimas lisosomales. B-N-hexosaminidasa-A*• Acumulos de glicolípidos no degradados dentro de lisosomas.• Encontrado en neuronas del Inclusiones Whorled (cuerpos lamelares SNC. ayudan a identificar Tay Sach’s
  • CELULAS CON LISOSOMAS  Todas las células tienen lisosomas, pero algunas células son distinguidas por la abundancia de lisosomas.
  • MACROFAGOS Incluidos histiocitos y células presentadoras de antígenos (APCs) Fagocito profesional , consumen desechos y antígenos del tejido conectivo. Originalmente es un monocito.
  • Lisosomas primarios y secundariosdel macrófago Primario Secundario Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • NEUTROFILO * Un fagocito profesional. Primera célula ante una infección. Componente principal del pus .
  • PROMIELOCITO Precursor de neutrófilos, basófilos y eosinófilos. Todos tienen lisosomas. # de lisosomas disminuye durante la maduración.
  • Osteoclastos Remodelado óseo. Células muy grandes de la fusión de pre - osteoclastos (monocitos) Coloración rosada H & E debido a la presencia del contenido ácido de lisosomas.
  • CELULAS PIGMENTADAS DE LA RETINA En la pared del ojo. La retina es una multicapa Fragmentos del fotoreceptor (membranas) son fagocitadas por estas celulas.
  • INCLUSIONES CELULARES  A diferencia de los organelos, no tienen funciones especificas  Exógenas  Endógenas Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • Inclusiones celulares exógenas Generalmente dañinas  Caroteno (lipido soluble)  Abundante en zanahorias y calabazas  Metales pesados  Plomo y plata  Asbestos, silicona, carbon
  • Inclusiones endógenas Gotitas de lípidos  Encontradas en células adiposas , hepáticas, algunas células que secretan esteroides.  Reservas alimenticias importantes FH 4.13
  • Glucógeno Note sER Principal almacén de carbohidratos Hígado, músculo, corteza adrenal. Requiere tinción especial para ser visto. EN MET se observan como agregados en forma de rosetas electrondensos Demasiado glucógeno da lugar a la enfermedad de Pompe’s:agrandamiento del hígado, deficiencia lisosomal.
  • Enzimas precursoras Zimogeno  Encontrado en la porción apical de la célula.  Contiene precursores de muchas proteínas enzimáticas  Páncreas  tripsinogeno  Células del estomago  pepsinogeno  Glándulas salivares  Precursor de amilasa
  •  Mucígeno  Secreteado por células caliciformes  Encontrado en células epiteliales del tracto respiratorio y gastrointestinal  Liberado por exocitosis se mezcla con agua para formar moco.  Usado para protección  La irritación local puede hacer la célula lanzar contenido entero
  • PigmentosMelanina color a la piel y el pelo Neuromelanina encontrada en neuronas multipolares de la sustancia negra del cerebro medio. Contienen dopamina  Enfermedad de Parkinson’s  tremor, rigidez muscular y funciones motoras retardadas.  Resulta de la degeneración de estas neuronas. Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  •  Lipofuscina  Función desconocida, pero aumenta con la edad, especialmente en neuronas.  Representa la acumulación de desechos insolubles intracelulares después de la actividad lisosomal (cuerpos residuales)  Encontrado en SNC, músculo, corazón e hígado.
  • Cristaloides Eosinofilos  Tiene gránulos específicos angulares , cristaloides  Ojo –gato  Funcionan como los lisosomas.  Ayuda a Eosinofilos infecciones parasitarias. Células de Leydig Proteicos, libremente en el citoplasma.  Función desconocida.
  • PEROXISOMAS
  • GENERALIDADES Microsomas - microcuerpos - peroxisomas. Presentes en todas las células eucariotas. Abundantes en: hígado y riñón. Organelos rodeados por membrana simple 0.1 - 1 m de diámetro, redondo u oval. Morfológicamente similares a lisosomas. Contienen enzimas involucradas en variedad de reacciones metabólicas. Biogénesis similar a la mitocondrial. Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • NOMENCLATURA DE MICROSOMAS Peroxisoma: contiene al menos una flavinoxidasa productora de H2O2 , catalasa y sistema de - oxidación. Mamíferos, vegetales. Glioxisoma: oxidasas, catalasa, cinco enzimas del ciclo del glioxilato, sistema de - oxidación. Semillas germinantes - levaduras - protozoos Glicosomas: carecen de oxidasas y catalasas. Poseen siete enzimas de la glicólisis y de la síntesis de plasmalógenos y - oxidación. Algunos protozoos (Trypanosoma brucei)
  • Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • LOCALIZACIÓN Abundantes en tejidos activos en metabolismo lipídico (hígado, glándulas sebáceas y tej. graso). Tejido nervioso: oligodendrocitos productores de mielina. Hígado y riñón: redondos o ligeramente ovales. Ocupan 2.4% del volúmen celular. Peroxisomas hepáticos bovinos contienen cristales de uratooxidasa. No presente en tejidos humanos. Estrecha relación entre peroxisomas y sitios de síntesis lipídica como ER.
  • FUNCIONES REACCIONES CATABÓLICAS   - oxidación de ácidos grasos de cadena muy larga, ramificados y poliinsaturados (fitánico y pristánico).  Oxidación del etanol / metanol / formato  Oxidación de ácidos dicarboxílicos de cadena larga, prostaglandinas y xenobióticos.  Catabolismo de las poliaminas y purinas. REACCIONES ANABÓLICAS  Biosíntesis de plasmalógenos, colesterol y ácidos biliares.  Ciclo del glioxilato (Gluconeogénesis).  Transaminación del glioxilato.
  • OXIDASAS OXIDACIÓN O2 H2O2 L- y D- aa, poliaminas, ácidos grasos de cadena RH2 R larga CATALASAPEROXIDACIÓN H2 O2 R’H2 2 H2O + R’ + Etanol, metanol y formato. CATALASA 2 H2O2 2 H2O + O2
  •  - oxidación peroxisomal de ácidos grasos Sustratos: ésteres acil-CoA. Ácidos grasos más poliinsaturados (ácido araquidónico C20:4  5,8,11,14). Ácidos grasos de cadena ramificada (ácidos fitanico y pristánico) Ácidos dicarboxílicos Prostaglandinas Xenobióticos con cadenas laterales acilo Proceso: ingreso del ácido graso a través de la membrana peroxisomal, activación por acil-CoA sintetasas en matriz y oxidación por acil-CoA oxidasas. No genera ATP (se libera calor) Los grupos acetil-CoA son trasportados al citosol donde son usados para reacciones biosintéticas.
  • Biosíntesis de lípidos Colesterol y dolicol: en peroxisomas y en el ER, en células animales. Ácidos biliares: en hígado. Derivados del colesterol. Plasmalógenos: importantes componentes de membrana en algunos tejidos (corazón y cerebro), aunque en otros no están presentes
  • CICLO DEL GLIOXILATO
  • Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • FORMACIÓN Los peroxisomas se forman a partir de peroxisomas pre-existentes, mediante un proceso de crecimiento y fisión. Todas las proteínas (de matriz, integrales de membrana) síntetizadas en ribosomas libres e importadas al peroxisoma. Casi todas son sintetizadas en su tamaño final. Los lípidos necesarios para formar nuevas membranas también son importados. Proceso consume ATP. no requiere potencial de membrana.
  • IMPORTACIÓN DE PROTEÍNAS Señales blanco peroxisomales o Peroxisomal Targeting Signals: PTS. Extremo C- terminal de proteínas de matriz: secuencia específica de 3 aa (PTS 1). No clivada en peroxisoma. SKL (Serina, lisina, leucina) Ej: Luciferasa Sustituciones conservativas (primeros 2 aa.): (Ser/Ala/Cys) - (Lys/Arg/His) - Leu Extremo N- terminal de proteínas de matriz: secuencia de 9 o más aa. (PTS 2). Puede ser o no clivada en peroxisoma. Ej: Tiolasa: precursor N-terminal de 26 aa. clivados. Proteínas integrales de membrana: señales internas (stop transfer).
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  • PMGENES pex PROTEINAS (Peroxinas) (KDa) PEX 1 Proteína transportadora ABC 117-127 PEX 2 Proteína integral de membrana. 35-52 PEX 3 Proteína integral de membrana 51-52 PEX 4 Enzima peroxisomal asociada a ubiquitina. 21-24 PEX 5 Receptor para PTS 1 (membrana) 64-69 Estabilizadora del receptor para PTS 1 PEX 6 (citoplasma) PEX 7 Receptor para PTS 2 (membrana) 37-42 PEX 8 Proteína peroxisomal que contiene la señal 71-81 PTS 1 PEX 9 Proteína integral de membrana 42 PEX 10 Proteína integral de membrana 34-48 PEX 11 Proteína de proliferación peroxisomal 27-32 PEX 12 Proteína integral de membrana 40-48 PEX 13 Liga el receptor PTS 1 40-43 PEX 14 Liga receptores PTS 1 y 2 39 Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
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  • MODELOS ALTERNOS DE IMPORTACIÓN PEROXISOMAL
  • CLASIFICACIÓN DE ENFERMEDADES PEROXISOMALES Grupo 1. Defectos del ensamblaje Grupo 2. Déficit de una única enzima peroxisomal peroxisomal Síndrome de Zellweger X – adrenoleucodistrofia Adrenoleucodistrofia neonatal Pseudoadrenoleucodistrofia neonatal Enfermedad de refsum infantil Pseudo-Zellweger Acidemia hiperpicólica Deficiencia de la enzima bifuncionalCondrodisplasia punctata rizomiélica Enfermedad de Refsum
  • SÍNDROME DE ZELLWEGER Enfermedad autosómica recesiva. Peroxisomas “vacios”. Defecto en proteínas de importación conduce a deficiencia peroxisomal grave. La membrana es ensamblada normalmente pero no hay proteinas de matriz. Ej. proteína defectuosa: factor 1 de ensamblaje peroxisomal. Alteraciones metabólicas múltiples:  - oxidación, biosíntesis de plasmalógenos. Manifestaciones clínicas: anormalidades neurológicas, características dismórficas, hepatomegalia, quistes renales múltiples. Órganos blanco: cerebro, hígado y riñones, muerte poco tiempo después del nacimiento.
  • ADRENOLEUCODISTROFIA LIGADA A X. (X –ALD) Oxidación de VLCFA está alterada específicamente, la de ácidos grasos de cadena intermedia (10-20 C) es normal. Los VLCFA son transportados normalmente al peroxisoma, pero no son esterificados al derivado acil- CoA y no pueden ser oxidados. Mutación en gen ALD. Codifica para transportador de CoA sintasa de ácidos grasos de cadena larga. Desordenes neurológicos severos en niñez que rápidamente llevan a muerte por acumulación de VLCFA en tejidos, plasma. Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • HIPEROXALURIA TIPO I Deficiencia de la enzima alanina: glioxilato aminotransferasa I (AGT I), peroxisomal en humanos. La falla en la detoxificación del glioxilato lleva a la conversión del glioxilato en oxalato con baja solubilidad, lo cual genera oxaluria. En 20% de casos, se debe a alteración en secuencia de entrada peroxisomal PTS. La señal alterada es reconocida por receptor mitocondrial no por el peroxisomal. Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • Citoesqueleto
  • Las tres redes de filamentos están interconectadas Actina Microtúbulos Filamentos intermedios
  • Filamentos de actina•5-9 nm dediámetro•Forman redes másdensas en el cortexcelular•Son muy dinámicos•Componentes:actina y proteínasque interaccionan
  • Microtúbulos•25 nm de diámetro•Un extremo unido al centrosomay otro libre en citoplasma•Muy dinámicas: crecen y seacortan•Soporte de proteínas motoras:transporte de orgánulos•Componentes: tubulina y variasproteínas ascociadas Tratamiento con colcemida Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • Filamentos intermedios •10 nm de diámetro •Muy resistentes y estables •Conectan con desmosomas •Componentes: proteínas fibrosas (queratina, vimentina, GFAP, neurofilamentos, etc)
  • Filamentos intermedios1. Red que rodea el nucleo y se extiende hasta la Soportan tensiones mecánicas membrana plasmática mayores que los microtúbulos y la2. Lámina nuclear actina
  • Proteínas de filamentos intermedios Tipo de filamento Proteína LocalizaciónLámina nuclear Lamininas A,B y C Lámina nuclear (65.000-75.000)Familia de las Vimentina (54.000) Mesénquimavimentinas (transitoria durante desarrollo) Desmina (53.000) Músculo GFAP (50.000) Glia Periferina (66.000) NeuronasQueratinas Tipo I (ácidas) Células epiteliales Tipo II (neutras/básicas) (40.000-70.000)Neurofilamentos NF-L, NF-M, NF-H Neuronas (60.000-130.000)
  • Filamentos intermedios Cada tipo varía en sus extremos lo que permite, en cada tipo celular, la interacción con diferentes componentes de la célulaFormados por proteínasfibrilares con una región centralque contiene repeticiones enheptada.El tetrámero ( la unidadfundamental) no estápolarizada.Se desensamblan al fosforilarseen los extremos amino. Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • Lámina nuclear Se anclan a la membrana nuclear interna y sirven de anclaje a la cromatina Su fosforilación produce la rotura de la estructura nuclear en la mitosis
  • La lámina nuclear está formada por proteínas similares a los filamentos intermedios Se ensamblan formando redesEl dímeroforma uncomplejosimilar a lamiosina Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • Epidermolisis bullosa simple
  • Actina MicrotúbulosDr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • Participación de microtúbulos en elmovimiento de orgánulos celulares Imagen de campo claro Inmunofluorescencia de tubulina Movimientos de agregación y dispersión de gránulos pigmentarios en células de peces
  • La vida media de un La vida media de unamicrotúbulo es de 10 molécula de tubulina es de min 20 horas Los microtúbulos pueden formar un nuevo centro organizador
  • Un microtúbulo estás formado por 13 protofiamentos El heterodímero ab tubulina se ensambla de forma polarSección transversal Vista longitudinal
  • La ab tubulina unida a GTP forma protofilamentos más estables Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • Polimerización de tubulinaLos Mts crecen más rapidamente en el extremo +
  • La inestabilidad dinámica de los Mts depende de la hidrólisis deGTP. El GTP unido a subnidad beta se hidroliza a GDP máslentamente que la incorporación de la subunidad al polímero
  • Las proteínas asociadas a microtúbulos(MAPs y tau) modifican sus propiedades
  • RE Golgi Las proteínas motoras asociadas a Mts determinan la posición de los orgánulos celulares RE Golgi Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • La interacción entre Mts y la red de actina puede polarizar la célula Linfocito T citotóxico después de reconocer una célula diana Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • Estructura de los microtúbulos de cilios y flagelos 2 Mts sencillos centrales (13 subunidades)9 dobletes de Mts especiales (1 de 13 + 1 de 11) Dineina ciliar (cola unida al Mt A) Axonema Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • Dineína ciliarEs un complejoproteico grandede 2x106 daltonsLas colas se unenal Mt A y lascabezas (en unaunión dependientede ATP) al Mt B Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • El desplazamiento de la cabeza de dineína hacia el extremo menos del Mt B produce la flexión del cilioSi se rompenlos puentesentredobletes losdobletes sedeslizanEstirándosehasta 9 veces
  • Corpúsculos basalesEstructura similar a centríolo:9 tripletes con tres tipos demts (a, b y c)Puente entre a y cLos Mts de cada uno de losdobletes del axonema ciliar segeneran por elongación de dosde los mts del corpúsculo basal Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • Formación de cilios y flagelosCuatro cilios enestadíos sucesivos deformación a partir delcorpúsculo basalLos flagelos surgen apartir de uno de loscentríolosEn D (formación de la colade esperma) cada uno delos centríolos en el procesode formación del flagelo yotras estructuras Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • Formación deestructura delflagelo encontinuidadcon dos de losMts delcentriolo Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • Comparación del movimiento de cilios y flagelos Cilios Flagelos Movimiento Movimiento ondulante oscilante150mm 6-10 mm
  • Comparación de cilios y microvilli Enpaquetamiento deEpitelio del oviducto Epitelio tráquea cilia en protozoos ehumano de rata invertebradosLa dirección del movimiento ciliar es perpendicular a la línea entre los dos mtscentrales. Idéntica orientación del par central en todos los cilios
  • Herencia cortical del patrón de orientación de los cilios en ParameciumLa orientación de los cilios se mantiene por más de 100generaciones gracias a la duplicación estereospecífica de loscorpúsculos basales Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • Filamentos de actina:•Estructuras estables y lábiles•Actina: proteína muyabundante en todas las célulaseucariotas•Su polimerización se acopla a lahidrólisis de ATP•El recambio ATP-ADP es muylento (minutos)
  • Dos tipos de filamentos de actina Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • Uniones de miosinas I y II a actina: posibles funciones Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • Modificación de la polimerización de actina por diferentes proteínas Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • Diversas disposicionesde los filamentos de actina en la célula Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • Interacciones moleculares en los contactos focales Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
  • La interacción del citoesqueleto de actina con el sustrato en el avance de la célula Dr. JUAN CARLOS MUNEVAR
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