The Cell: an on line tutorial by @munevarjuan

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The Cell: an on line tutorial by @munevarjuan

  1. 1. BIOLOGIA CELULAR JUAN CARLOS MUNEVAR. Od. Postgrado en Biología Oral. MSc. D.E.A Biología Ósea. Especialista en Bioética Especialista en Docencia Universitaria.
  2. 2. LA CELULA Las 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
  3. 3. 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. ATP Las células efectúan reacciones bioquímicas: necesitan energía. Metabolismo Actividades mecánicas: transporte de materiales, ensamble y desensamble de estructuras. Cambios dinámicos y mecánicos dentro de la célula . Desplazamiento Las 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,
  4. 4. 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 PROTEOSOMAS PROCARIOTAS- EUCARIOTAS División de la célula en núcleo y citoplasma, separadas por una envoltura nuclear que contiene un complejo de poros Cromosomas complejos: ADN + proteínas asociadas Complejos organelos membranosos citoplasmáticos: RER, Aparato de Golgi, Lisosomas, endosomas, peroxisomas, glioxisomas Organelos citoplasmáticos especializados en la respiración aerobia Sistema de citoesqueleto: Microfilamentos, filamentos intermedios, microtubulos Flagelos y cilios Endocitosis y fagocitosis Paredes celulares que contiene celulosa Diploidia. Meiosis
  5. 5. LA CELULA Las células similares se agrupan para formar tejidos epitelial, conectivo, muscular, nervioso Los tejidos se asocian para formar órganos y estos para formar sistemas con funciones especificas: digestión, reproducción. Cada célula esta rodeada por una membrana plasmática bilipídica Posee organelos que le permiten sintetizar macromoléculas, descargar sus productos, producir energía. Cada célula es capaz de comunicarse con otras células Presencia 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
  6. 6. 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 compartimentos intracelulares: Núcleo, mitocondria, REL, RER, aparato de Golgi, vesículas, lisosomas, peroxisomas.
  7. 7. ORGANELOS CELULARES ORGANELOS MEMBRANOSOS ORGANELOS NO MEMBRANOSOS • PLASMALEMA • NUCLEO. • RETICULO ENDOPLASMATICO • APARATO DE GOLGI. • MITOCONDRIA • LISOSOMAS • VESICULAS • NUCLEOLO • RIBOSOMAS • CITOESQUELETO • CENTRIOLOS • CILIOS Y FLAGELOS • INCLUSIONES CITOPLASMICAS
  8. 8. Membrana plasmática Bicapa fosfolipídica: compartimentos, superficie para reacciones bioquímicas esenciales. Integridad estructural de la célula Control del paso de sustancias: permeabilidad selectiva Regula las interacciones entre las células Reconocimiento por medios de Rc de Ag, células extrañas y alteradas. Interfase entre le citoplasma y el ambiente externo. Sistema de transporte para moléculas específicas Efectúa transducción de señales físicas, químicas, mecánicas en acontecimientos intracelulares.
  9. 9. COMPOSICION MOLECULAR Y BIOQUÍMICA
  10. 10. En la membrana celular existen otras moléculas anfipáticas: glucolípidos y colesterol. Los ácidos grasos insaturados la fluidez de la membrana y el colesterol la disminuye: difusión lateral de proteínas de membrana y movilidad 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. COMPOSICION MOLECULAR Y BIOQUÍMICA
  11. 11. GLUCOCALIZ Cubierta externa de la membrana celular. Constituida por carbohidratos unidos covalentemente a las proteínas transmembranales y a los fosfolípidos de la cara externa. Protegen contra la interacción con proteínas inapropiadas, lesiones químicas, físicas. Reconocimiento y adhesión entre células. Neutrófilo-Endotelio Cascada de coagulación sanguínea Proceso Inflamatorio
  12. 12. NUCLEO CELULAR
  13. 13. GENERALIDADES CONTENIDO: ADN, proteínas nucleares y nucléolo FORMA: esférica u ovoide. Diámetro aprox. 5 – 10 µm Organelo 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.
  14. 14. Eucromatina Cubierta nuclear Lámina nuclear Heterocromatina Nucléolo Poro nuclear Retículo endoplásmico Ribosomas
  15. 15. Diámetro: 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 ARN Difusión simple de iones y moléculas pequeñas. Partículas > 11 nm = TRANSPORTE MEDIADO POR RECEPTOR COMPLEJO DE PORO NUCLEAR
  16. 16. COMPLEJO DE PORO NUCLEAR Subunidad anular citoplásmica Filamento grueso Subunidad transportadora Membrana externa Membrana interna Canastilla Subunidad anular nucleoplásmica Andamio
  17. 17. El núcleo contiene ADN enrollado alrededor de proteínas especializadas denominadas 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 la cromatina. 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.
  18. 18. 2 nm11 nm 30 nm 300 nm 700 nm 1400 nm
  19. 19. EL NUCLEOLO Area esférica dentro del núcleo DIAMETRO: 1 –3 µm Su tamaño aumenta cuando se presenta una transcripción activa de genes Las células metabólicamente activas tiene múltiples nucléolos Doble afinidad por colorantes acidófilos y basófilos Posee 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)
  20. 20. EL NUCLEOLO PARS 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 celular Generalmente 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
  21. 21. SISTEMAS DE ENDOMEMBRANAS
  22. 22. NÚCLEO MITOCONDRIAS PEROXISOMAS CLOROPLASTOS RETÍCULO ENDOPLASMÁTICORETÍCULO ENDOPLASMÁTICO APARATO DE GOLGIAPARATO DE GOLGI VESÍCULAS DE TRANSPORTEVESÍCULAS DE TRANSPORTE LISOSOMASLISOSOMAS ENDOSOMASENDOSOMAS SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS FUNCIONAMIENTO NO INTERCONECTADO
  23. 23. 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 aplanadas o 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 se conoce como CISTERNA.
  24. 24. RETICULO ENDOPLASMICO PROCESOS 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 celulares El RETICULO ENDOPLASMICO tiene 2 componentes: R.E. RUGOSO R.E. LISO
  25. 25. RETICULO ENDOPLASMICO LISO Constituido por túbulos anastomosados y vesículas aplanadas fijadas a membranas Lugar de procesamiento de proteínas sintetizadas, de lípidos celulares (fosfolípidos de membrana) Las enzimas que participan en la síntesis de lípidos se localizan 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
  26. 26. RETICULO ENDOPLASMICO RUGOSO Abundante en células que funcionan en la síntesis de proteínas que se exportan Las membranas de este organelo poseen proteínas integrales que 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.RLa cisterna del R.E.R se continúa con la cisterna perinuclear
  27. 27. FUNCIONES Síntesis de proteínas que se van a empacar o a descargar al plasmalema. Modificaciones postraduccionales (glucosilación, sulfatación...) Síntesis de lípidos y proteínas de los organelos.
  28. 28. RIBOSOMAS
  29. 29. RIBOSOMAS Partículas pequeñas. Ancho= 12 nm. Longitud= 25 nm aprox. Funciona como superficie para la traducción. Compuestos por una subunidad pequeña y una subunidad grande. 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)
  30. 30. Componentes del Ribosoma
  31. 31. LA SUBUNIDAD PEQUEÑA Sitio de fijación del RNAm Sitio P (peptidil tRNA) Sitio A (AMINOACIL tRNA) LA SUBUNIDAD PEQUEÑA Y GRANDE se localizan en el citosol de manera individual El RIBOSOMA se forma cuando se inicia la síntesis de proteínas
  32. 32. APARATO DE GOLGI
  33. 33. 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 cara interna 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:Se divide en 3 componentes funcionales: a.a. Cara cis o convexaCara cis o convexa (cercana al R.E.R = de entrada)(cercana al R.E.R = de entrada) b. Cara medialb. Cara medial c. Cara trans o cóncavac. Cara trans o cóncava (opuesta al R.E.R = de salida)(opuesta al R.E.R = de salida)
  34. 34. El aparato de Golgi está compuesto por cisternas limitadas por membranas 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 por mecanismos dependientes de energía con la cara CIS - Descargando su contenido en la cisterna a.a. En la CCG se devuelven las proteínas destinadas aEn la CCG se devuelven las proteínas destinadas a conservarse en el R.E.R.conservarse en el R.E.R. (VIA MEDIADA POR MICROTUBULOS)(VIA MEDIADA POR MICROTUBULOS) b.b. Las proteínas se transfieren hacia la cisterna MEDIAL yLas proteínas se transfieren hacia la cisterna MEDIAL y TRANSTRANS (Vesículas no recubiertas)
  35. 35. 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 deben seguir 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. FUNCIONES
  36. 36. Procesamiento ordenado de los oligosacáridos en RE y Golgi
  37. 37. Compartimentalización funcional del Golgi M6P a enzimas lisosomales Maduración N- oligosacáridos Unión O- oligosacáridos Proteoglicanos Maduración proteínas: hidrólisis de precursores, condensación
  38. 38. MITOCONDRIAS
  39. 39. LOCALIZACION
  40. 40. ESTRUCTURA MITOCONDRIAL
  41. 41. 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.
  42. 42. MATRIZ ESPACIO INTERMEMBRANA PROTEINAS DE TRANSPORTE
  43. 43. FOSFATIDILGLICEROL:CARDIOLIPINA
  44. 44. 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 β- oxidación. mtDNA, tRNA, rRNA y mt mRNA, enzimas requeridas para expresión genes. Gránulos densos (fosfato de calcio)
  45. 45. ORIGEN: HIPÓTESIS ENDOSIMBIÓTICA
  46. 46.  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. ORIGEN: HIPÓTESIS ENDOSIMBIÓTICA
  47. 47. 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).
  48. 48. 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).
  49. 49. CODIGO GENETICO
  50. 50. IMPORTACIÓN DE PROTEÍNAS A MATRÍZ 1) Interacción con chaperona molecular (desplegamiento) 2) Reconocimiento del péptido señal o presecuencia por receptor 3) Traslocación a través de la membrana externa 4) Traslocación a través de membrana interna (Potencial de membrana) 5) Eliminación de presecuencia por proteasas 6) Interacción con chaperonas de matriz (Plegamiento)
  51. 51. 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)
  52. 52. MODELO CONSERVATIVO
  53. 53. MODELO NO CONSERVATIVO
  54. 54. IMPORTACIÓN DE FOSFOLÍPIDOS A LA MITOCONDRIA RE Proteína transportadora de fosfolípidos CITOSOL Fosfatidilcolina o fosfatidiletanolamina MITOCONDRIA CARDIOLIPINA Complejo proteína + lípido
  55. 55. DIVISIÓN DE LAS MITOCONDRIAS • Fisión binaria de mitocondrias pre-existentes. • ¿Cómo?¿Cómo? Duplicación de masa y posterior división por la mitad. • ¿Cuándo?¿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.
  56. 56. DIVISIÓN MITOCONDRIAL
  57. 57. FUNCIÓN MITOCONDRIAL
  58. 58. • 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).
  59. 59. ADENOSÍN-TRIFOSFATO ATP
  60. 60. METABOLISMO DE CH EN EUCARIOTAS
  61. 61. 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)
  62. 62. METABOLISMO ENERGÉTICO MITOCONDRIAL
  63. 63. β -oxidación de ácidos grasos Glicólisis Piruvato AcetilCoA CH3 - C - SCoA = 0 Matriz mitocondrial Citosol Ala Cis Gli Ser Tre CICLO DEL ACIDO CÍTRICO O DE KREBS
  64. 64. CICLO DE KREBS, DEL ÁCIDO CÍTRICO O DE LOS 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
  65. 65. CADENA RESPIRATORIA O DE TRANSPORTE DE ELECTRONES  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).
  66. 66. GRADIENTE ELECTROQUÍMICO
  67. 67. ATP SINTASA
  68. 68. ENFERMEDADES POR DEFICIENCIA MITOCONDRIAL Mutaciones genes que codifican subunidades OXPHOS: mtDNA y nDNA Alteraciones en metabolismo mitocondrial: no fosforilación oxidativa • Toxinas endógenas y/o exógenas •Mutación nDNA genes no subunidades OXPHOS DEFECTOS PRIMARIOS DEFECTOS SECUNDARIOS
  69. 69. • 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. • 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.
  70. 70. DEFECTOS PRIMARIOSDEFECTOS PRIMARIOS mtDNA •Síndrome de Kearns-Sayre •Neuropatía óptica hereditaria de Leber (LHON) •Debilidad neurogénica, ataxia y retinitis pigmentosa (NARP) •Enfermedad de Leigh nDNA •Enfermedad de Leigh: flavoproteína de SDH (Complejo II) y polipéptidos Complejo I •Encefalomiopatía: Polipéptido de 18 kDa Complejo I
  71. 71. DEFECTOS SECUNDARIOS Mutaciones nDNA Proteínas mitocondriales: no OXPHOS •Frataxina: Ataxia de Friedreich •Surf-1: Síndrome de Leigh COX deficiente Proteínas no mitocondriales •Huntingtina: Enfermedad de Huntington Toxinas exógenas Cianuro azidas Inhibición de citocromo c oxidasa
  72. 72. 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.
  73. 73. LISOSOMASLISOSOMAS
  74. 74. LOCALIZACION  Se encuentran en el citoplasma celular  Puede haber más de un lisosoma en una célula. Lisosomas Célula vegetal
  75. 75. LISOSOMAS  Vesícula contiene enzimas digestivas
  76. 76. 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)
  77. 77.  Lisosoma primario  Transporte del Golgi  Materiales exogenos, organelos deteriorados  Lisosoma secundario  Fusión de primarios con un endosoma or fagosoma.  Usualmente mas denso.
  78. 78.  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. FUNCIONFUNCION
  79. 79. FUNCION  Digerir macromoléculas, partes celulares viejas y microorganismos.  Sucede cuando una vacuola llena se combina con un lisosoma para formar una vacuola digestiva.
  80. 80. Vías lisosomales LisosomaLisosoma primarioprimario FagocitosisFagocitosis FagosomaFagosoma Lisosoma secundario Fagocitosis PinocitosisPinocitosis pinocitosis VesiculaVesicula pinocoticapinocotica Lisosoma secundario Autofago Lisosoma secundario VacuolaVacuola autofagicaautofagica EndosomaEndosoma Revestido RMERME Reciclaje deReciclaje de Receptores deReceptores de membranamembrana Lisosoma secundario Receptor mediando endocitosis
  81. 81. Cuerpo residual Vías lisosomales
  82. 82. Deficiencia de enzimas lisosomales
  83. 83. Enfermedad Tay Sach’s • Una enfermedad debida a un defecto en almacena- miento lisosomal. • Debido a una mutación en enzimas lisosomales.  Β-N-hexosaminidasa-A* • Acumulos de glicolípidos no degradados dentro de lisosomas. • Encontrado en neuronas del SNC. Inclusiones Whorled (cuerpos lamelares)Inclusiones Whorled (cuerpos lamelares) ayudan a identificar Tay Sach’sayudan a identificar Tay Sach’s
  84. 84. CELULAS CON LISOSOMAS  Todas las células tienen lisosomas, pero algunas células son distinguidas por la abundancia de lisosomas.
  85. 85. MACROFAGOS  Incluidos histiocitos y células presentadoras de antígenos (APCs)  Fagocito profesional , consumen desechos y antígenos del tejido conectivo.  Originalmente es un monocito.
  86. 86. Lisosomas primarios y secundarios del macrófago Primario Secundario
  87. 87. NEUTROFILO  Un fagocito profesional.  Primera célula ante una infección.  Componente principal del pus . *
  88. 88. PROMIELOCITO  Precursor de neutrófilos, basófilos y eosinófilos.  Todos tienen lisosomas.  # de lisosomas disminuye durante la maduración.
  89. 89. 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.
  90. 90. CELULAS PIGMENTADAS DE LA RETINA  En la pared del ojo.  La retina es una multicapa Fragmentos del fotoreceptor (membranas) son fagocitadas por estas celulas.
  91. 91. INCLUSIONES CELULARES  A diferencia de los organelos, no tienen funciones especificas  Exógenas  Endógenas
  92. 92. Inclusiones celulares exógenas  Generalmente dañinas  Caroteno (lipido soluble)  Abundante en zanahorias y calabazas  Metales pesados  Plomo y plata  Asbestos, silicona, carbon
  93. 93. Inclusiones endógenas  Gotitas de lípidos  Encontradas en células adiposas , hepáticas, algunas células que secretan esteroides.  Reservas alimenticias importantes FH 4.13
  94. 94. Glucógeno  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. Note sER
  95. 95. 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
  96. 96.  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
  97. 97. Pigmentos Melanina  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.
  98. 98.  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.
  99. 99. 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.
  100. 100. PEROXISOMASPEROXISOMAS
  101. 101. GENERALIDADES  Microsomas - microcuerpos - peroxisomas.  Presentes en todas las células eucariotas.  Abundantes en: hígado y riñón.  Organelos rodeados por membrana simple  0.1 - 1 µm de diámetro, redondo u oval.  Morfológicamente similares a lisosomas.  Contienen enzimas involucradas en variedad de reacciones metabólicas.  Biogénesis similar a la mitocondrial.
  102. 102. NOMENCLATURA DE MICROSOMAS  Peroxisoma: contiene al menos una flavinoxidasa productora de H2O2 , catalasa y sistema de β- oxidación. Mamíferos, vegetales.  Glioxisoma: oxidasas, catalasa, cinco enzimas del ciclo del glioxilato, sistema de β- oxidación. Semillas germinantes - levaduras - protozoos  Glicosomas: carecen de oxidasas y catalasas. Poseen siete enzimas de la glicólisis y de la síntesis de plasmalógenos y β- oxidación. Algunos protozoos (Trypanosoma brucei)
  103. 103. 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.
  104. 104. FUNCIONES REACCIONES CATABÓLICAS  β - 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.
  105. 105. + 2 H2O2 2 H2O + O2 CATALASA CATALASA H2O2 R’H2 2 H2O + R’PEROXIDACIÓN OXIDACIÓN O2 H2O2 RH2 R OXIDASAS L- y D- aa, poliaminas, ácidos grasos de cadena larga Etanol, metanol y formato.
  106. 106. β - 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.
  107. 107. 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
  108. 108. CICLO DEL GLIOXILATO
  109. 109. 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.
  110. 110. 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).
  111. 111. MODELOS ALTERNOS DE IMPORTACIÓN PEROXISOMAL
  112. 112. CLASIFICACIÓN DE ENFERMEDADES PEROXISOMALES Grupo 1. Defectos del ensamblaje peroxisomal Grupo 2. Déficit de una única enzima peroxisomal Síndrome de Zellweger X – adrenoleucodistrofia Adrenoleucodistrofia neonatal Pseudoadrenoleucodistrofia neonatal Enfermedad de refsum infantil Pseudo-Zellweger Acidemia hiperpicólica Deficiencia de la enzima bifuncional Condrodisplasia punctata rizomiélica Enfermedad de Refsum
  113. 113. 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: β - 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.
  114. 114. ADRENOLEUCODISTROFIA LIGADA A X. (X –ALD)(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.
  115. 115. 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.
  116. 116. Citoesqueleto
  117. 117. Las tres redes de filamentos están interconectadas Actina Microtúbulos Filamentos intermedios
  118. 118. •5-9 nm de diámetro •Forman redes más densas en el cortex celular •Son muy dinámicos •Componentes: actina y proteínas que interaccionan Filamentos de actina
  119. 119. •25 nm de diámetro •Un extremo unido al centrosoma y otro libre en citoplasma •Muy dinámicas: crecen y se acortan •Soporte de proteínas motoras: transporte de orgánulos •Componentes: tubulina y varias proteínas ascociadas Microtúbulos Tratamiento con colcemida
  120. 120. Filamentos intermedios •10 nm de diámetro •Muy resistentes y estables •Conectan con desmosomas •Componentes: proteínas fibrosas (queratina, vimentina, GFAP, neurofilamentos, etc)
  121. 121. Filamentos intermedios 1. Red que rodea el nucleo y se extiende hasta la membrana plasmática 2. Lámina nuclear Soportan tensiones mecánicas mayores que los microtúbulos y la actina
  122. 122. Proteínas de filamentos intermedios Tipo de filamento Proteína Localización Lámina nuclear Lamininas A,B y C (65.000-75.000) Lámina nuclear Familia de las vimentinas Vimentina (54.000) Mesénquima (transitoria durante desarrollo) Desmina (53.000) Músculo GFAP (50.000) Glia Periferina (66.000) Neuronas Queratinas Tipo I (ácidas) Tipo II (neutras/básicas) (40.000-70.000) Células epiteliales Neurofilamentos NF-L, NF-M, NF-H (60.000-130.000) Neuronas
  123. 123. Filamentos intermedios Formados por proteínas fibrilares con una región central que contiene repeticiones en heptada. El tetrámero ( la unidad fundamental) no está polarizada. Se desensamblan al fosforilarse en los extremos amino. Cada tipo varía en sus extremos lo que permite, en cada tipo celular, la interacción con diferentes componentes de la célula
  124. 124. 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
  125. 125. La lámina nuclear está formada por proteínas similares a los filamentos intermedios Se ensamblan formando redes El dímero forma un complejo similar a la miosina
  126. 126. Epidermolisis bullosa simple
  127. 127. Actina Microtúbulos
  128. 128. Participación de microtúbulos en el movimiento de orgánulos celulares Movimientos de agregación y dispersión de gránulos pigmentarios en células de peces Imagen de campo claro Inmunofluorescencia de tubulina
  129. 129. Movimiento microtúbulos y vesículas en pez
  130. 130. La vida media de un microtúbulo es de 10 min Los microtúbulos pueden formar un nuevo centro organizador La vida media de una molécula de tubulina es de 20 horas
  131. 131. Un microtúbulo estás formado por 13 protofiamentos Sección transversal Vista longitudinal El heterodímero ab tubulina se ensambla de forma polar
  132. 132. La ab tubulina unida a GTP forma protofilamentos más estables
  133. 133. Polimerización de tubulina Los Mts crecen más rapidamente en el extremo +
  134. 134. La inestabilidad dinámica de los Mts depende de la hidrólisis de GTP. El GTP unido a subnidad beta se hidroliza a GDP más lentamente que la incorporación de la subunidad al polímero
  135. 135. Las proteínas asociadas a microtúbulos (MAPs y tau) modifican sus propiedades
  136. 136. RE Golgi RE Golgi Las proteínas motoras asociadas a Mts determinan la posición de los orgánulos celulares
  137. 137. La interacción entre Mts y la red de actina puede polarizar la célula Linfocito T citotóxico después de reconocer una célula diana
  138. 138. 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
  139. 139. Dineína ciliar Es un complejo proteico grande de 2x106 daltons Las colas se unen al Mt A y las cabezas (en una unión dependiente de ATP) al Mt B
  140. 140. El desplazamiento de la cabeza de dineína hacia el extremo menos del Mt B produce la flexión del cilio Si se rompen los puentes entre dobletes los dobletes se deslizan Estirándose hasta 9 veces
  141. 141. Corpúsculos basales Estructura similar a centríolo: 9 tripletes con tres tipos de mts (a, b y c) Puente entre a y c Los Mts de cada uno de los dobletes del axonema ciliar se generan por elongación de dos de los mts del corpúsculo basal
  142. 142. Formación de cilios y flagelos Cuatro cilios en estadíos sucesivos de formación a partir del corpúsculo basal Los flagelos surgen a partir de uno de los centríolos En D (formación de la cola de esperma) cada uno de los centríolos en el proceso de formación del flagelo y otras estructuras
  143. 143. Formación de estructura del flagelo en continuidad con dos de los Mts del centriolo
  144. 144. Comparación del movimiento de cilios y flagelos Cilios Flagelos Movimiento ondulante Movimiento oscilante 6-10 mm 150 mm
  145. 145. Comparación de cilios y microvilli Epitelio del oviducto humano Epitelio tráquea de rata La dirección del movimiento ciliar es perpendicular a la línea entre los dos mts centrales. Idéntica orientación del par central en todos los cilios Enpaquetamiento de cilia en protozoos e invertebrados
  146. 146. Herencia cortical del patrón de orientación de los cilios en Paramecium La orientación de los cilios se mantiene por más de 100 generaciones gracias a la duplicación estereospecífica de los corpúsculos basales
  147. 147. Filamentos de actina: •Estructuras estables y lábiles •Actina: proteína muy abundante en todas las células eucariotas •Su polimerización se acopla a la hidrólisis de ATP •El recambio ATP-ADP es muy lento (minutos)
  148. 148. Dos tipos de filamentos de actina
  149. 149. Uniones de miosinas I y II a actina: posibles funciones
  150. 150. Modificación de la polimerización de actina por diferentes proteínas
  151. 151. Diversas disposiciones de los filamentos de actina en la célula
  152. 152. Interacciones moleculares en los contactos focales
  153. 153. La interacción del citoesqueleto de actina con el sustrato en el avance de la célula

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