Ácidos Nucleicos y Núcleo

Ácidos Nucleicos

Son macromoléculas lineales constituidas por nucleótidos, están relacionadas con el almacenamiento y flujo de información genética en las células. En eucariotes y procariontes existen dos variedades: ADN y ARN. En el virus solo está presente uno de los dos ácidos nucleicos como material genético.

Funciones

· Guardar información genética

· Participan en la síntesis de proteínas

· Sirven como moléculas energéticas (ATP)

Nucleótido

Son los monómeros de los ácidos nucleicos, los nucleótidos están formados por:

· Grupo fosfato

· Azúcar Pentosa

· Base nitrogenada

Una base nitrogenada unida a un azúcar (sin el grupo fosfato) se demina nucleósido.

Los nucleótidos se polimerizan por medio de enlaces fosfodiéster.

Pentosas

Ribosa ARN

Desoxiribosa ADN

Bases nitrogenadas

Se dividen en púricas y pirimidicas:

Puricas

· Adenina

· Guanina

Pirimidicas

· Citosina

· Timina (solo en ADN)

· Uracilo (solo en ARN)

Enlace Fosfo-Diester

Los nucleotidos se unen por medio de enlaces fosfodiéster. Los extremos de las cadenas se llaman 5´y 3´.

AND ácido desoxirribonucleico

Este está formado por dos hebras (bicatenario) antiparalelas, es decir, tienen una orientación diferente. El esqueleto de azúcares se encuentra unido a través de fosfatos, las bases nitrogenadas aparecen en el interior en pares complementarios.

La doble hebra se une por puentes de H entre bases nitrogenadas complementarias, para establecer la mayor cantidad de puentes de H, la dirección de las hebras es antiparalela (una va en dirección 5´-3´y la otra en dirección 3´-5´.

El ADN forma genes, el material hereditario de las células y contiene instrucciones para la producción de todas las proteínas que el organismo necesita.

Complementaridad de Bases

· Se unen Adenina con Timina formando 2 puentes de Hidrógeno.

· Se unen Guanina y Citosina formando 3 puentes de Hidrógeno.

Antiparalelismo en el ADN

Esto significa que una cadena va en una dirección 3´-5´mientras que la otra cadena va en dirección contraria 5´-3´.

Estructura primaria del ADN

Está determinada por la secuencia de bases ordenadas sobre la “columna” formada por los nucleósidos (azúcar + base nitrogenada).

Estructura secundaria del ADN

Esta consiste en un modelo de doble hélice, donde las dos hebras se mantienen unidas por los puentes de hidrógeno entre las bases. Los pares de bases están formados siempre por una purina y una pirimidina, de forma que ambas cadenas están siempre equidistantes una de la otra.

ARN ácido ribonucleico

El ARN está formado por una sola hebra, está constituido por nucleótidos similares a los del ADN, pero que se diferencian en:

· Tener uracilo y no timina.

· Tener ribosa y no desoxirribosa.

· Son cadenas cortas.

Hay varios tipos de ARN: como el ARNr (ribosomal), el ARNt (de transferencia) y el ARNm (mensajero). El ARN desempeña distintas funciones:

· ARNm: transporta información desde el ADN al ribosoma, contiene la información genética (obtenida del ADN) para la síntesis de proteínas, es decir, determina el orden en que se unirán los aminoácidos.

· ARNt: implicado en la síntesis de proteínas. Este transporta aminoácidos a los ribosomas durante la síntesis proteica, coloca aminoácidos específicos en una secuencia acorde a la información contenida en el ARNm.

· ARNr: como armazón estructural, como elemento de fijación, como catalizador. Es el más abundante de los 3 tipos de ARN, este presenta algunas zonas de doble hélice. El ARNr forma las subunidades ribosomales, que constituyen los ribosomas donde se produce la síntesis de las proteínas.

Sitios donde se encuentra el ADN

1. Núcleo celular (eucariota)

2. Nucleoide y plásmidos (procariota)

3. Mitocondria

4. Cloroplasto

Sitios donde se encuentra el ARN

1. Núcleo celular (eucariota)

2. Ribosomas

3. Mitocondria

4. Cloroplasto

5. Citosol

El ADN es la macromolécula que controla, a través de la síntesis proteica, cada aspecto de la función celular de la siguiente manera:

Genoma y ADN

La información genética se encuentra en forma de ADN (una doble hélice formada de nucleótidos), la información está codificada en codones de 3 nucleótidos. Al total de información genética se le denomina genoma.En células eucariotas, el ADN está empacado en unidades llamadas cromosomas, los humanos poseen 24 cromosomas: 22 autosomas y 2 cromosomas sexuales (XX=femenino, XY = masculino).

Las células humanas son diploides pues poseen 2 copias de cada cromosoma (46 cromosomas en total), una copia de cada padre, excepto en los hombres (XY) donde el cromosma Y es paterno y el X es materno.

Genes

Gen: unidad de herencia que gobierna las características de un rasgo.

Alelo: formas alternas un mismo gen.

Organización del ADN

· Virus: poseen solamente un tipo de ácido nucleico (ADN o ARN) este puede ser lineal o circular.

· Procariotas: el ADN no se encuentra delimitado por membrana, es una molécula única que tiene forma circular, también puede presentar plásmidos.

Organización del ADN en eucariotas

· Cromatina: ADN asociado a proteínas.

· Proteínas: estas pueden ser histonas (H1, H2A, H2B, H3, H4) o no histonas (estructurales, reguladoras, funcionales).

· Histonas nucleosómicas: H2A, H2B, H3, H4, forman el núcleo interno del cromosoma denominado nucleosoma.

Cromosomas y cromatina

Tipos de Cromatina

Eucromatina: SE EXPRESA, se encuentra en forma dispersa, es transcripcionalmente activa y provee ARN que sale den núcleo y codifica proteínas.

· Condensada en división celular.

· Descondensada en interfase.

Heterocromatina: NO SE EXPRESA permanece condensada en interfase, es altamente condensada, transcripcionalmente inactiva y se localiza en la periferia del núcleo y alrededor del nucleolo, esta puede ser:

· Constitutiva: permanece condensada en todas las células. Ej: centrómeros.

· Facultativa: permanece condensada solo en algunas células. Ej: corpúsculos de Barr

(Asas) (Cromosomas) (Solenoide) (Nucleosomas) (ADN)

La mayor parte del tiempo la célula permanece en interfase. Los cromosomas solo se observan durante la división celular.

Núcleo Eucariote

Funciones del Núcleo

· Almacena información genética

· Dirige las funciones celulares

· Replicación del ADN

· Transcripción y procesamiento de ARN

· Maduración del ARN

· Formación de ribosomas (nucleolo)

· Regulación de la expresión genética.

Estructura del Núcleo

Forma

(Variable)Tamaño

Número

Localización

Forma: generalmente esférica, puede ser lenticular o elipsoide, en algunos casos lobulado.

Tamaño: generalmente entre 5-25 μm, visible con microscopio óptico.

Número: la mayoría de las células son uninucleadas, aunque ciertas células especializadas pueden ser multinucleadas.

Posición o localización: es característica para cada tipo celular.

Partes del Núcleo

· Envoltura nuclear

Membrana externa

Membrana interna

Espacio perinuclear

Poros nucleares

· Lámina nuclear

· Nucleoplasma

· Matriz nuclear

· Nucleolo

· Cromatina

Envoltura nuclear: se encuentra conformada por dos membranas, la interna y la externa. La membrana externa se continua con el RER, es funcionalmente similar an RE y tiene ribosomas adheridos a su superficie. La membrana interna contiene proteínas específicas para el núcleo, las proteínas del núcleo son sintetizadas en el citosol, en ribosomas libres; luego son transportadas al interior del núcleo por el sistema del poro nuclear. Las proteínas del núcleo incluyen:

· Proteínas estructurales

· Lamina

· Polimerasas de ADN y ARN

· Histonas

· Proteínas que procesan ARN

Poro nuclear: son poros formados por 8 proteínas que unen las dos membranas ubicados en la envoltura nuclear que seleccionan moléculas, permiten el transporte pasivo (difusión) y activo, permite el ingreso de algunas proteínas, permite salida de ARNs y pérmite salida de subunidades ribosómicas.

Lámina nuclear: es una red fibrosa que proporciona soporte estructural al núcleo, está compuesta por proteínas fibrosas llamadas laminas. Hay cuatro tipos de láminas: A1, B1, B2, C, estas están relacionadas con proteínas de los filamentos intermedios del citoesqueleto. La lamina nuclear sirve como punto de anclaje de la cromatina.

Matriz nuclear: soporte estructural y organización interna del núcleo (anclaje de los dominios funcionales del núcleo).

Nucleolo: se encarga de la producción y ensamblado de ribosomas. Posee tres regiones:

· Fibrilar: contiene ADN no transcrito.

· Densa: ARN en proceso

· Granular: ensamblado de partículas ribosomales maduras.

*La transcripción ocurre en la región fribilar.

Transcripción

La transcripción del ADN es el primer proceso de la expresión genética. Es el proceso a través del cuál se sintetizan las diferentes clases de ARNs, usando como plantilla segmentos específicos de ADN que contienen la información necesaria para producir ARNm, ARNt y ARNr, moléculas que dirigen el proceso a través del cuál se sintetizan las proteínas necesarias para el metabolismo celular.

Dogma Central de la biología Molecular

Flujo de la información genética:

Procesos en la expresión genética

Procariotas

· Transcripción

· Traducción

Eucariotas

· Transcripción

· Maduración de ARN

· Traducción

Diferencias entre ADN y ARN

· Diferente pentosa (ribosa para ARN y desoxiribosa para ADN)

· Cambia una base pirimidica (uracilo para ARN y timina para ADN)

· El ARN es monocatenario y el ADN es bicatenario.

· El ARN posee cadenas cortas.

Proceso de Transcripción

En eucariotas:

· Hay tres polimerasas de ARN (I, II y III), de composición más compleja que la procariótica.

· Existen numerosos factores de transcripción implicados, así como potenciadotes y silenciadores (activadores o represores).

· La transcripción ocurre en el núcleo, la traducción en el citoplasma.

· Los ARNm se procesan antes de la traducción. No hay acoplamiento transcripción-traducción.

· Los ARNm eucarióticos son monocistrónicos.

ARN polimerasas

Son enzimas complejas que se componen de 8 a 14 subunidades, estas necesitan de la presencia de varios factores de transcripción (proteínas) que no son parte de la polimerasa y se unen a las secuencias promotoras del ADN.

Los promotores eucariotas poseen a -25 o -30, la secuencia de consenso llamada TATA. Para la formación del complejo de transcripción, un factor general de transcripción llamado TFIID se una a la secuencia TATA.

Los genes transcripcionalmente activos forman la denominada eucromatina.

Transcripción en procariotas

Los procariotas poseen una sola enzima para transcribir sus ARNs, la ARN polimerasa, esta cataliza la polimerización de ribonucleótidos a partir de un molde ADN únicamente en dirección 5´-3´. La ARN polimerasa es una enzima compleja compuesta de 4 cadenas diferentes: α,β,β´,σ.

La subunidad σ sirve para unirse específicamente al sitio de inicio de la transcripción, denominado sitio promotor. El sitio promotor en procariotas se encuentra ubicado a -10 o -35 hacia la izquierda a partir del nucleótido +1 que es el primero de la secuencia génica.

El complejo promotor cerrado se refiere a la unión de la ARN polimerasa, al sitio promotor con la cadena de ADN todavía sin abrirse. La polimerasa desenrolla unas 15 bases en el sitio promotor, para que una sola de las dos hebras sirva de molde, conforme avanza la polimerasa desenrolla el ADN por delante y enrolla nuevamente los segmentos que van quedando por atrás.

La transcripción finaliza al encontrar una señal de terminación (scuencia palindrómica G-C, seguida de 4 adeninas). La transcripción de la región rica en G-C, da lugar a la formación de una estructura en blucle que altera su unión con el ADN y que permite su separación y la de la polimerasa.

Tipos de ARN

ARNm (mensajero)

Este es copiado del ADN por la polimerasa II (en eucariotas), contiene la información utilizada por los ribosomas para unir los amino ácidos en el orden adecuado y formar una proteína concreta. La vida del ARNm es muy corta, el ARNm es monocistrónico en eucariotas y policistrónico en procariotas. El ARNm abarca de un 3-5% del ARN celular.

ARNr (ribosomico)

Este es transcrito principalmente por ARN polimerasa I, en el nucleolo. Forma parte de los ribosomas (junto con un conjunto de proteínas básicas) y también es denominado ARN estructural. El ARNr participa en el proceso de unión de amino ácidos para sintetizar las proteínas y conforma de un 80-85% del ARN celular total. A partir de este ARN se sintetizan las unidades ribosomales.

Diferencias entre el ribosoma eucariote y procariote

ARNt (de transferencia)

Este transporta los amino ácidos hasta los ribosomas, cada molécula de ARNt transporta un amino ácido específico. Conforma un 10% del ARN celular. El ARNt forma: 4 brazos, 3 de ellos son bucles en los extremos. El ARNt posee los anticodones.

Maduración o procesamiento del ARN

· Todos los ARN se maduran, excepto el ARNm procariota.

· La maduración ocurre en el núcleo en las células eucariotas.

· Cada tipo de ARN se madura de forma diferente.

Maduración del ARNm

Su procesamiento incluye:

· Agregar casquete de 7metalguanosina en extremo 5.

· Agregar cola poli A en extremo 3.

· Recorte de intrones.

· Empalme de exones (splicing o spliceosoma)

Además de estos ARNs existen otros tipos de ARNs con actividad catalítica que son: ARNsn, ARNsc, ARNsno.

Maduración de ARNr

Maduración de ARNt

Traducción

Código Genético: son las reglas de correspondencia entre codones y aminoácidos, es el sistema mediante el cual se codifica la información para la elaboración de proteínas.

Traducción: es el proceso de síntesis de proteínas.

Código Genético

-La información está codificada en forma de tripletes de nucleótidos, cada tres bases constituyen un codón que determina un aminoácido.

-El código genético es degenerado, esto quiere decir que existen más tripletes o codones que aminoácidos (existen 64 posibles codones y solamente 20 aminoácidos distintos) de forma que un aminoácido puede estar codificado por más de un triplete.

-El código genético es no solapado o sin superposiciones: un nucleótido solamente pertenece a un único triplete.

-La lectura de los tripletes se realiza de forma continua, en bloques consecutivos de un codón a la vez.

El codón de inicio es: AUG

-Los codones codifican los mismos aminoácidos independientemente del tipo de ser vivo que se trate. La mayor excepción a esto es el ARNm mitocondrial.

ARNm

-Está escrito en idioma ribonucleico pero codifica una secuencia de aminoácidos.

-Este lleva la información para la síntesis de proteinas.

-Determina el orden en que se unirán los aminoácidos.

ARNt

-Es el transportador que coloca el aminoácido apropiado en su sitio correspondiente.

-Cada aminoácido tiene su propio ARNt.

-Posee forma bidimensional.

-Cuando adopta forma tridimensional, su forma es de trébol.

-Los aminoácidos se fijan a la adenina en el extremo 3´.

-El ARNt y el ARNm forman puentes de hidrógeno para el reconocimiento de la información.

-El ARNt posee los anticodones que corresponden a una secuencia de 3 nucleotidos. Los anticodones permiten a las moléculas de ARNt reconocer codones en el ARNm por complementariedad de bases. Los codones de ARNm se escriben con orientación de 5´-3´mientras que los anticodones del ARNt suelen representarse en orientación 3´-5.

Hipótesis de inestabilidad o del balanceo: esta hipótesis dice que una molécula de ARNt se puede unir a más de un codón para el aminoácido específicado. Esta teoría también nos habla de la inestabilidad de la 3ra. Posición, en la tercera posición U puede formar par con A o G; G puede formar par con U o C y la iosina (I) puede formar par con U, C, A. Ej: 3’-UAI-5´puede unirse a AUU, AUC o AUA.

Los codones se traducen en los ribosomas, se leen en sentido 5´- 3´ y se aparean con el RNAt.

Los anticodones se utilizan en la traducción y se aparean con el RNAm.

Activación de los Aminoácidos

-Esta ocurre en el citoplasma antes de que se inicie la síntesis de proteínas.

-Enzimas llamadas aminoacil ARNt sintetasas, unen cada aminoácido al extremo 3´del ARNt específico.

-Este proceso necesita hidrólisis de GTP.

-El complejo que se forma se llama aminoacil-ARNt

Traducción de la Información Genética

Para el proceso de traducción se requiere

-Ribosomas

-ARNr y Proteínas

-Aminoácidos

-Enzimas

-GTP

-ARNt

-ARNm

-Factores de traducción

-El complejo de inicio de la traducción se organiza con una subunidad ribosomal pequeña, ARNt iniciador y ARNm.

-La diferencia principal en la traducción de eucariotas y procariotas es el uso de factores proteicos solubles (no ribosomicos) en las eucariotas.

-La síntesis proteica se puede dividir en 3 pasos: inicio, alargamiento y terminación.

Inicio

En esta primera etapa el ARNm se une a una subunidad ribosomal pequeña.

-Se inicia la traducción en el codón de inicio AUG.

-El primer aminoácido en eucariotas es Metionina.

-El primer aminoácido en procariotas es Formilmetionina. (16s)

Los organismos procariotas utilizan la secuencia Shine.Dalgarno para la colocación de ARNm en la subunidad pequeña del ribosoma.

-El ARNm se lee 5´3´

-Hay proteínas solubles llamadas factores de inicio FI1, FI2, FI3 (procariotas) FIe (eucariotas) estos se enlazan al extremo 5´del ARNm y funcionan como mediadores de la interacción entre el mensaje y la unidad ribosomal pequeña.

-Para iniciar también se requiere GTP que se enlaza a la molécula de ARN met i antes de que entre a la unidad ribosomal pequeña, seguidamente se une la unidad ribosomal grande, se liberan los factores solubles y se hidroliza el GTP.

En el ribosoma hay 4 sitios:

Sitio de unión a ARNm

Sitio A (aminoacilo): en este entra el aminoacil-ARNt al complejo ribosomico.

Sitio P (peptidilo): aquí el ARNt dona los aminoácidos a la cadena en crecimiento.

Sitio E: es de salida.

El ARN inciador siempre se situa en el sitio P.

Inicio en procariotas: la iniciación en procariotas consta de tres pasos.

1) Tres factores de iniciación (IF1, IF2, IF3) y GTP (unido al IF2) se unen a la subunidad ribosómica menor (identificada como 30S)

2) El aminoacil ARNt iniciador y el ARNm se unen a la 30S, se liberan los IF1 y IF3. El sitio de unión del ARNm está compuesto al menos en parte, por una porción de ARNr 16S de la subunidad menor. A esto se le conoce como complejo de inciación 30S.

3) La subunidad ribosomal mayor (identificada como 50S) se una al complejo. El complejo de iniciación (70S) resultante tiene formilmetionina (fMet) y ARNt met en el sitio P del ribosoma. Se hidroliza el GTP unido al IF2 y el IF2 se libera.

Alargamiento o elongación

-El aminoacil ARNt se une al sitio A.

-Se forma un enlace petídico por la petidil transferasa (ribozima)

-Traslocación al sitio P (por la traslocasa)

En primera instancia el ARNt inicial ubicado en el sitio P deja el sitio A disponible para otro ARNt. Antes de que otro aminoacil ARNt entre al sitio A, este debe combinarse con uno de los factores de alargamiento de proteinas EF-Tu y EF-Ts unidos al GTP.

Luego se forma un enlace peptídico entre los dos aminoácidos. Esto es catalizado por la peptidil transferasa. Como tercer y ultimo paso 1) se expulsa el ARNt no cargado del sitio P por medio del sitio E 2) se mueve el ribosoma trinucleico junto con el RNAm en dirección 3´. Esto se llama traslocación.

La traslocación requiere de un factor de alargamiento G ( procariotas) FAe2 (eucariotas) y la hidrólisis de GTP.

Durante la traducción del mensaje genético, la cadena polipeptídica creciente se encuentra ligada al sitio P.

Terminación

Existen 3 codones de terminación: UAA, UAG, UGA, no hay ARNt con anticodones para estos codones.

Aquí participan factores de liberación para las bacterias FL1 ( para UAA y UAG9 FL2 ( para UGA); en eucariotas (FLe).

El factor de liberación posee un GTP enlazado que posteriormente se hidroliza.

Cuando la terminación concluye se libera la cadena proteica, las 2 subunidades ribosomales separadas y el ARNm. Para que estas nuevas proteínas puedan llevar a cabo sus funciones, deben plegarse para adquirir la conformación tridimensional adecuada. El plegamiento de las proteínas dentro de las células está normalmente facilitado por proteínas denominadas chaperonas moleculares.

-La síntesis proteica se eleva alrededor de 1470 aminoácidos por minuto.

-Numerosos ribosomas fijos a lo largo de una cadena de ARNm pueden a leer a la vez un mismo ARNm, estos son llamados polirribosomas o polisoma. Estos brindan una mayor efectividad y ahorro de tiempo.

La síntesis de proteinas se realiza desde el extremo amino hacia el carboxilo terminal.

Cuando los polipéptidos se transfieren hacia el RE, se denomina exportación cotraslacional.

Regulación Génica

Consiste en regular que genes serán expresados, según células específicas que poseen el mismo genoma pero realizan funciones distintas. La regulación de la expresión de genes:

-Permite a las células adaptarse a cambios en su ambiente.

-Permite que los múltiples tipos celulares realicen distintas actividades.

-Dirigen el desarrollo y la diferenciación celular.

Si todas las células tienen el mismo genoma, ¿Qué las hace diferentes?

Las proteínas: no todas las células fabrican las mismas proteínas. Las células ponen en funcionamiento mecanismos que les permiten regular la cantidad y el tipo de proteínas, así como el momento en que estas se sintetizan.

Algunos genes se expresan de forma constitutiva (sin regulación, se expresan todo el tiempo) ej. Enzimas para la glucólisis.

Otros se expresan de forma regulada. Ejemplo: hormonas

Al regular la expresión, se regula la cantidad de producto (proteína).

Regulación de expresión genética

En las bacterias se han reconocido regiones en el ADN que regulan la expresión de los genes. Estas regiones se denominan operones. Un operón esta constituido por dos tipos de genes: genes reguladores y genes estructurales.

Regulación en Procariotas

En bacterias, un conjunto de genes se transcribe como una unidad, de este modo, la molécula de ARNm porta información para varias proteínas distintas. En las células procariotas tanto la traducción como la transcripción se dan simultáneamente, a esto se le llama ARN policistrónico.

En las procariotas el ARNm contiene información para varias proteínas. Las celulas procariotas solamente pueden ser reguladas a nivel de transcripción.

El operón

Es un grupo de genes con funciones relacionadas que están agrupados con secuencias de ADN que permiten que estos genes sean activados y desactivados simultáneamente. Participan en una función celular específica y están agrupados en el mapa genético.

(Genes que codifican para la proteina represoraOperador: sitio para la unión de la proteina represoraPromotor: sitio de unión de la Polimerasa II para la transcripciónGenes estructurales: genes que codifican para la síntesis de enzimas)

Los genes del operon se pueden vivir en estructurales y reguladores.

Los genes de tipo estructural (E1, E2, E3..) son los que codifican enzimas por si mismos, en otras palabras genes que codifican moléculas proteínicas. Los genes estructurales de un Operon, se sitúan adyacente entre sí, y una RNA polimerasa se desplaza de un gen estructural al siguiente, transcribiendo todos los genes a un solo RNAm.

Los genes de tipo regulador son el gen operador –O- (sitio donde se une la proteína represora), el gen regulador (R) que codifica una proteína represora (PR) también conocida como proteína reguladora y el gen promotor (P) que el sitio donde se una la ARN polimerasa para la transcripción.

Los operones bacterianos se pueden dividir en:

Operones de expresión constitutiva: esto quiere decir que se transcriben permanentemente independientemente de las condiciones ambientales. Por ejemplo: operones para las ADN y ARN-polimerasas.

Operones cuya expresión está regulada: en función de condiciones ambientales se distinguen: operones de expresión inducible y operones de expresión reprimible.

Operones inducibles: la inducción es la síntesis de ciertas enzimas (o aumento de su síntesis) debida a la presencia en el medio de sustratos metabolizables adecuados, o por la existencia de determinados estímulos ambientales. Los genes inducibles generalmente no se expresan, pero un inductor puede inducirlos a expresarse Ej. Operón lactosa (lac), aquí la lactosa es el inductor.

*La clave para la expresión del operón inducible radica en el REPRESOR. Por ejemplo en el operón lac, cuando hay presencia de lactosa (inductor), el represor cambia sus conformación y es incapacitado para fijarse el operador, dando así la transcripción. La liberación de la lactosa permite enlazarse al operador, lo que físicamente bloquea la polimerasa y le impide alcanzar los genes estructurales, interrumpiendo la transcripción efectuada por el operón.

Otro tipo de control para los operones inducibles es el control positivo de CAP, con esto una partícula se une a otra para favorecer la unión de esta a su sitio correspondiente. Ej. El AMPc favorece la unión de la ARN polimerasa en su sitio promotor. La concentración de AMPc en las células se relaciona con la presencia de glucosa en el medio: cuanto mayor es la concentración de glucosa, menor la concentración de AMPc, el AMPc actúa enlazándose a una proteína activadora de catabolitos (CAP) ya que esta es incapaz de enlzarse por si misma al DNA, sin embargo al formar el complejo CAP-AMPc puede hacerlo.

Operones reprimibles: la represión es la desconexión rápida de la ruta biosintética de un determinado compuesto, cuando éste aparece aportado en el medio de la bacteria. Estos genes generalmente se expresan, un co-represor puede lograr que se silencien. Ej. Operón triptófano

Otro tipo de control en operones reprimibles es la atenuación (la transcripción se interrumpe), si el TRP es escaso no se interrumpe la transcripción, si el TRP es abundante se interrumpe la transcripción.

*En los operones reprimibles, el represor no puede enlazarse por sí mismo al operador, por lo que necesita formar un complejo correpresor, en el operón triptofano, se necesita de la unión de triptofano al represor para poder entrar al sitio operador.

Algunos Tipos de Mecanismos de Regulación Genética (Procariotas)

Únicamente en la transcripción (procariotas)

-Los procesos de transcripción están acoplados.

-Muchos de los ARNm procariotas son degradados enzimaticamente después de 1 a 3 minutos de su síntesis.

-En la mayoría de las ARNm el extremo 5´es degradado antes de que se haya sintetizado el 3´

A nivel de inicio de la transcripción

-Sustitución del factor σ de la ARN-polimerasa.

-Por interacción de proteínas reguladoras sobre secuencias de ADN cercanas al promotor:

1) inducción génica

2) represión génica

A su vez estos fenómenos pueden realizarse por:

Mecanismos de control positivo: la forma activa de una proteína reguladora activa la expresión del operón.

Mecanismos de control negativo: la forma activa del represor funciona inhibiendo la transcripción genética.

Atenuación transcripcional

-Además existe una secuencia de atenuación de 162 nucleótidos corriente abajo del sitio de inicio de transcripción.

-Si abunda el trp, la transcripción finaliza en ese sitio, pero si escasea trp la transcripción sigue y se expresan los otros 5 genes del operón.

Regulación en Eucariotas

En los organismos eucariotes existen células diferenciadas, que son aquellas que retienen toda la información genética originalmente presente en el cigoto.

Mientras que las células procariotas transcriben casi todos sus genes, las células eucariotas eligen que genes transcribir. Cada tipo celular eucariota expresa sólo una fracción de los genes que tiene, alrededor del 20%, es decir sólo el 20% de los genes que contiene el ADN se transcribe en ARN y luego se traduce en proteínas. En control en eucariotas puede ser a nivel genoma, transcripcional, post-transcripcional o traduccional y post-traducciónal.

A nivel del Genoma

Amplificación o deleción genética

Amplificación Génica: la amplificación génica resulta de la replicación repetitiva de una región cromosómica. En algunos casos la amplificación génica proporciona un mecanismo de aumento de la expresión de los genes durante el desarrollo.

Replicación selectiva de ciertos genes:

-Cuando un producto es muy demandado.

-Implica genes cuyos productos son ARN.

-Aumenta el número de veces que es traducido el ARNm.

Deleción

-Genes cuyos productos no son requeridos.

Reordenamiento de ADN

Movimiento de segmentos de ADN de un sitio a otro dentro del genoma. Se producen nuevas proteínas.

Cada molécula de anticuerpo se compone de 2 tipos de cadenas de polipétidos: cadenas ligeras (L) y de cadenas pesadas (H). Ambos tipos tienen 2 partes identificables: una posición variable (V), cuya secuencia de aminoácidos varía de un anticuerpo a otro y una porción constante (C), cuya secuencia de amnoácidos es idéntica entre todas las cadenas de H o L del mismo tipo. Las partes del ADN se reordenan durante la formación de células productoras de anticuerpos.

A nivel de la transcripción

Metilación del DNA: incorporación de un grupo metilo en la posición 5´en el dinucleótido CP6.Regula directamente al impedir la unión de factores de transcripción, e indirectamente propiciando la estructura “cerrada” de la cromatina. En otras palabras bloquea la transcripción.

Acetilación de las histonas: organización del octámero de histonas: acetilación de los residuos de lisina, neutralizando la carga neta de la histona favoreciendo la actividad transcripcional. Favorece la transcripción porque afloja los nucleosomas.

-La acetilación de histonas favorece la expresión de los genes, la accesibilidad depende de la estructura de la cromatina. El grado de compactación de la misma sería modulado por acetilación reversible de histonas.

-Algunos represores genéticos desacetilan las histonas, algunos inductores genéticos acetilan las histonas.

Cabe rectorar que la cromatina esta formada por nucleosomas que son octameros de histonas con adn, la cromatina desplegada se llama eucromatina, y condensada se llama heterocromatina.

Secuencias de Regulación: muchos genes eucariotas están controlados por secuencias de regulación localizadas a grandes distancias del sitio de inicio de la transcripción, llamadas estimuladores (enhancers) si estimulan, silenciadores (silencers) si la inhiben. Estos se localizan 100 pares de bases corriente arriba de la secuencia TATA, los estimuladores unen proteínas específicas y estimulan la transcripción. Los represores realizan actividades de: a) unión competitiva con activador, b) Interración con el dominio de activación del activador unido, c) Interacción de factores de transcripción generales.

Activadores y represores genéticos: son proteinas que reconocen secuencias específicas de ADN, hay de 2 tipos:

Activadores de la transcripción

Represores de la transcripción

Factores de transcripción: factores de transcripción que se unen directamente al ADN:

FTIID por ejemplo, estos factores estimulan o inhiben la transcripción de genes parecidos.

A nivel del procesamiento del ARNm (Post- Traduccional)

Regulado por el empalmado alternativo: mediante un solo gen puede codificar una o más proteínas relacionadas. Aquí dos o más moléculas de ARNm son procesadas de manera diferente a partir de del mismo gen.

A nivel de la traducción

Control a nivel de traducción

-Determinan si un ARNm particular será realmente traducido, con que frecuencia y durante cuanto tiempo.

-Longevidad del ARNm (determina la duración de la traducción del mensaje)

-Proteína de enlace poli (A) = (PEPA)

Regulación a nivel traducción

-Un mecanismo de regulación es la unión de proteínas represoras que bloquean la traducción.

-Otro mecanismo ocurre al modular la acción de los factores de iniciación de la traducción.

El control traducción depende de:

-La duración del ARNm: depende del largo de la cola poli A.

-A mayor longitud, mayor duración.

-La afinidad del ARN mensajero con los ribosomas.

(RepresorTriptófanoRepresor activadoAtenuadorAltos niveles de trpBajos niveles de trpARN atenuadoARNm del trp completoLa presencia de triptófano reprime la transcripción de los genes necesarios para las enzimas involucradas en su biosíntesis)

Retículo Endoplásmico

El retículo endoplasmático constituye un sistema de cavidades limitadas por membrana, estas cavidades son llamadas cisternas y forman tubos aplanados y sáculos comunicados entre sí. Intervienen en funciones relacionadas con la síntesis y el transporte intracelular.

El RE junto con el Aparato de Golgi, los endosomas y lisosomas forman parte del sistema endomembranoso de eucariotas. El material puede fluir desde el RE a estos organelos por medio de vesículas, actuando como lanzaderas entre diferentes orgánulos.

El contenido líquido del citoplasma, está dividido por el RE en 2 compartimentos: un espacio encerrado dentro de sus membranas, este espacio se denomina espacio luminar o cisternal, y la región situada por fuera de las membranas, que es el espacio citosolico.

El retículo endoplasmático:

-Delimita un espacio interno llamado Lúmen.

-Se encuentra en continuidad estructural con la membrana externa de la envoltura nuclear.

-Está formado por una membrana continua que da lugar a sacos y túbulos que se extienden a través del citoplasma.

-Es el orgánulo más grande en la mayoría de las células.

-Conecta con el núcleo por unión perinuclear.

El retículo endoplásmico consta de tres elementos que son:

-Retículo endoplásmico rugoso (RER)

-Retículo endoplásmico liso (REL)

-Regiones de transición o Lumen del RE

La cantidad de retículo en una célula depende de su actividad celular. Se puede encontrar en célula animal, humana o vegetal pero no en una procariota o bacteriana.

Los RER y REL se diferencian por:

-La ausencia o presencia de ribosomas (el RER tiene ribosomas el REL no)

-La forma de sus cisternas (sacos para el RER y túbulos para el REL)

-Las fundones que desempeñan

RER (retículo endoplásmico rugoso)

El retículo RER puede ser teñido con colorantes básicos por tener ARNs, este tiene ribosomas en su cara externa (citosólica), es el responsable del procesamiento de proteínas solubles y de membrana que se incorporan a endomembranas, membranas plasmáticas o son secretadas. Además de ello es intermediario en la formación de vesículas de transición (lípidos y proteínas). Existen dos diferentes lugares en donde se encuentran los ribosomas donde se ensamblan las proteínas; los ribosomas unidos a la superficie externa de las membranas de RER, y los ribosomas libres.

Las proteínas ensambladas en ribosomas unidos a la superficie externa del RER son las que irán ya sea al la membrana plasmática, a vesículas secretoras, lisosomas, u organelos como el aparato de Golgi, endosomas o vacuolas de plantas.

Por otro lado las proteínas que se ensamblan en lisosomas libres son posteriormente liberadas en el citosol y son destinadas ya sea a permanecer en el citoplasma (como las enzimas glicoliticas) a ser proteínas de cloroplastos, mitocondrias, peroxisomas o nucleares.

El RER se localiza a nivel citosol y lleva a cabo procesos biosintéticos, su membrana posee sitios para fijación de ribosomas, en su luz cisternal o Lumen puede ocurrir el prlegamiento de las proteínas.

Después de la biosíntesis las proteínas pueden:

-Quedar ancladas a lípidos de membrana del RE por regiónes hidrófobas o uniones covalentes.

-Las proteínas solubles y las de secreción son vertidas a la luz del RE.

-Pueden incorporarse al RE por inserción postraslacional.

La síntesis de la proteína comienza en el citoplasma, hasta que es sintetizado el péptido señal (este esta ubicado en el extremo N) . Este péptido es reconocido por una ribonucleoproteína soluble en el citosol (PRS), la cual se une fuertemente a él deteniendo la síntesis proteica. Existe un receptor en la membrana (un receptor PRS) del RER que reconoce el complejo PRS-ribosoma, lo que permite la unión del complejo al retículo, la unión del complejo al receptor del RE provoca la disociación de PRS y posterior reanudación de la traducción. La proteína que se sintetiza va siendo transferida al lumen del retículo a través del traslocón. ( Al final adjunto imágenes con este proceso, para poderlo entender mejor)

El péptido señal es muy hidrofóbico, por lo que tiende a quedarse en la zona transmembrana, el péptido señal es removido por una enzima denominada peptidasa señal.

Cuando se trata de proteínas de membrana, en su estructura primaria hay otra zona hidrofóbica adicional al péptido señal, que será su futuro dominio de transmembrana. En el caso de que atraviese en más de un punto a la membrana, poseerá más zonas hidrofóbicas en su cadena de aminoácidos.

La mayoría de las proteínas del RER son glicosiladas añadiendo N-linked oligosacaridos (unidos a la asparagina). El donador del oligosacárido es un lípido de membrana dolicol fosfato. En el lumen del RER hay proteínas CHAPERONAS que ayudan al enrollamiento correcto de las proteínas. Si algunas proteínas están con defectos estructurales, son descargadas o expulsadas del RER.

La superficie del borde apical de las cisternas RER son lisas, osea desprovistas de ribosdomas. Estas partes del RER se conocen como elementos de transición, los cuales son sitios para formar el primer grupo de vesículas del transporte de la via biosintetica, vesículas que son dirigidas al complejo de Golgi.

REL (retículo endoplásmico liso)

El REL está muy desarrollado en algunos tipos de células como la del músculo esquelético, túbulos renales y glándulas endocrinas productoras de esteroides.

Funciones:

-Síntesis de lípidos (aquí se forman los fosfolípidos de TODAS las membranas)

-Destoxificación en el hígado

-Almacenamiento de calcio

-Liberación de glucosa

-Almacenamiento de hidratos de carbono.

-Biosíntesis de esteroides, hormonas sexuales y de corteza adrenal.

Síntesis de Lípidos: la mayoría de las bicapas lipídicas de las membranas son ensambladas en el retículo liso:

-Fosfolípidos

-Colesterol

-También hormonas esteroideas

Pese a que en el REL se forman los fosfolípidos de todas las membranas, no todas las membranas son ensambladas aquí, la membrana mitocondrial y la de los peroxisomas son excepciones. Los fosfolípidos son formados en la parte citosólica, y se van transfiriendo a la parte luminar por medio de flipasas.

Destoxificación: en el retículo liso algunos compuestos como barbitúricos son metabolizados a compuestos hidrosolubles y que pueden ser eliminados por la orina. Una reacción común para la mayoría de rutas de destoxificación y biosíntesis de esteroides es la hidroxilación que depende de un grupo de la familia citocromo P450.

El NADPH es donante de electrones para la destoxificación y síntesis de esteroides y el NADH es reductor para la hidroxilación de ácidos grasos.

Almacenamiento de calcio: esto se da especialmente en el músculo, desde donde se libera el calcio en respuesta a señales químicas o eléctricas. El retículo liso posee bombas de calcio que de nuevo regresan el calcio hacia el interior.

Liberación de glucosa: esto a partir de glucosa 6-fosfato en células hepáticas mediante la enzima glucosa 6 fosfatasa.

Aquí se puede observar el ribosoma ubicado en el citosol, este ya inicio el proceso de traducción, sin embargo aparece el péptido señal (NH2… el cuadrado azul que esta arriba del ribosoma ), este es reconocido por la ribonucleoproteína soluble en el citosol la SRP

La SRP se une fuertemente el péptido señal, con esto detiene la traducción. Forma un complejo SRP-ribosoma.

Seguidamente el complejo SRP-ribosoma se une al sitio receptor de SRP (para variar xD)

Seguidamente el SRP se disocia y se reanuda la traducción, la proteína va siendo transferida a través del traslocón (aquí aparece como poro de translocación, en otras palabras los dos tubos verdes que están en la membrana del RER)

Aquí la proteína sigue siendo traducida.

Al terminarse la traducción, la unidad ribosomal grande y pequeña se desensamblan y se separan. Luego llega la peptidasa señal (una enzima) y remueve el péptido señal que por su naturaleza hidrofóbica tiende a quedarse en el espacio transmembrana (pero no se queda porque la peptidasa señal lo remueve)

Tada!La proteína a sido sintetizada exitosamente, dentro del Lumen se puede plegar o bueno puede ser glucosilada.

Este proceso también se describe una forma un poco variada en la página no. 770 del libro de la célula, por si quieren chequear ;)

Recordando glucosilación: La mayoría de las proteínas del RER son glicosiladas ,esto quiere decir que se convierten en glucoproteínas, esto se logra añadiendo oligosacáridol. La asparagina recibe el oligosacárido, formando un N-linked. El donador del oligosacárido es un lípido de membrana dolicol fosfato.

Si las proteínas están bien formadas se envaginan y forman vesículas para luego ser llevadas al aparato de Golgi, sin no están bien formadas se desensamblan. Las chaperonas controlan la síntesis de proteínas. La unión y plegamiento de las proteínas se da en el RER.

Aparato de Golgi

El complejo de golgi fue descubierto por Camilo Golgi en 1898, este se encuentra más desarrollado cuanto mayor es la actividad celular. El complejo de Golgi está relacionado funcional y estructuralmente con el RE.

Su unidad básica es el sáculo, que consiste en una vesícula o cisterna aplanada, cuando una serie de sáculos se apilan, forman un dictiosoma o pila de Golgi. Las pilas de Golgi más próximas al RER se consideran cara cis, en tanto que las cisternas del extremo opuesto de la pila se encuentra la cara trans.

El complejo de Golgi posee un compartimiento intermedio RE-Golgi donde se lleva a cabo la fosforilación de oligosacáridos sobre proteínas lisosomales. Posee una Red-Cis donde se lleva a cabo la remoción de manosa. Posee una cisterna media donde se remueven los residuos de manosa (con enzima monosidasa II) y se adiciona GLcNAC. Posee una cisterna trans donde se adicióna GAL y una red-trans donde se adiciona NANA y se lleva a cabo la clasificación para que los productos sean transportados por medio de lisosomas, vesículas secretoras o sean exportados a la membrana plasmática. Se puede observar que cada cisterna es bioquímica y funcionalmente diferente, además de poseer sus propias enzimas.

Flujo de sustancias

Existen 2 teorías para el flujo de las sustancias del RE al complejo de Golgi y a través de él:

Modelo de cisterna estacionaria: según este modelo cada compartimiento es estable y el tráfico es por vesículas de transporte.

Modelo de maduración cisternal: según este modelo cada compartimiento es transitorio y estos cambian gradualmente.

Puede haber exocitosis ( RE – Golgi – lisosoma/vesícula/membrana) que es un proceso anterógrado o puede haber endocitosis ( lisosoma/vesícula/membrana – Golgi – RE) que es un proceso retrógrado, con endocitosis también nos podemos referir a algo que viene de afuera de la célula hacia adentro de la misma. Las funciones del aparato de de golgi son:

1. Glucosilación de proteínas

N-glucosilación

O-glucosilación

2. Procesamiento de lípidos

3. Clasificación de moléculas

4. Empaquetamiento en vesículas

5. Trasporte de moléculas hacia su destino

-Vía constitutiva

-Vía regulada

-Hacia lisosomas

Glucosilación de Proteínas

N-Glucosilación

El dolicol fosfato funciona como donador del oligosacárido conformado por la N-acetilglucosamina (GlcNAc) que antes se encontraba fosfatada), la manosa y la glucosa. Este complejo se une a el Asn ubicado en la cadena peptídica cercana al extremo N.

La enzima que transfiere el azúcar, la N-acetilgosamina transferasa reside en la cisterna media del complejo de Golgi. Inicia en el RE y finalica en el aparto de Golgi.

O-Glucosilación de Proteínas

Aquí los oligosacáridos se adicionan al grupo OH de serinas o treoninas. Ocurre en su totalidad en el aparato de Golgi.

Clasificación de Moléculas (Colocación de Etiquetas)

Recuperación: dirigidas hacia la vida retrógrada KDEL, HDEL, KKXX

Lisosomas: manosa 6 fosfato

Empaquetamiento (Vesículas cubiertas)

La mayoría de las vesículas de transporte se consideran vesículas cubiertas. Poseen capas proteicas en su cara citoplásmica, las cubiertas facilitan incubar la membrana y se desprenden al llegar la vesícula a su destino. El tipo de cubierta depende del la función de la vesícula. Estas vesículas estan recubiertas por un GTP no hidrolizable, esta cubierta resive el nombre de factor de adenosilación de ribosa (FAR), además del FAR la vesícula tiene un complejo de 7 proteínas. Las vesículas recubiertas con proteínas de revestimiento se conocen como vesículas no recubiertas con clatrina.

Coat Protein (COP)

Es una proteína cubierta.

COPII: vesículas formadas en el RE que viajan hacia la red Cis de Golgi.

COPI: vesículas que parten de red trans o de cisternas intermedias.

Clatrina: “malla” vesículas que contienen enzimas lisosómicas. A la vez las vesículas cubiertas de clatrina pueden ser formadas por gemación en la RG de pilas del Golgi que contienen gama-adaptina o formadas a partir de membrana plasmática que contienen alfa-adaptina. Las vesículas recubiertas de clatrina poseen una malla, poseen adaptadores (complejos proteicos) y adaptinas.

Clasificación (Red Trans del Aparato de Golgi)

Transporte de la red trans Golgi hasta la superficie celular: exocitosis

Transporte de moléculas hacia su destino

Secreción regulada: por medio de vesículas de secreción (también llamadas gránulos secretorios) el producto se lleva fuera de la célula. Las vesículas de sección, cuando se unen a la membrana en la exocitosis pasan a formar parte de ésta. Esta se lleva a cabo solo en respuesta a un estímulo aporpiado.

Secreción constitutiva: después de su formación en la RTG algunas de las vesículas de secreción se dirigen directamente a la superficie celular donde se fusionan de inmediato con la membrana plasmática y liberan su contenido, esto lo hacen por medio de vesículas de transporte se lleva el producto fuera de la célula o hacia los lisosomas. Esto se hace de manera continua no regulada.

Proteínas retenidas en el RER

Las proteínas que residen en la luz del RER poseen el C terminal una secuencia de aminoácidos que provoca su retensión dentro del compartimiento. Si una proteína de RER carece de una secuencia de lis-asp-glu-leu (KDEL) no será retenido en el compartimiento del RER, sino transportada a lo largo de la vía Biosintética en vesículas de transporte.

Clasificación de las enzimas lisosomales

Las proteínas lisosomicas se ensamblan a ribosomas enlazados a la membrana del RER y se transportan a la cisterna cis del Golgi. Las enzimas lisosomicas son reconocidas por una enzima en la cisterna cis que transfiere una N-acetilglucosamina fosforilada, añadiendo grupos de fosfato a los azucares de manosa de las cadenas de carbohidratos unidas por enlaces N.

Las enzimas lisosomicas poseen residuos de manosa fosforilados que actúan como señales de reconocimiento, las enzimas que llevan esta señal son reconocidas y capturadas por receptores manosa 6-fosfato los cuales son proteinas integrales de la RTG. Lo receptores manosa 6-fosfato se separan de las enzimas antes de la formación del lisosoma. Las vesículas recubiertas de clatrina que contienen enzimas lisosomicas se orientan a un lisosoma o a un endosoma que posteriormente se convertirá a un lisosoma.

Algunos conceptos extras

Autorradiografía: está técnica revelo que el RER es el sitio donde se sintetizan las proteinas secretorias.

Homogenización: con esta técnica, las membranas citplasmáticas se rompen y los extremos de los fragmentos de membrana se fusionan para formar vesículas.

Microsomas: son las vesículas del sistema endomembrana principalmente las del RER del complejo de Golgi.

-Las membranas del retículo endomplasmico únicamente se originan de membranas preexistentes.

-Las membranas celulares son asimétricas; esta asimetría se establece inicialmente en el RER conforme lípidos y proteínas se incorporan a la bicapa.

Lisosomas

Los lisosomas (del griego lysis = rompimiento; soma = cuerpo) son vesículas de formas y tamaños diversos, estas son formadas por el aparato de Golgi y contienen enzimas hidrolíticas. Se fusionan con las vacuolas alimenticias y sus enzimas digieren el contenido. Los lisosomas básicamente son sacos membranosos con enzimas que intervienen en las reacciones de hidrólisis. Los lisosomas se forman a partir del retículo endoplásmico rugoso y posteriormente las enzimas son empaquetadas por el aparato de Golgi, los lisosomas son exclusivos en animales. Los lisosomas se fusionan con diversos tipos de vesículas fagocíticas, formando lisosomas secundarios.

Los lisosomas contienen más de 50 tipos de enzimas, incluyendo proteasas, nucleasas, glicosidasas, lipasas, fosfolipasas, fosfatasas, sulfatasas y demás. Todas estas enzimas son hidrolasas ácidas, es decir, para su óptimo funcionamiento o actividad requieren un ambiente ácido. Por ello los lisosomas poseen en su interior un ph cercano a 5 (a diferencia del ph próximo a 7 existente en el citosol). Las hidrolasas ácidas no son activas en el pH del citosol. El pH interno ácido de los lisosomas es el resultado de la acción de una bomba de protones en la membrana del lisosoma, que importa protones desde el citosol acoplado a hidrólisis de ATP.

Hidrolasas Ácidas

Glicosidasas

Proteasas

Lipasas

Fosfatasas

Nucleotidasas

Exoglicosidasas

Glucosidasas

Galactosidasas

Fucosidasas

Manosidasa

Endoglicosidasas

Lisozima

Sulfatasas

Endopeptidasas

Catepsina B y D

Aminopeptidasas

Catepsina C

Carboxipeptidasas

Catepsina A

Lipasa ácida

Ceraminidasa

Estearasa

Esfingomielinasa

Fosfatasa ácida

Fosfolipasas

Exonucleasa ácida

Nucleotidasa ácida

Esfingo-fosfodiesterasa

Endonucleasas

Desoxirribonucleasas

Ribonucleasas

Los lisosomas están formados por una membrana simple compuesta por una bicapa lipídica con proteínas asociadas. Estas proteínas en su mayoría son de transporte, y permiten que aminoácidos, azúcares y nucleótidos, puedan salir hacia el citoplasma y puedan ser reutilizados por la célula. Las moléculas de la membrana lisosomal se encuentran altamente glucosiladas, lo cual las protege de la degradación por las enzimas de su interior.

Los lisosomas son los puntos de unión de vesículas que contienen enzimas digestivas (provenientes del RE - Golgi) con vesículas de diferentes procedencias formando:

-Endosomas

-Fagosomas

-Autofagosomas

Los lisosomas pueden realizar: -Autofagia -Heterofagia

*Las enzimas ribosomales son reconocidas en el aparato de Golgi por un receptor Manosa 6 fosfato (Man-6P)

Las enzimas más importantes de los lisosomas

-Lipasa, que digiere lípidos.

-Glucosilasas, que digieren carbohidratos (azúcares).

-Proteasas, que digieren proteínas

-Nucleasas, que digieren ácidos nucleicos

-Solo están presentes en células animales

Funciones:

Hidrólisis de macromoléculas, que puede proceder de:

Exterior celular: estas entran por medio de endocitosis, ejemplo de ello son las sustancias nutritivas que deben digerirse o bacterias que deben destruirse, esto es heterofagia.

Interior celular: como en el caso de componentes que provienen de la propia célula y la envejecen. Este proceso de denomina autofagia. Si la doble membrana encierra un orgánulo o estructura se denomina macrofagia, pero si solamente encierra pequeñso fragmentos citoplasma por lo que es de pequeño tamaño, se denomina microfagia.

Mecanismo de acción

A partir de sustancias procedentes del exterior o bien del interior de la célula, se generan vesículas que contienen las sustancias que han de ser hidrolizadas. Paralelamente, a partir del aparato de Golgi se forman vesículas que contienen las enzimas hidrolíticas. Los dos tipos de vesículas se encuentran y se fusionan constituyendo un lisosoma.

Formación de lisosomas

Los lisosomas son sintetizados en el RER, las enzimas lisosomales son marcadas al añadirles manosa-6-fosfato (M6P) al paso por el cis Golgi. Los lisosomas son empaquetados en vesículas y transportados formando organelos llamados endosomas tempranos que maduran a tardios empaquetados con enzimas inactivas. Los lisosomas pueden transferir su contenido a un lisosoma activo.

Las vesículas de transporte que llevan las hidrolasas ácidas desde el aparato de Golgi se fusionan posteriormente con los endosomas tardíos que maduran a lisosomas cuando adquieren una carga completa de enzimas lisosómicas. Las hidrolasas ácidas se disocias del receptor de manosa-6-fosfato cuando las vesículas de transporte se fusionan con los endosomas tardios, posteriormente los receptores son reciclados al aparato de Golgi.

Clasificación acorde a su forma y función

Gránulo de reserva o lisosoma original o endosoma primario: tiene una membrana lipoprotéica y su parte intnera tiene enzimas del tipo de las hidrolasas.

Vacuola digestiva o fagosoma: es la asociación de un lisosoma y un vacuola alimenticio, se conoce como endosoma secundario, tiene elementos ciplasmáticos no digeridos pero sí almacenados como hidratos de carbono.

Vacuola autofágica: es un caso especial donde la partícula lisosómica contiene partes de la misma célula en proceso de destrucción, pierde estabilidad la célula.

Cuerpo residual: partícula lisosómica que contiene sustancias que no pudieron ser digeridas, se hallan aquí los tejidos destruidos que están en proceso de digestión.

Endosomas

Las moléculas que entran a la célula por endocitosis forman pequeñas vesículas irregulares llamadas endosomas tempranos o primarios, estos se convierten en endosomas tardíos o secundarios cuando reciben las hidrolasas lisosómicas provenientes del aparato de Golgi. El endosoma tardío tiene un pH 6, y empieza la digestión hidrolítica. Estos tienen que madurar y su pH continua bajando para que las hidrolasas actúen en el pH adecuado, convirtiéndose en lisosomas.

Hay como mínimo dos formas de transferencia desde el endosoma tardío al lisosoma. En el modelo de fusión transitoria, los endosomas tardios se conectan transitoriamente con los lisosomas. Sólo se transfieren las nuevas proteínas y lípidos lisosomales así como material a digerir. Posteriormente ambos orgánulos se disocian. En el modelo híbrido el endosoma tardió y el lisosoma se fusionan para formar un orgánulo híbrido temporal en el que las proteínas y lípidos, ambos no están claramente segregados.

Autofagosoma

La autofagia es utilizada por la célula para deshacerse de organelos obsoletos. El organelo se rodea de membrana para originar un autofagosoma que luego se fusiona con un lisosoma o un endosoma secundario.

Fagosomas

El fagosoma también se fusiona con el lisosoma para que la partícula o bacteria sea degradada.

*Existen células especializadas como los macrofagos y neutrófilos engullen (fagocitan) partículas o microorganismos y forman un fagosoma

Acrosoma

Es un lisosoma especializado presente en el espermatozoide, este contribuye a facilitar la fecundación. Sus enzimas hidrolíticas son requeridas para que el espermatozoide pueda penetrar la zona pelúcida (degradar la membrana del ovulo) ; lo cual permite el reconocimiento específico entre el espermatozoide y el oocito.

Microsomas

Los microsomas son fragmentos del RE que forman pequeñas vesículas. Las vesículas derivadas del RE rugoso están cubiertas por ribosomas, estas pueden separarse de vesículas similares derivadas del REL o de otras membranas.

Microcuerpos

Están presentes en las células eucarioticas y pueden encontrarse dispersos por el citoplasma o bien, estrechamente relacionados con otros orgánulos como mitocondrias o cloroplastos. Hay dos tipos: peroxisomas y glioxisomas.

Peroxisomas

Los peroxisomas se encuentran en la gran mayoría de las células eucariotas y contienen enzimas oxidativas tales como la catalasa y el urato oxidasa. Debido a que los peroxisomas no poseen su propio genoma, todas sus proteínas deben ser importadas desde el citosol. Estas proteínas pueden estar a una concentración tan alta, que generalmente en micrografías electrónicas se observan en estos organelos centros cristaloides oscuros principalmente formados por urato oxidasa. (Figura lado izquierdo)

Se denominan peroxisomas debido a que se encuentran en los sitios donde se forma peroxido de hidrógeno. La enzima que degrada e peroxido de hidrógeno se denomina catalasa. Al igual que las mitocondrias, los peroxisomas son sitios de gran consumo de oxígeno, contienen enzimas que usan el oxígeno molecular para remover átomos de hidrógeno de sustratos orgánicos (R) específicos en una reacción oxidativa que tiene como producto peróxido de hidrógeno. (H2O2)

Como en el caso de las mitocondrias y de los cloroplastos, los peroxisomas son orgánulos autorreplicantes. Sus proteínas son importadas desde el citosol. Una secuencia específica de tres aminoácidos situada cerca del extremo carboxilo de muchas de estas proteínas actúa como una señal de importación peroxisomal.

Estructura y Organización

Son orgánulos rodeados de una membrana que poseen forma y dimensiones varibles, contienen:

-Enzimas catalasas, que oxidan diversos compuestos como ácidos grasos, aminoácidos, bases nitrogenadas, etc. La enzima catalasa es la que degrada el peróxido de hidrógeno.

Formación de peroxisomas

· Sus proteínas de membrana y enzimas se ensamblan en ribosomas libres.

· Las proteínas completas son transportadas a la membrana peroxisoma.

· Se replican por división (similar a mitocondrias)

Funciones

· Son orgánulos que contienen enzimas en los que se utiliza oxígeno para eliminar átomos de hidrógeno de determinados sustratos.

· Como resultado de esta oxidación, en unos casos se obtiene agua y en otros peróxido de hidrógeno H2O2.

· Este compuesto es muy tóxico para las células, por lo que se precisa la actividad de la enzima catalasa que lo degrada hasta agua y oxígeno.

Degradación de peróxido

La catalasa utiliza el H2O2 para oxidar una gran variedad de otros sustratos tales como fenoles, ácido fórmico, formaldehído y alcoholes; por medio de una reacción peroxidativa. Cuando se acumula un exceso de H2O2 en la célula, la catalasa convierte este compuesto en agua.

Destoxificación

La destoxificación es particularmente importante en células del hígado y del riñon. Los peroxisomas destoxifican varias moléculas nocivas que entran en el torrente sanguíneo. Cerca de un cuarto del etanol que bebemos es oxidado a acetaldehído de esta forma.

Oxidación de Ácidos Grasos

Es un proceso llamado beta-oxidación.

En células de mamíferos, la beta-oxidación de ácidos grasos ocurre tanto en mitocondrias como en los peroxisomas.

Otras funciones

Los peroxisomas son vesículas en las cuales se degradan las purinas y otros compuestos. En las plantas realizan una serie de reacciones conocidas como fotorrespiración y el ciclo del glixilato, por lo que se les llama glioxisomas. En la fotorrespiración las plantas obtienen ácido glicólico consumiendo oxígeno y liberando dióxido de carbono.

Origen de los peroxisomas

Sus enzimas se sintetizan en ribosomas libres, ya ensambladas son introducidas dentro del peroxisoma por traslocación post traduccional. Usan señales y los peroxisomas se multiplican por fisión.

Anomalías en los peroxisomas

Síndrome de Zellweger: déficit para la captación desde el citosol de las proteínas matriciales.

Adrenoleucodistrofia (ALD) ligada al cromosoma X: déficit en la oxidación peroxisómica de los ácidos grasos de cadena larga.

Glioxisomas

Contienen enzimas como las catalasas y enzimas para la oxidación de ácidos grasos pero además tienen otras enzimas. Los glioxisomas son más prominentes en plantas con semillas que dependen de los ácidos grasos almacenados para obtener energía y materiales para formar una nueva planta.

El desdoblamiento de los ácidos grasos genera Acetil CoA que está implicada su utilización para convertirlo en glucosa, producido durante la movilización de reservas de grasas, especialmente durante la germinación de semillas oleaginosas.