domingo, 3 de diciembre de 2017

Aparato de Golgi

Aparato de Golgi

El aparato de Golgi es un orgánulo presente en todas las células eucariotas, el cual pertenece al sistema de endomembranas y fue visto por primera vez por La Vallete Saint George en 1865 al estudiar los espermatocitos, sin embargo fue Camilo Golgi quien logro describirlo en 1889 como un “aparato reticular interno”.
La técnica de Schiff-acido Peryodico marca a los glúcidos de Golgi y esto hace que se puedan ver en el microscopio óptico.
Está formado por un conjunto de pilas de sacos aplanados denominados cisternas, éstas varían dependiendo del tipo celular.
Se divide en dos caras funcionales CIS y TRANS.
Está formado por lamelas, vesículas, vacuolas, y dictiosomas.

Se divide en dos caras funcionales CIS y TRANS:

Cara cis (generalmente convexa) está orientada hacia el retículo endoplásmico y recibe las proteínas de exportación.

Cara trans está orientada hacia los gránulos secretorios o los centriolos

Cisternas
Entre ambas regiones cis y trans existen cisternas centrales o medias que pueden variar en número.
La cisterna más cercana al retículo endoplásmico es generalmente fenestrada y presenta continuidad con la red cis-Golgi (RCG).
En la región trans, el AG se extiende y forma una red de estructuras tubovesiculares conocida como red trans-Golgi (RTG).
Las cisternas cis, media y trans representan una serie de subcompartimentos enriquecidos con enzimas específicas que llevan a cabo modificaciones postraduccionales a proteínas recién sintetizadas.
Una de sus funciones es la Glucosilacion.

La función de este organelo está relacionada con la adición de moléculas de azúcar a los péptidos en tránsito para la formación de glicoproteínas.

Modelo de maduración de cisternas
Este modelo habla de que las cisternas formaban la cara cis de la pila mediante la fusión de los portadores membranosos desde el retículo endoplasmico  y el ERGIC y que cada cisterna se movía físicamente desde el extremo cis al trans de la pila y cambiaba de composición conforme avanzaba, por lo tanto supone que cada cisterna madura a lo largo de la pila.

Modelo de transporte vesicular
Habla de que el cargamento (proteínas secretoras, lisosomicas y de membrana) se lanza a través de la pila de Golgi, desde la CGN hasta la TGN, en vesículas que se desprenden de un compartimento de membrana y se fusionan con el compartimento contiguo más avanzado de la pila.

Glucosilacion

La glucosilacion es la modificación de los hidratos de carbono unidos a glucoproteínas y glucolipidos sintetizados en el retículo endoplásmico.

Glucosiltransferasas: incorporan residuos glucídicos específicos

Glucosidasas: eliminan residuos glucídicos específicos.

La secuencia en que se transfieren los azucares durante el ensamblaje de un oligosacárido depende de la secuencia de acción de las glucosiltransferasas que participan en este proceso.

Hay dos familias: N-glicoproteínas y O-glicoproteínas

Depeniendo del lugar de adición de los carbohidratos:

N-glicoproteína: los carbohidratos se unen al grupo amino de la cadena lateral del aminoácido asparagina.

O-glicoproteína: en este caso, el punto de unión es el grupo hidroxilo de las cadenas laterales de los aminoácidos serina y treonina.

A diferencia de los oligosacaridos con enlaces N, cuya síntesis comienza en el RE, los unidos con proteínas mediante enlaces O se articulan por completo dentro del aparato de Golgi.

Primer paso:
Después del retiro de los tres residuos de glucosa,
Glucosidasa 1 quita un residuo de glucosa en el retículo endoplasmatico
Glucosidasa 2 quita dos residuos de glucosa.
Manosidasa quita una manosa del oligosacárido formado

Glucosilación en aparato de Golgi

Primer paso
El oligosacarido pasa a la red Cis Golgi
Enzima Manosidasa actúa quitando varios residuos de manosa en la región CIS Golgi.
segundo paso

Enzima  N-acetil-glucosamina transferasa I actúa agregando un residuo de N-acetilglucosamina a uno de los residuos de manosa en la región CIS Golgi.

Tercer paso
Interviene la enzima Manosidasa II retirando dos residuos de manosa en el oligosacárido en la región medial  Golgi.

Cuarto paso
Actúa la enzima N-acetil-glucosamina transferasa II agregando otro  residuo de N-acetilglucosamina a la manosa que quedo libre en  la región medial Trans  Golgi.

Quino paso
La enzima fucosil -y -galactosil -transferasa en la región Trans Golgi agrega residuos de galactosa para obtener un oligosacárido complejo.

Sexto paso
Enzima Sialil-transferasa agrega un ácido sialico en la región más Trans de Golgi.

Transporte vesicular en el aparato de Golgi
Mediado por pequeñas vesículas de gemación desde un compartimento de membrana (donador) el cual produce las vesículas para fusionarse con un compartimento (aceptor) que recibe la vesícula y su contenido.
Los materiales son transportados entre compartimentos por vesículas que se desprenden de membranas donadoras y se fusionan con las membranas receptoras.

Gemacion de vesículas
Forma parte fundamente en el transporte vesicular, y para que se lleve a cabo la formación una vesícula, se requiere de la participación de proteínas de recubrimiento. Ésta cubierta es utilizada como medio mecánico para que las vesículas puedan  dirigirse a su destino.

Función de cubiertas de proteínas
Sirven como dispositivo mecánico que hace que la membrana se curve y forme una vesícula desprendible.
Proporciona un mecanismo para seleccionar los componentes que transporta la vesícula.
Incluye como cargamento en proteínas secretoras, lisosomicas y de membrana que deben  transportarse.
La cubierta de esta vesícula se encuentra formada por dos capas distintas de proteínas: una jaula externa que forma el marco de la cubierta y una capa interna de adaptadores que sirven para unir la cara externa de la bicapa lipídica y el cargamento de vesículas.

Vesículas cubiertas con COP I
Mueven materiales en sentido retrogrado: del ERGIC y la pila de Golgi “hacia atrás” al ER y de las cisternas Golgi trans “de regreso” a las cisternas Golgi cis.
Fueron identificadas por primera vez en experimentos en los que las células se trataron con moléculas de estructura similar al GTP pero a diferencia de este, no pueden hidrolizarse.

Vesículas cubiertas con clatrina
Movilizan materiales de la TGN a los endosomas,lisosomas y vacuolas vegetales.
También mueven materiales de la membrana plasmática a los compartimentos citoplasmáticos a lo largo de la vía endocitica.
Además se han implicado en el tránsito de los endosomas y lisosomas

Vesículas cubiertas con COP II
Desplazan materiales del retículo endoplásmico “hacia adelante¨al ERGIC y al aparato de Golgi.

Conservación y recuperación de las proteínas residentes del retículo endoplasmico
Se sugiere que influyen dos mecanismos:
Retención de moléculas residentes que se excluyen de las vesículas de transporte.
Recuperación de moléculas prófugas
Las proteínas solubles residentes de la luz del ER como la disulfuro isomerasa de proteínas casi siempre tienen la señal de recuperación KDEL (lys-asp-glu-leu).

Ordenamiento de proteínas en la red trans de Golgi (TGN)
Esta red es la última estación del aparato de Golgi, funciona como una instancia clasificadora y dirige las proteínas hacia diversos destinos.
Un ejemplo es la vía de dirección de las enzimas lisosómicas a los lisosomas

Paso 1
 Los residuos de manosa de la enzima lisosomica se fosforilan en las cisternas de Golgi.

Paso 2
Los residuos de manosa luego se incorporan en forma selectiva en la vesícula cubierta con clatrina en la TGN.

Paso 3
Se cree que los receptores para la manosa 6-fosfato tienen doble función.

Paso 4
Los receptores de la manosa 6-fosfato interactúan de manera específica con las enzimas lisosomicas en el lado luminal de la vesícula y con los adaptadores en la superficie citosólica de la vesícula. Los receptores de la manosa 6-fosfato se separan de las enzimas.

Paso 5
Una vez que se separan los receptores para manosa-6 fosfato de las enzimas estos regresan al aparato de Golgi.

Paso 6
Las enzimas lisosomicas se vacían en un endosoma y al final en un lisosoma.

Paso 7
Los receptores para manosa 6-fosfato también están presentes en la membrana plasmática donde pueden capturar enzimas lisosomicas que se secretan hacia el espacio extracelular y regresan las enzimas a una vía que las dirige a un lisosoma.

Vesículas cubiertas con Clatrina
Contienen:
Una celosía externa parecida a un panal formada por la proteína clatrina, la cual constituye un soporte estructural.
Una capa interna formada por adaptadores de proteína que cubre la superficie de la membrana de la vesícula y que está dirigida hacia el citosol.



Vesícula con cubiertas COP II
Selecciona y concentra ciertos componentes para transportar en vesículas.
Las vesículas cubiertas con COPII median la primera rama del traslado por la vía biosintética, del RE al ERGIC y la red cis de Golgi.
Las proteínas seleccionadas por estas vesículas incluyen:
-Enzimas que actúan en las etapas avanzadas de la vía biosintética, como las glucosiltransferasas del aparato de Golgi.
-Proteínas de membrana que pueden unirse con cargamento soluble.
Ejemplo: Proteína G llamada Sar1, que tiene función reguladora, en el inicio de la formación de la vesícula y la regulación del ensamblaje de la cubierta de la vesícula.

Formación de vesículas
1.- Sar1 es reclutada en la membrana del RE en la forma unida a GDP y es inducida a intercambiar su GDP por un GTP por una proteína llamada GEF (factor de intercambio de guanina) ( al unirse al GTP, Sar1 sufre un cambio que hace que la hélice alfa en su extremo N terminal se inserte en la hoja citosolica de la bicapa del RE.
2.- Se induce la curvatura de la bicapa lipidica en ese sitio. (Formacion de una membrana aplanada a una esferica).
3.- Sar1-GTP atrae dos polipeptidos adicionales a la cubierta COP II, Sec23 y Sec24, que se unen con forma de banana, ( Sec24 funciona como proteína adaptadora de la cubierta COPII).
4.- Las subunidades restantes de la cubierta COPII Sec23 y Sec 31, se unen con la membrana para formar la jaula estructural externa de la cubierta proteínica.
Después de esto, se ensambla toda la cubierta COPII la yema se separa de la membrana del RE en la forma de una vesícula cubierta por COP II.

Enfermedades relacionadas
Coroideremia
Se caracteriza por presentar invariablemente degeneración retiniana y de coroides. Determinada genéticamente, con un modo de herencia recesivo ligado al cromosoma X.
El primer signo de afectación ocular consiste en ceguera nocturna que inicia en la infancia temprana que progresivamente conduce a la ceguera total alrededor de los 20 o incluso hasta los 45 años.

Síndrome de Lowe (síndrome oculocerebrorrenal)
Trastorno genético heredado en forma recesiva ligada al cromosoma X.
Entre sus complicaciones se encuentran: cataratas congénitas, disfunción renal tubular y déficit neurológico, proteinuria, aminoaciduria, fosfaturia y acidosis metabólica, así como retardo mental, hipotonía, trastornos de la conducta y ausencia de reflejos osteotendinosos profundos.

Enfermedad de Menke
Se caracteriza por la incapacidad de las células para liberar el cobre absorbido, debido a un defecto en el gen ATP7A.
El cobre se puede acumular en el intestino delgado y los riñones, pero los niveles bajos de este elemento en otras zonas pueden afectar la estructura de huesos, piel, cabello y vasos sanguíneos e interferir con la función nerviosa.

Mulcolipidosis II
Se caracteriza por la presencia de múltiples inclusiones en el citoplasma de los fibroblastos. Se debe a que existe una señalización anómala de enzimas lisosomales en las células del tejido mesenquimatoso, como las hidrolasas lisosomales durante su paso por Cis-golgi adquieren residuos de manosa 6-fosfato.

Mulcolipidosis III
Se presenta a muy temprana edad
Retraso mental progresivo

Malformaciones esqueléticas
Los pacientes mueren en la primera década de vida.
Anomalías cardiovasculares
Presenta una progresión más lenta en el deterioro mental, viven hasta la edad adulta.
Alteraciones en las glicoproteínas séricas (exportación) que  consisten en un peso molecular menor al esperado debido a un bajo nivel de glucosilacion.
Complicaciones de la enfermedad:
Retraso psicomotor
Alteraciones dermatológicas
Oftalmológicas
Disfunción hepática









Bibliografía
Gerald Karp, Biología celular y molecular, MC Graw Hill Education, México, 2014, pag: 290-300



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