Estructura y función celular I

Por:Prof. Jaime Zalchendler

Modelo de Danielli-Davson,1932

• Bicapa fosfolipídica central.

• Proteínas formando capas interna y externamente.

• Transporte se realizaba por medio de poros polares.

Membrana Plasmática

Evolución de la formulación del concepto actual de membrana.

Modelo de Robertson, 1960

Conocido como modelo de Membrana Unitaria.

Se basaba en evidencias de microscopía electrónica.

Desarrollado por Singer y Nicholson, 1972.Se basó en las evidencias aportadas por la técnica de Congelación-FracturaIdentifica las proteínas transmembrana.

Modelo de Mosaico Fluido

Presencia de Proteínas Integrales

Proteínas transmembrana

• Atraviesan la bicapa lipídica.

• Su segmento hidrofóbico es afín químicamente a las colas hidrofóbicas de los triacilglicéridos de los fosfolípidos de membrana.

Lípidos de la membrana plasmática

• Fosfolípidos.– Presentan una

cabeza polar y una cola hidrofóbica.

– La cabeza polar está formada por glicerol unido a un grupo nitrogenado (+) unido a su vez a un grupo fosfato (-).

– La cola está formado por triacilglicéridos.

Lípidos de la membrana plasmática

Glicolípidos y distribución de lípidos en la bicapa

• Los glicolípidos miran hacia la superficie celular, formando parte del glicocálix.

• Los lípidos de la bicapa pueden variar en composición en sus caras interna y externa.

Modelo de Mosaico Fluido. Visión Funcional

Sistema de endomembranas

Retículo Endoplásmico• Sistema membranoso formado

por túbulos y vesículas interconectados cuya luz se denomina cisterna.

• Está relacionado con la síntesis y modificación de proteínas, síntesis lipídica y de hormonas esteroides, elaboración de las membranas celulares, detoxificación.

• Formada por:– RER– REL

Retículo Endoplásmico Rugoso

• Segmento del Retículo endoplásmico especializado para la síntesis y modificación de las proteínas de exportación, así como de proteínas integrales y lípidos para todas las membranas celulares.

• Se diferencia del REL por presentar:– Ribosomas en su

cara externa.– Receptor para la

partícula de reconocimiento de señal.

– Riboforinas I y II.– Receptor del poro.

Retículo endoplásmico liso• Componente del sistema de

endomembranas,• Formado por un sistema de

túbulos anastosomados y vesículas ocasionales unidas a membranas.

• Entre sus funciones se encuentran:– Detoxificación.– Síntesis de hormonas

esteroides.– Síntesis lipídica (colesterol y

triglicéridos).– Glucogenólisis.– Secuestro de iones calcio en

músculo esquelético.

¿Cómo se forman e insertan las proteínas integrales de membrana?

APARATO DE GOLGILa unidad básica del orgánulo es elsáculo, que consiste en una vesícula ocisterna aplanada.Cuando una serie de sáculos se apilan,forman un dictiosoma.Además, pueden observarse toda unaserie de vesículas más o menosesféricas a ambos lados y entre lossáculos.El conjunto de todos los dictiosomas yvesículas constituye el aparato deGolgi.

El dictiosoma se encuentra en íntimarelación con el retículo endoplásmico,lo que permite diferenciar dos caras:la cara cis, más próxima al retículo, y lacara trans, más alejada.En la cara cis se encuentran lasvesículas de transición , mientras queen la cara trans, se localizan lasvesículas de secreción.

FUNCIONES DEL APARATO DE GOLGI

Maduración de las glucoproteínas provenientes del retículo.

Intervenir en los procesos de secreción, almacenamiento , transporte y transferencia de glucoproteínas.

Formación de membranas: plasmática, del retículo, nuclear..

Formación de la pared celular vegetal. Intervienen también en la formación de los

lisosomas.

Células ganglionares teñidas con el método de Formol-Nitrato de uranilo de Cajal

Célula acinar de páncreas con abundante RER y gran complejo deGolgi supranuclear del que emergen gránulos de secreción glicoproteíca

Complejo de GolgiEn una célula caliciforme

Participando en la secreciónde moco rico en glicoproteínas

IMAGEN TRIDIMENSIONAL DEL COMPLEJO DE GOLGI

EXPERIMENTO DE LEUCINATRITIDIADA EN CÉLULAS DE PÁNCREAS SECRETORAS DE

AMILASA

CAMBIOS EN N-OLIGOSACÁRIDOSDENTRO DEL

COMPLEJO DE GOLGIEN LA

FORMACIÓN DE LISOSOMAS,POLIPÉPTIDOS CON

OLIGOSACÁRIDOS RICOS EN MANOSA Y

POLIPÉPTIDOS CON OLIGOSACÁRIDOS COMPLEJOS

ADICIÓN DEL MARCADORMANOSA FOSFATO

A LAS ENZIMAS LISOSÓMICAS

EN EL COMPARTIMIENTO CISDEL COMPLEJO DE GOLGI

FORMACIÓN DELISOSOMAS

LISOSOMAS EN EPITELIO INTESTINALTEÑIDOS

INMUNOCITOQUÍMICAMENTE

LISOSOMAS- BOLSAS DE ENZIMAS HIDROLÍTICAS-- DIÁMETRO VARIABLE (APROX 0,5 - CONTIENEN HIDROLASAS ÁCIDAS- pH INTERNO LISOSOMIAL = 5- PRESENTA BOMBA DE PROTONES EN SU CARA EXTERNA-INTERVIENEN EN LA DIGESTIÓN CELULAR- EN LA TIROIDES INTERVIENEN EN LA SÍNTESIS DE HORMONAS TIROIDEAS-EN ALGUNAS CÉLULAS PUEDEN VERTER SUS ENZIMAS AL EXTERIOR COMO EN LOS ESPERMATOZOIDES- INTERVIENEN EN PROCESOS PATOLÓGICOS

FORMACIÓN DE LISOSOMAS

FORMACIÓN DE

HORMONASTIROIDEAS

A: MITOCONDRIA EN HÍGADO MITOCONDRIA DE MÚSCULOESQUELÉTICO

MITOCONDRIAS·Dimensión variable· Número variable. Contienen enzimas del ciclo de Krebs, fosforilación oxidativa y cadena transportadora de electrones· En el miocardio se asocian a las miofibrillas para producir ATP para la contracción muscular·Presentan doble membrana·Su número de crestas es variable

- oxidación de los ácidos grasos

Ciclo de Krebs

Cadena transportadora de electrones y ATP sintetasa

PEROXISOMAS

· Similares a los lisosomas· No contienen hidrolasas ácidas· Presentan enzimas que intervienen en el metabolismo del H2O2

· Colaboran con mitocondrias y cloroplastos en funciones específicas· Su distribución es irregular y aparecen en un amplio número de tipos celulares· Para su identificación requieren de técnicas especiales· Al ME presentan contenido granular fino y se identifican citoquímicamente· Funciones: - Intervienen en el metabolismo del H2O2

- Catabolismo de purinas - - oxidación de ácidos grasos mediante una oxidasa flavínica - Conversión de grasa en carbohidratos en ciclo del glioxilato en vegetales - Detoxificación de moléculas tóxicas en riñones e hígado

REACCIONES DE - OXIDACIÓN EN PEROXISOMAS Y RELACIÓN CON EL CICLO DEL GLIOXILATO EN PLANTAS

ACTIVIDADES DE LOS PEROXISOMAS

SÍNTESIS DE PEROXISOMAS

PROTEOSOMAS• ORGANELOS PEQUEÑOS

FORMADOS POR COMPLEJOS PROTEICOS RELACIONADOS CON LA PROTEÓLISIS DE PROTEÍNAS MAL FORMADAS Y MARCADAS CON UBIQUITINA.

• ES UN PROCESO CONTROLADO QUE REQUIERE QUE LA CÉLULA RECONOZCA A LA PROTEÍNA POTENCIALMENTE DEGRADABLE Y QUE LAS MOLÉCULAS DE UBIQUITINA

• SE UNAN A UN RESIDUO DE LISINA DE LA PROTEÍNA DEGRADABLE, PREVIO INICIO DE DICHO PROCESO POR PARTE DEL PROTEOSOMA.

Inclusiones Citoplasmáticas• Estructuras o materiales almacenados en el citoplasma demostrables

microscópicamente• No son organelos celulares• Aparecen como producto de la actividad metabólica celular• Tipos:

– Almacenamiento de alimentos• Carbohidratos• Grasas• Proteínas

– Almacenamiento de pigmentos• Pigmentos exógenos

– Lipocromos – Carotenoides– Minerales

• Pigmentos endógenos– Hemoglobina– Melanina– Cromatóforos – Lipofuscina

Inclusiones proteicas cristalinas

Cristales de Lubarsch (espermatogonias)

Cristales de Charcot –Butcher

(Células de Sertoli)

Cristales de Reinke(Células de Leydig)

Inclusiones lipídicas (En Corteza Suprarrenal)

Gránulos de glucógeno

Endocitosis

• La endocitosis permite el ingreso de materiales a la célula mediante mecanismos relacionados con el flujo de membrana.

• Implica tres tipos de proceso:– Fagocitosis– Pinocitosis– Endocitosis mediada por

receptores

Endocitosis mediada por receptores

Endocitosis mediada por receptores

Hormonas y factores de crecimientoInsulinaFactor de crecimiento epidérmico Hormona de crecimientoHormona estimulante tiroideaFactor de crecimiento neuralCalcitoninaGlucagonProlactinaHormona LuteinizanteHormona tiroideaFactor de crecimiento derivado plaquetarioInterferónCatecolaminas

Anticuerpos y proteínasde transporte séricasTransferrinaLDLTranscobalaminaIgE IgA PoliméricaMaternal IgGIgG, vía receptores Fc

Toxinas y LectinasToxina de DifteriaToxina de PseudomonasToxina del cóleraRicinaConcanavalina AVirusRous sarcoma virusVirus Semliki forestVirus de EstomatitisAdenovirus

Exocitosis

Es un mecanismo que permite la liberación masiva de materiales secretados hacia el exterior de la célula.

Esqueleto y Citoesqueleto

Vertebrados (Hombre y los animales)

•Sostener la totalidad del cuerpo•Darle forma al organismo•Armazón que protege a los órganos internosy al cual se anclan los músculos

Células

•Establecimiento, mantenimiento y modificación de la forma •Contracción de las fibras musculares•División celular•Ubicación de los distintos organelos en el citoplasma•Transporte de los organelos y otras estructuras de un sitio a otro de la célula

Papel del citoesqueleto en el movimiento celular

Citoesqueleto

Microtúbulos

Microfilamentos

Filamentos

Filamentos intermedios

Proteínas Fibrosas

Cilios

•Los microtúbulos son elementos estructuralesy funcionales de los cilios

•Los cilios son modificaciones de la membrana plasmática apical de ciertas células

•Su movimiento facilita la movilización de películas superficiales de mucus u otros fluidos

Axonema de cilios y flagelos

Componentes principales

•Microtúbulos•Nexina•Dineína (actividad ATPasica)

ATP

Dineína (actividad ATPasica)

ADP + Pi + Energía Deslizamiento de paresde microtúbulos

Movimiento de cilios y/o flagelos

Estructura del Axonema del flagelo de los espermatozoides

Cortes transversales de flagelos

Par central

9 Pares periféricos

Los microtúbulos en el transporte deorganelos y estructuras subcelulares

Papel de las Cinesinas y Dineínas(Proteínas motrices)

Microtúbulo

Papel de los microtúbulos y las proteínas motricesen los cambios de coloración de la piel de los peces

Estado Normal Situación de Peligro

Microtúbulos (Neurotúbulos) en el axón de una neurona

Transporte axoplasmático de vesículas de neurotransmisoresy otras estructuras subcelulares mediado por

microtúbulos y las proteínas motrices

Microtúbulos (Definición)

•Compuestos macromoleculares•Estructuras cilíndricas•Diámetro de 24 nm•Producto de la asociación de subunidades de y -tubulina (proteínas similares con un pesomolecular de 110000 Da)

Centríolos

•Localización en las proximidades del núcleoen una región llamada Centrosoma

•Se presentan en un numero de 2 por célula

•Constituyen los centros organizadores delos microtúbulos citoplasmáticos

•Diámetro de 150 nm y longitudes comprendidas entre los 300 y 500 nm

Centríolos

Triplete de microtúbulos

Centríolos(Estructura General)

•Número de microtúbulos: 27•Disposición: 9 haces de 3 microtúbulos

Microfilamentos

•Constituidos por Actina•Representan entre el 5 y el 30 % de las proteínas citoplasmáticas totales•Poseen un diámetro de 5-7 nm•El ensamblaje se da por polimerización de subunidades de Actina G•Cumplen un papel importante en la motilidad, mantenimiento de la forma y contracción muscular

Microvellosidades

•Modificaciones apicales cuya función es •la de incrementar la superficie de inter-•cambio•Presentes en los enterocitos y células de•los túbulos contorneados en el riñón•En ellas los microfilamentos de actina son elementos de soporte

Microfilamentos de Actina en las Microvellosidades de los Enterocitos

Cortes longitudinales Cortes transversales

Actina

Filamentos Intermedios

•Poseen dimensiones intermedias entre los microfilamentos de actinay los filamentos gruesos de miosina, teniendo entre 8 y 10 nm•Se despolimerizan más rápidamente que los microtúbulos y los microfilamentos•No intervienen en el movimiento celular•Se los puede clasificar según el tipo celular en el que se presenten en:•Citoqueratinas (Células Epiteliales)•Vimentinas (Fibroblastos)•Desminas (Fibras musculares lisas y estriadas)•Proteínas ácidas fibrilares (Astrocitos y células de Schwann)•Neurofilamentos (Axón de las neuronas)

Uniones Intercelulares

•Los filamentos intermedios se hacen presentes en células sometidas a fuerzas mecánicas intensas, como las de la piel•En este tejido forman parte de las uniones intercelulares como los desmosomas y de los hemidesmosomas que permiten la adhesión de las células a la matriz extracelular

Desmosomas

Hemidesmosomas

Filamentos Intermedios(Citoqueratinas)

Citoplasma de un Melanocito

Melanosomas

Citoqueratinas

Conclusiones

Los distintos elementos citoesqueletalesdeterminan que el esqueleto celular seafundamental en:

•El mantenimiento y modificación de la forma celular•El movimiento celular•La organización organelar del citoplasma•El transporte de estructuras subcelulares a los distintos sitios de la célula•El establecimiento de uniones intercelulares y entre las células y la matriz extracelular•La organización del proceso de división celular

NÚCLEO

• MAYOR ORGANELO CELULAR• CONTIENE CASI TODO EL

ADN CELULAR Y POSEE LOS MECANISMOS PARA LA SÍNTESIS DEL ARN.

• ESTÁ LIMITADO POR LA ENVOLTURA NUCLEAR.

• COMPONENTES MAYORES:– CROMATINA.– NUCLEOLO.– NUCLEOPLASMA

ENVOLTURA NUCLEAR• FORMADA POR DOS

MEMBRANAS PARALELAS FUSIONADAS ENTRE SÍ EN CIERTAS REGIONES FORMANDO PERFORACIONES CONOCIDAS COMO POROS NUCLEARES.

• LA DOS MEMBRANAS ESTÁN SEPARADAS ENTRE SÍ POR UNA CISTERNA PERINUCLEAR.

MEMBRANA NUCLEAR INTERNA

• APROX. 6 NM DE ESPESOR.• MIRA HACIA EL INTERIOR DEL NUCLEO.• ESTÁ ESTRECHAMENTE LIGADA A UNA RED ENTREMEZCLADA

DE FILAMENTOS INTERMEDIOS DE 80 – 100 NM DE GROSOR FORMADAS POR LAS LÁMINAS A, B Y C, UBICADAS EN LA PERIFERIA DEL NUCLEOPLASMA.

• INTERVIENE EN LA ORGANIZACIÓN Y SOPORTE DE LA BICAPA LIPÍDICA DE ESTA CAPA, ASÍ COMO DE LA CROMATINA PERINUCLEAR.

• ALGUNAS PROTEÍNAS INTEGRALES DE ESTA CAPA SE RELACIONAN CON LOS SITIOS DE UNIÓN PARA EL ARN Y CROMOSOMAS NUCLEARES.

MEMBRANA NUCLEAR INTERNA

• TIENE APROX 6 NM DE GROSOR.• SE ORIENTA HACIA EL CITOPLASMA.• SE CONTINÚA CON EL RER.• SU CARA CITOSÓLICA ESTÁ RODEADA POR

UNA DELGADA TRAMA DE VIMENTINA.• SUELE POSEER RIBOSOMAS QUE

SINTETIZAN ACTIVAMENTE PROTEINAS TRANSMEMBRANA QUE FORMARAN PARTE DE LA ENVOLTURA NUCLEAR.

POROS NUCLEARES

• SON DISCONTINUIDADES DE LA ENVOLTURA NUCLEAR EN QUE SE FUSIONAN LAS DOS HOJAS DE ÉSTA, INTERVINIENDO COMO PUNTOS DE COMUNICACIÓN ENTRE EL NÚCLEO Y EL CITOPLASMA.

• ESTÁN RODEADOS DE ESTRUCTURAS NO MEMBRANOSAS INCLUÍDAS EN SU REBORDE, ORIGINANDO EN CONJUNTO EL COMPLEJO DEL PORO NUCLEAR, DE APROX. 80 – 100 NM DE DIÁMETRO.

• EL PORO NUCLEAR INTERVIENE EN EL TRANSPORTE BIDIRECCIONAL NUCLEOCITOPLASMÁTICO MEDIANTE TRANSPORTE MEDIADO POR RECEPTORES Y POR PROTEÍNAS CONOCIDAS COMO IMPORTINAS Y EXPORTINAS, REGULADAS POR PROTEÍNAS LLAMADAS RAN QUE SE UNEN A GTP.

COMPLEJO DEL PORO NUCLEAR

• FORMADO POR TRES ESTRUCTURAS PROTEICAS ANULARES SIMETRICAS FORMADAS POR 8 PLIEGUES CADA UNA Y QUE SE INTERCONECTAN POR MEDIO DE RAYOS VERTICALES, TENIENDO ADEMÁS UN TRANSPORTADOR Y UNA CANASTILLAS NUCLEAR.

•

CROMATINA

• COMPLEJO DE ADN Y PROTEÍNAS QUE REPRESENTA A LOS CROMOSOMAS INTERFÁSICOS.

• DE ACUERDO A SU ACTIVIDAD TRANSCRIPCIONAL FORMA:

– HETEROCROMATINA.– EUCROMATINA.

o LA UNIDAD DE EUCROMATINA ES EL NUCLEOSOMA, FORMADO POR UN OCTAMERO DE HISTONAS UNIDO A OTRO NUCLEOSOMA POR MEDIO DE PROTEÍNAS DE ENLACE A LA HISTONA H1.

CROMOSOMAS• SON FIBRAS DE CROMATINA QUE

SE CONDENSAN Y SE ENROLLAN AJUNSTADAMENTE DURANTE LOS PROCESO DE DIVISIÓN CELULAR.

• PUEDEN CLASIFICARSE EN:– METACÉTRICOS.– SUBMETACÉNTRICOS.– ACROCÉNTICOS.– TELOCÉNTRICOS.

• SU NÚMERO ES CONSTANTE EN CADA ESPECIE.

NUCLEOPLASMA• CONSTITTUYE LA MATRIZ NUCLEAR.• PRESENTA:

– GRÁNULOS DE INTERCROMATINA (GI), DE 20 – 25 NM DE DIÁMETRO, CONTIENEN PARTÍCULAS DE RIBONUCLEOPROTEÍNAS (RNP) Y ENZIMAS COMO ATPasas, GTPasas, B- GLICEROFOSFATO Y NAD – PIROFOSFATASA.

– GRANULOS DE PERICROMATINA (GPC), DE 50 NM DE DIÁMETRO, UBICADOS EN LOS BORDES DE LA HETEROCROMATINA. ESTÁN FORMADAS POR ARN 4,7S JUNTO A DOS PEPTIDDOS TIPO hnRNP.

– PARTÍCULAS DE RIBONUCLEOPROTEÍNA NUCLEAR PEQUEÑAS (snRNP), INTERVIENEN EN EL EMPALME, SEGMENTACIÓN Y TRANSPORTE DE hnRNP..

MATRIZ NUCLEAR• CONTIENE APROX 10% DE LAS PROTEÍNAS

TOTALES DEL NÚCLEO, 30% DEL ARN, 1-3% DEL ADN Y 2 – 5% DEL FOSFATO TOTAL.

• INCLUYEN AL COMPLEJO DEL PORO.• SE RELACIONA FUNCIONALMENTE CON LOS

SITIOS DE REPLICACIÓN DEL ADN, ASÍ COMO TRANSCRIPCIÓN Y PROCESAMIENTO DE ARNm Y ARNr, UNIÓN A RECEPTOR DE ESTEROIDES, VIRUS ADN, CARCINÓGENOS Y PROTEÍNAS VIRALES.

• PUEDE TENER SUBCOMPARTIMIENTOS INACTIVOS.

NUCLEOLO• ESTRUCTURA NO LIMITADA POR

MEMBRANA, UBICADA EN EL INTERIOR DEL NÚCLEO QUE PARTICIPA EN LA SÍNTESIS DE ARNt, ASÍ COMO EN EL ENSAMBLAJE DE LAS SUBUNIDADES RIBOSOMALES PEQUEÑAS Y GRANDES.

• ES RICO EN ARNr Y PROTEÍNAS.• PRESENTA 4 ÁREAS:

– CENTRO FIBRILAR DE TINCIÓN PÁLIDA (CON ADN INACTIVO).

– PARTE FIBROSA, CON ARN NUCLEOLAR EN TRANSCRIPCIÓN.

– PARTE GRANULOSA, EN QUE OCURRE EL ENSAMBLAJE DE LAS SUBUNIDADES RIBOSOMALES.

– MATRIZ NUCLEOLAR, FORMADA POR UNA RED FIBRILAS QUE INTERVIENE EN LA ORGANIZACIÓN NUCELOLAR.

– PRESENTA TELÓMEROS DE LOS CROMOSOMAS 13, 14, 15, 21 Y 22 (RON).

SÍNTESIS DE RIBOSOMAS