ORGANELOS
Lisosomas
Características
Þ
Los lisosomas son
orgánulos digestivos ricos en enzimas hidrolíticas, como proteasas, nucleasas,
glucosidasas, lipasas y fosfolipasas.
Þ
Las enzimas de un
lisosoma comparten una propiedad importante: todas alcanzan su actividad óptima
en un pH ácido de 4.6, por lo que son hidrolasas acidas.
Þ
El espacio interior
de los lisosomas se mantiene a un pH más ácido que el pH del citosol o del
espacio extracelular. Es mediada por una bomba de protones electrogénica,
llamada bomba vacuolar de protones, o ATPasa tipo V para H+. Transporta en
contra de gradiente protones
presentes en citosol.
Estructura
Þ
Tienen una sola
membrana que es resistente a la digestión hidrolítica que ocurre en su luz.
Þ
La membrana
lisosómica tiene una estructura fosfolipídica inusual que contiene colesterol
y un lípido exclusivo denominado ácidolisobifosfatídico.
Þ
Las proteínas estructurales
de la membrana lisosómica se clasifican en:
a) Proteínas de membrana asociadas con lisosomas (LAMP)
b) Glucoproteínas de membrana lisosómica (LGP)
c) Proteínas integrales de membrana lisosómica (LIMP).
Þ
Moléculas de
sacáridos cubren casi la totalidad de la superficie luminal de estas proteínas
estructurales de la membrana protegiéndolas de la digestión por las enzimas
hidrolíticas.
Þ
Las proteínas
lisosómicas de la membrana se sintetizan en el RER y poseen una señal
específica que las orienta hacia el lisosoma.
Þ
La membrana
lisosómica también contiene proteínas transportadoras que transportan
productos finales de la digestión (aminoácidos, sacáridos, nucleótidos) hacia
el citoplasma, donde se utilizan en los procesos sintéticos de la célula o sufren
exocitosis.
Función
Þ
La función más
estudiada es la degradación de materiales que llegan a la célula por diferentes
mecanismos. En el proceso de digestión, la mayor parte del material digerido
proviene de procesos endocíticos; sin embargo, la célula también usa lisosomas
para digerir sus propias partes obsoletas, orgánulos no funcionales y
moléculas innecesarias.
Formación
Þ
La biogénesis de nuevos lisosomas y la reposición
de componentes lisosomales requiere de una sustitución continua de componentes
sintetizados de novo.
Þ
Tanto los componentes solubles como membranales de
los lisosomas son sintetizados en el retículo endoplásmico, transportados al
aparato de Golgi, segregados de otras proteínas e incorporados a lisosomas en
formación.
Clasificación funcional
Þ
Se clasifica en:
Lisosomas primarios y lisosomas secundarios.
Þ
Lisosomas primarios:
son vesículas que se forman a partir del aparato de Golgi, contienen únicamente
hidrolasas ácidas y tienen la propiedad de fusionarse con diversos tipos de
vesículas fagocíticas.
Þ
Lisosomas
secundarios:
contienen
tanto las hidrolasas ácidas como los materiales que van a ser degradados, son
lisosomas primarios fusionados con otras sustancias, de origen interno o
externo.
Autofagia
Þ
Principal mecanismo
celular por el cual varias proteínas citoplasmáticas, orgánulos o estructuras
celulares innecesarios o no deseados son degradadas en los lisosomas.
Þ
Mantiene un
equilibrio bien controlado entre las funciones celulares anabólicas y
catabólicas.
Þ
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Macroautofagia
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Proceso
no especifico en el cual una porción del citoplasma o un orgánulo completo
es rodeado por una membrana
doble (fagóforo).
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Una
vez que autofagosoma se completa, se fusiona con un lisosoma y genera
autofagolisosoma, en el cual el organelo encerrado se degrada y los
productos de degradación se hacen disponibles para la célula.
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Según sea el tipo
celular, el contenido del cuerpo residual puede:
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Al
completarse el proceso digestivo en el autofagolisosoma, el organelo se
conoce como cuerpo residual.
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Para formar una vesícula
secuestrante denominada autofagosoma
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Eliminarse
de la célula mediante exocitosis.
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Conservarse
dentro del citoplasma por tiempo indefinido como un gránulo de lipofuscina.
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La
cantidad de gránulos de lipofuscina aumenta a medida que las células
envejecen.
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Microautofagia
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Proceso
no especifico en el cual las proteínas citoplasmáticas son degradadas en un
proceso lento y continuo en condiciones fisiológicas normales.
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Las proteínas citoplasmáticas
solubles pequeñas se incorporan al lisosoma por invaginación de la membrana
lisosómica.
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Autofagia
mediada por chaperonas
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Es
el único proceso selectivo de degradación proteica, requiere la
colaboración de chaperonas citosólicas especificas como la proteína
chaperona de choque térmico denominada hsc73.
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Se
activa durante la privación de sustancias nutritivas, necesita la presencia
de señales de localización en las proteínas que se han de degradar y de un
receptor especifico en la membrana lisosómica.
térmico
denominada hsc73.
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La
hsc73 se fija a la proteína y contribuye a su transporte a través de la
membrana lisosómica hacia la luz, donde finalmente se degrada.
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Enfermedades por almacenamiento lisosómico
Enfermedad
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Enzima deficiente
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Órganos afectados
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Leucodistrofia metacromática
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Arilsulfatasa A
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Cerebro, músculo esquelético.
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Gaucher
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Glucocerebrosidasa
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Cerebro, hígado, bazo, músculo esquelético.
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Tay- Sachs
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Hexosaminidasa β
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Cerebro, hígado, bazo.
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Sandhoff
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hexosaminidasa A y B
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Cerebro, hígado, bazo, riñones.
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Krabbe
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Galactocerebrosidasa
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Cerebro, músculo esquelético.
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Niemann-Pick
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Esfingomielinasa
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Cerebro, hígado, bazo.
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Gangliosidosis GM1
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Galactosidasa β GM1
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Cerebro, piel.
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Fabry
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α-galactosidasa
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Corazón, piel.
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Aspartilglucosaminuria
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N-aspartil-beta-glucosaminidasa
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Cerebro, afectación del esqueleto, hígado.
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α-Manosidosis
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α-Manosidasa
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Cerebro, hígado.
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Síndrome de Hurler
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Alfa-L-iduronidasa
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Cerebro, corazón, hígado, bazo, tejido conectivo
(incluido cartílago y hueso)
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Sindrome de hurter
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L-idurato sulfatasa
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Cerebro, corazón, hígado, bazo, afectación
esquelética.
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Sindrome de Maroteaux-Lamy
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GalNAc 4-sulfatasa/arilsulfatasa
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Afectación del esqueleto, cerebro, hígado
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Pompe
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α-1,4-Glucosidasa
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Músculo esquelético, corazón, hígado, cerebro.
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Wolman
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Lipasa ácida
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Hígado, bazo, cerebro.
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Canavan
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Aspartoacilasa
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Cerebro,
músculo esquelético.
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Danon
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LAMP2 (Proteína de Membrana Asociada Lisosómica
2)
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Corazón, cerebro, músculo esquelético, pulmones.
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Cistinosis
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Cistinosina (transportador de cistina)
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Riñones, músculo esquelético,
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Mucolipidosis ll (enfermedad de celulas de
inclusión )
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GlcNAc-1-fosfotransferasa
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Cerebro, musculo esquelético, hígado, bazo.
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Gota
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Los cristales proveniente del catabolismo de las
purinas se produce en exceso, son fagocitados por las células y se acumulan en
los lisosomas secundarios; provocan la rotura de dichas vacuolas con la
consiguiente liberación de enzimas lisosómicas en el citosol, causa la
digestión de componentes celulares, la liberación de sustancias de la célula
y la autolisis celular.
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Articulaciones del dedo gordo del pie, rodilla o tobillo
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Artritis reumatoide
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Causa la destrucción de las membranas
lisosomales, con la consecuente liberación de las enzimas y la lisis celular.
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Articulaciones
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Peroxisomas (microcuerpos)
Características
Þ Son vesículas simples limitadas
por membranas con un diámetro de 0.1 a 1.0 μm que pueden contener un centro
denso y cristalino de enzimas oxidativas.
Þ Contienen más de 50 enzimas que
participan en actividades como la oxidación de ácidos grasos de cadena muy larga
(VLCFA, aquellos con cadenas que tienen 24 a 26 carbonos) y la síntesis de
plasmalógenos, que es una clase inusual de fosfolípidos en los que uno de los
ácidos grasos está unido con el glicerol mediante un enlace éter en lugar de
uno éster. Los plasmalógenos son muy abundantes en las vainas de mielina que
aíslan los axones del cerebro
Þ Se llamaron “peroxisomas” porque
son el sitio a partir del cual se sintetiza y degrada el peróxido de hidrógeno
(H2O2), un agente oxidante muy reactivo y tóxico. El peróxido de hidrógeno se
produce por acción de varias enzimas peroxisómicas, incluida la urato oxidasa,
glucolato oxidasa y oxidasas de aminoácidos, que utilizan oxígeno molecular
para oxidar sus sustratos respectivos. El H2O2 generado en estas reacciones se
degrada pronto mediante la enzima catalasa, que está presente en grandes
concentraciones en estos organelos.
Þ
Se encuentran en las células eucariotas, cerca del RE. También existen en las plantas. Las plantas de semillero
contienen un tipo especializado de peroxisoma, llamado glioxisoma.
Þ Si
bien son más abundantes en las células hepáticas y renales, los peroxisomas
se encuentran también en la mayor parte de los tipos celulares. La cantidad de
peroxisomas presente en una célula se incrementa en respuesta a la dieta, a
los fármacos y a la estimulación hormonal.
Formación
Þ Su formación se produce por
síntesis de novo, dando origen a nuevos peroxisomas, y por proliferación, donde
se multiplican los peroxisomas preexistentes.
Þ Las
proteínas implicadas en la biogénesis del peroxisoma y en el transporte de las
proteínas peroxisomales se llaman peroxinas, codificadas por los genes PEX.
Þ Las proteínas contenidas en la
luz y en la membrana de los peroxisomas se sintetizan en los ribosomas
citoplasmáticos y se importan hacia el orgánulo. Una proteína destinada a
los peroxisomas debe tener una señal de localización peroxisómica unida a su
extremo carboxiterminal.
Función
Þ Son esenciales en el
metabolismo lipídico, en especial en el acortamiento de
los ácidos grasos de cadena muy larga,
para su completa oxidación en
las mitocondrias, y en la oxidación de la
cadena lateral del colesterol,
necesaria para la síntesis de ácidos biliares; también interviene en la
síntesis de ésteres lipídicos del glicerol(fosfolípidos y triglicéridos)
e isoprenoides.
Þ Contienen
enzimas que oxidan aminoácidos, ácido
úrico y otros sustratos utilizando oxígeno molecular con formación de agua
oxigenada.
Þ El agua
oxigenada es un producto tóxico, que se degrada rápidamente
dentro del propio peroxisoma por la enzima oxidativa catalasa en agua y oxígeno usando
como intermediarios de ciertas sustancias orgánicas, lo cual ayuda al buen
funcionamiento de la célula.
Þ La
catalasa es también capaz de utilizar el peróxido de hidrógeno para reacciones
de oxidación, como por ejemplo, la oxidación de
sustancias tóxicas como los fenoles, etanol, formaldehído,
entre otros, las cuales son posteriormente eliminadas. Tal es el mecanismo de
desintoxicación realizada por el hígado y
los riñones.
Enfermedades
Þ Síndrome de Zellweger: es una rara anomalía hereditaria reconocible
por diversas alteraciones neurológicas, visuales y hepáticas que causan la
muerte en la lactancia temprana. La causa es que las células hepáticas y
renales de estos pacientes carecían de peroxisomas.
Þ Adrenoleucodistrofia neonatal: se debe a un defecto
de una proteína de membrana que transporta ácidos grasos de cadena muy larga
(VLCFA) hacia los peroxisomas, donde se metabolizan. En ausencia de esta
proteína, los VLCFA se acumulan en el cerebro y destruyen las vainas de mielina
que aíslan las células nerviosas.
Þ
Enfermedad de refsum infantil (EDI): está causado por mutaciones en uno de los 13 genes PEX que
codifican las peroxinas que conducen a la biogénesis anormal de peroxisomas. Se
manifiesta por la retinitis pigmentosa, nistagmo, ataxia cerebelosa, sordera de
percepción, deformidades esqueléticas e ictiosis, hepatomegalia, así como
neuropatía periférica.
Retículo endoplásmico
El Retículo Endoplásmico (RE) es una organelo dinámica esencial para la vida celular. Es un compartimento que comprende una red de túbulos y sacos (cisternas) rodeados de membrana que se extiende desde la membrana nuclear a través del citoplasma. Estos túbulos y sacos están interconectados, así que la membrana del RE forma una lámina continua que encierra un único espacio intermembrana llamado lumen. La membrana del RE separa el lumen del citosol y media la transferencia selectiva de moléculas entre estos dos compartimentos. La membrana del retículo constituye típicamente la mitad de la membrana total de una célula animal promedio. El RE es una organela clave en la denominada ruta de secreción de proteínas.
Esta compuesto por..
La membrana del retículo endoplásmico posee una composición muy próxima a la de la membrana plasmática, con una diferencia que consiste en que la segunda posee mayor cantidad de colesterol.
· Retículo Endoplásmico Rugoso: Se define por la presencia de ribosomas unidos a su superficie citosólica, casi siempre se compone de una red de sacos aplanados (cisternas). El RER se continúa con la membrana externa de la envoltura nuclear que también tiene ribosomas en su superficie citosolica.
Ambos tipos de retículo forman un sistema de membranas que rodean un espacio o luz, que está separado del citosol circundante, denominado espacio luminal. Las membranas del retículo endoplásmico rugoso son más delgadas (7 nm) que la membrana plasmática (10 nm). Las membranas del retículo endoplasmático rugoso constan de un 30% de lípidos y un 70% de proteínas; por tanto, tienen mayor contenido de proteínas que la membrana plasmática. Al igual que en la membrana plasmática, hay una asimetría en la distribución de los lípidos.
Clasificación
· Retículo Endoplásmico Liso: Carece de ribosomas, sus elementos membranosos son curvos y tubulares, formando un sistema de tuberías interconectadas que ondulan por todo el citoplasma.
· El lípido Fosfato de Dolicol, que se encuentra en la membrana del retículo endoplásmico, actúa como un lípido portador, y luego transfiere, en bloque, a los residuos de asparagina específicos del polipéptido.
Reacción
N-Glucosilación: Proceso en el cual, todas las proteínas producidas en los ribosomas unidos con membrana se convierten en glucoproteínas, ya sean componentes integrales de una membrana, enzimas lisosómicas solubles, vacuolares o partes de la matriz extracelular.
· Los azucares se agregan a la molécula de fosfato de dolicol uno a la vez, por acción de las glucosiltransferasas (Cada una de estas enzimas transfiere un monosacárido especifico de un azúcar nucleótido, como GDP-Manosa o UDP-N-acetilglucosamina al extremo en crecimiento de la cadena de carbohidratos) unidas a la membrana del retículo endoplásmico.
Desintoxicación en el hígado de diversos compuestos orgánicos, como barbitúricos y etanol, cuyo consumo crónico puede conducir a la proliferación del REL en las células hepáticas
· La glucosilación empieza con la transferencia de N-acetilglucosamina 1-fosfato, seguida de la transferencia de otra N-acetilglucosamina y luego nueve moléculas de manosa y tres unidades de glucosa.
· Este bloque ya ensamblado de 14 azúcares se transfiere luego por acción de la enzima del retículo endoplásmico oligosacariltrasnferasa del fosfato de dolicol a ciertas asparaginas en el poilpéptido naciente mientras el polipéptido se transloca hacia la luz del retículo endoplásmico.
Retículo Endoplásmico Liso:
Síntesis de Hormonas esteroideas en las células endocrinas de las gónadas y la corteza suprarrenal.
1. Síntesis de proteínas en ribosomas unidos a la membrana o en ribosomas libres: Ciertos polipéptidos se sintetizan en los ribosomas unidos con la superficie citosólica de las membranas del RER, otros polipéptidos se sinterizan en ribosomas “libres”, es decir, los que no están unidos al RER y luego se liberan al citosol.
Secuestro de iones calcio en el citoplasma celular. La liberación regulada de Ca2+ del REL de células musculares esqueléticas y cardiacas (Conocido como el retículo sarcoplásmico) desencadena la contracción muscular.
Síntesis de Lípidos. En el retículo endoplásmico liso se sintetizan los fosfolípidos, la ceramida y el colesterol.
Síntesis de Lipoproteínas en el Hígado. En los hepatocitos se sintetizan las lipoproteínas hepáticas, principalmente las de muy baja densidad (VLDL), que contienen triglicéridos y colesterol. Síntesis de quilomicrones intestinales. La lipasa pancreática degrada la grasa de la luz intestinal hasta glicerol, ácidos grasos y monoglicéridos
Retículo endoplasmico liso
4. Síntesis de proteínas integrales de membrana en los ribosomas unidos a la membrana: Las proteínas integrales de membrana, distintas de las de mitocondrias y cloroplastos, se sintetizan en los ribosomas unidos a la membrana del retículo endoplásmico. Se translocan a la membrana del RE mientras se sintetizan.
2. Síntesis de proteínas secretoras, lisosómicas o vacuolares vegetales: La síntesis del polipéptido inicia después que un RNA mensajero se une con un ribosoma libre, conforme surge el ribosoma, una partícula de reconocimiento identifica la secuencia de señal hidrófoba.
3. Procesamiento de proteínas recién sintetizadas en el retículo endoplásmico: Un polipéptido naciente es sujeto de la actividad de la actividad de diversas enzimas situadas dentro de la membrana o en la luz del RER. La porción amino-terminan que contiene el péptido de señal se retira, por acción de la peptidasa de señal.
5. Biosíntesis de membrana en el retículo endoplásmico: Las membranas crecen conforme las proteínas y lípidos recién sintetizados se insertan en las membranas existentes en el RE.
Las mitocondrias son las centrales energéticas de las células eucariotas, ya que en ellas tiene lugar la respiración, proceso que implica la obtención de energía a partir de moléculas orgánicas y su conversión en moléculas de ATP. Varían de tamaño y forma dependiendo de su origen y de su estado metabólico.
Las mitocondrias se desplazan por el citoplasma generalmente asociadas a microtúbulos y suelen localizarse cerca de los lugares en los que se consumen grandes cantidades de ATP, así, hay un gran número de mitocondrias en el musculo cardiaco.
Está compuesto por..
Las dimensiones de la mitocondria guardan relación con su abundancia. Su anchura varía de 0.5 µm a 1 µm de anchura, y su longitud, de 1 µm a 7 µm, aunque en el miocardio pueden observarse mitocondrias de hasta 10 µm de largo.
Las mitocondrias contienen las enzimas del ciclo de Krebs y de la fosforilación oxidativa, así como los componentes de la cadena transportadora de electrones. De ahí su importancia metabólica, tanto en la oxidación de los glúcidos como en la de los lípidos, que lleva aneja la producción de ATP, fuente de energía para la célula. Por eso su tamaño, número y forma son muy variables de acuerdo con las necesidades de cada tipo celular.
La membrana externa tiene un 60% de proteínas y un 40% de lípidos, y es más semejante al retículo endoplásmico que la interna, incluso en su vida media, que es de 5.2 días. Contiene algo de colesterol, fosfatidil colina, fosfatidil etanolamina, fosfatidilinositol y escasa cardiolipina (difosfatidil-glicerol). Entre las proteínas se encuentran transportadores de electrones (citocromo b5 y la reductasa de b5-NADH), una enzima que oxida monoaminas a aldehídos (monoaminooxidasa), enzimas que intervienen en la degradación oxidativa de los lípidos (acil-CoA sintetasa y fosfolipasa A), enzimas que fosforilan nucleósidos (nucleósido difosfatasa quinasa), el complejo para la inserción en la mitocondria de proteínas sintetizadas en el citosol, proteínas de la familia Bcl-2 que regulan la apoptosis, y múltiples copias de una proteína llamada porina, que forma grandes canales acuosos que atraviesan la membrana.
La membrana interna (incluidas las crestas) tiene un 80% de proteínas y un 20% de lípidos. Es más semejante a la de las bacterias y las laminillas internas de los cloroplastos, y su vida media es de unos 12.6 días. Carece de colesterol y contiene fosfatidil glicerol y cardiolipina en mucha mayor proporción que la membrana externa. El alto contenido en cardiolipina la hace impermeable a los iones y la sacarosa. Es más densa que la externa y posee muchas más proteínas, entre las que se encuentran el complejo para la inserción de proteínas sintetizadas en el citosol o en la matriz, enzimas de oxidación de ácidos grasos, transferasas (como las que transfieren el grupo acilo a la carnitina o las que transportan la acil-carnitina, ADP, P, aminoácidos o ácido pirúvico a la matriz mitocondrial), todos los componentes de la cadena transportadora de electrones y la enzima ATP sintetasa, que realiza la fosforilación oxidativa.
Reacción
Reacciones de oxidación mediada por enzimas pertenecientes al metabolismo oxidativo.
Función
Metabolismo Oxidativo en la Mitocondria. La glucosa entra en el eritrocito mediante difusión facilitada, a través del transportador de glucosa independiente de insulina GLUT-1. La glucólisis tiene lugar a través de una serie de intermediarios fosforilados, comenzando con la síntesis de glucosa-6- fosfato (Glc-6-P). Durante este proceso, que consta de 10 pasos catalizados enzimáticamente, se gastan 2 moléculas de ATP (fase de inversión) para construir un intermediario casi simétrico, la fructosa-1,6-bisfosfato (Fru-l,6-BP) que, a continuación, es escindida (fase de división) en 2 triosas fosfato de 3 carbonos. Finalmente, éstas se convierten en lactato, con producción de ATP durante la fase de rendimiento de la glucólisis. Esta fase de rendimiento incluye reacciones redox y de fosforilación, dando lugar a la formación de 4 moléculas de ATP durante la conversión de 2 triosas fosfato en lactato. El resultado es una cantidad neta de 2 moles de ATP por cada mol de glucosa convertida en lactato.
Formación de ATP. La cadena de transporte de electrones mitocondrial transfiere electrones en una secuencia definida de múltiples pasos desde los nucleótidos reducidos al oxígeno
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