SESION TEÓRICA 03 - Sistema de endomembranas (1).pptx

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1. Facultad de Ciencias de la Salud Biología Celular, Sesión 3 Tema: Organelos citoplasmáticos y sistema de Endomembranas Molecular y Bioquímica

2. Resultado de aprendizaje Explica la estructura y función general de la célula y su sistema de endomembranas, aspectos fundamentales del ciclo celular, en base a los conocimientos teóricos y prácticos aportando conclusiones concretas sobre su rol como unidad básica del cuerpo humano, su regulación e implicancias. Evidencia de aprendizaje Test rápido. Exposición. Informe de Práctica de laboratorio. Presentación de caso.

3. Organelos citoplasmáticos y sistema de Endomembranas Retículo Endoplasmático rugoso y liso Aparato de Golgi Lisosomas Endosomas Peroxisomas Envoltura nuclear Mitocondria Nucleolo.

4. Revisa el siguiente video: https://www.youtube.com/watch?v=uuq2wqzFZAg

5. Después de haber visualizado el video en la slide anterior, reflexionamos y respondemos las siguientes interrogantes: 01 ¿Qué estructuras componen el sistema de endomembranas ? 02 ¿que funciones cumple el sistema de endomembranas? 03 ¿ Qué procesos se llevan a cabo en la organela : mitocondria?

6. Nombre del tema

7. Biología Celular, Molecular y Bioquímica – Sesión 1 Sistema de endomembranas El sistema de endomembranas es un conjunto dinámico e interconectado de compartimentos membranosos que coordinan el transporte, modificación, empaquetamiento y degradación de proteínas, lípidos y otras biomoléculas dentro de la célula eucariota. Este sistema permite la compartimentalización intracelular, lo que asegura una regulación precisa de los procesos celulares y facilita la especialización funcional. structura General: Los componentes del sistema están formados por membranas lipídicas bicapa que rodean un lumen o espacio interno. Estas membranas están compuestas por fosfolípidos y proteínas específicas, lo que determina su especialización funcional. Las vesículas formadas por gemación y fusión permiten el tráfico entre organelos. Figura 1. Esquema de las principales vías de comunicación mediante vesículas entre diferentes orgánulos que forman parte de la ruta vesicular. Existe comunicación bidireccional entre la mayoría de los orgánulos que se comunican directamente. No todas las conexiones están representadas.

8. Biología Celular, Molecular y Bioquímica – Sesión 1 Funciones y componentes Funciones de sistema de endomembranas: Síntesis y transporte de proteínas y lípidos. Glicosilación y modificación postraduccional de proteínas. Formación de lisosomas y degradación celular. Endocitosis y exocitosis. Regulación del metabolismo lipídico y homeostasis intracelular. Componentes Principales: Membrana nuclear: delimita el núcleo, regula el intercambio nucleo-citoplasmático y se continúa con el retículo endoplasmático. Retículo endoplasmático (RE): RE rugoso (RER): asociado a ribosomas; sintetiza proteínas de secreción, de membrana y lisosomales. RE liso (REL): carece de ribosomas; sintetiza lípidos, detoxifica compuestos y almacena calcio. Aparato de Golgi: organiza y modifica proteínas y lípidos provenientes del RE, empaquetándolos en vesículas para su transporte intracelular o extracelular. Endosomas: vesículas que participan en la internalización y clasificación de materiales provenientes de la endocitosis. Lisosomas: contienen enzimas hidrolíticas que degradan macromoléculas, organelos dañados y patógenos. Vesículas de transporte: median el tráfico entre los distintos compartimentos del sistema. Peroxisomas (a veces considerados parte funcional): oxidan ácidos grasos y detoxifican sustancias como el peróxido de hidrógeno.

9. Biología Celular, Molecular y Bioquímica – Sesión 1 Retículo endoplasmico El retículo endoplasmático es un complejo sistema de túbulos y cisternas delimitados por membranas que están interconectados entre sí compartiendo el mismo espacio interno. Sus membranas se continúan con las de la envuelta nuclear y se pueden extender hasta las proximidades de la membrana plasmática. El retículo endoplasmático puede llegar a tener más de la mitad de las membranas de una célula y son más delgadas que las de otros compartimentos celulares (unos 5 nm de espesor). El retículo endoplasmático se organiza en 3 dominios que realizan diferentes funciones. El retículo endoplasmático rugoso posee ribosomas asociados a sus membranas (de ahí el nombre de rugoso) y se organiza en cisternas aplanadas o túbulos más o menos rectos (Figura 1). El retículo endoplasmático liso no posee ribosomas asociados a sus membranas (de ahí el nombre de liso) y se organiza formando túbulos muy curvados e irregulares. La envuelta nuclear se considera un tercer dominio puesto que se continúa físicamente con las membranas del retículo endoplasmático, pero con funciones diferentes a las de los dos dominios anteriores. Sin embargo, se pueden observar ribosomas asociados a su membrana externa.

10. Biología Celular, Molecular y Bioquímica – Sesión 1 Reticulo endoplasmico rugososo El dominio rugoso del retículo endoplasmático se caracteriza por organizarse en una trama de túbulos alargados y sacos aplanados y apilados, más o menos regulares en su forma, con numerosos ribosomas asociados a sus membranas (Figuras 1 y 2). La cantidad de ribosomas asociados a sus membranas condiciona la forma de este orgánulo, de tal manera que cuando el número de ribosomas asociados aumenta, los túbulos se expanden adoptando la forma de cisternas aplanadas. La principal misión del retículo endoplasmático rugoso es la síntesis de proteínas, las cuales irán destinadas a diferentes lugares: a) el exterior celular, b) el interior de otros orgánulos que participan en la ruta vesicular, como los lisosomas, o c) formarán parte integral de las membranas, tanto plasmática como de otros orgánulos de la ruta vesicular. Las proteínas transmembrana de la membrana plasmática se sintetizan en el retículo endoplasmático. d) Además, el retículo endoplasmático rugoso tiene que sintetizar proteínas para sí mismo, denominadas proteínas residentes, las cuales, para ser retenidas, deben poseer una secuencia señal de cuatro aminoácidos concretos localizados en el extremo carboxilo (-COOH).

11. Biología Celular, Molecular y Bioquímica – Sesión 1 Reticulo endoplasmico rugoso Todas estas proteínas empiezan su proceso de síntesis en los ribosomas libres del citosol, pero dicha síntesis terminará en el interior un túbulo o de una cisterna del retículo o bien formando parte de sus membranas (Figura 3). El proceso comienza con la unión del ARN mensajero (ARNm) a una subunidad pequeña ribosomal y posteriormente a una subunidad grande ribosomal para comenzar la traducción. Lo primero que se traduce de estos ARNm es una secuencia inicial de nucleótidos a partir de la cual se sintetiza una cadena de unos 70 aminoácidos denominada péptido señal. Una molécula conocida como SRP (sequence recognition particle) reconoce al péptido señal y enlentece el proceso de traducción. El complejo formado por ribosoma, ARNm, péptido señal, más el SRP difunde por el citosol hasta chocar con una membrana del retículo endoplasmático, a la cual se une gracias a la existencia de un receptor de membrana que reconoce al SRP unido. Después todo el conjunto anterior interacciona con un translocador, que es un complejo proteico transmembrana que tiene un canal.

12. El RER es clave en la salud celular y su disfunción está implicada en: Área Ejemplos de Enfermedades Plegamiento proteico Alzheimer, Parkinson, fibrosis quística Enfermedades lisosomales Tay-Sachs, Niemann-Pick Estrés celular Diabetes tipo 2, enfermedades neurodegenerativas Oncología Mieloma múltiple, tumores sólidos Infecciones virales Hepatitis C, Dengue, VIH Reticulo endoplasmico rugoso:

13. Biología Celular, Molecular y Bioquímica – Sesión 1 Retículo endoplasmático liso Es un entramado de túbulos membranosos interconectados entre sí y que se continúan con las cisternas del retículo endoplasmático rugoso. No tienen ribosomas asociados a sus membranas, de ahí el nombre de liso. Por tanto la mayoría de las proteínas que contiene son sintetizadas en el retículo endoplasmático rugoso. El retículo endoplasmático liso es abundante en aquellas células implicadas en el metabolismo de grasas, detoxificación, y es un organúlo donde se almacena de calcio.

14. Biología Celular, Molecular y Bioquímica – Sesión 1 Retículo endoplasmático liso El transporte de lípidos entre membranas de distintos compartimentos celulares se puede llevar a cabo mediante vesículas, proteínas transportadoras y también ocurre en los lugares de contactos físicos entre membranas (Figura 4). Por la vía vesicular, formando parte de las membranas de las vesículas, los lípidos sintetizados en el retículo endoplasmático liso se reparten a las membranas de otros orgánulos, incluida la membrana plasmática. Las mitocondrias y los peroxisomas no forman parte de la ruta vesicular pero muchos de sus lípidos de membrana deben ser importados desde el retículo endoplasmático. Para ello pueden utilizar los transportadores de lípidos, que los toman en la membrana del retículo endoplasmático liso y los sueltan en las de estos orgánulos. Otro mecanismo para intercambiar lípidos entre membranas de orgánulos que no están conectados por la ruta vesicular ocurre en las zonas contacto físico entre sus membranas. Se ha observado con el microscopio electrónico que en algunos puntos las membranas del retículo están muy próximas a las de las mitocondrias y a los peroxisomas, donde se transfieren lípidos entre las membranas de los dos orgánulos. Figura 4. Esquema de los caminos propuestos para el transporte de lípidos desde el retículo endoplasmático hasta otras membranas celulares: en vesículas, mediante transportadores y en zonas de contactos físicos entre membranas.

15. Biología Celular, Molecular y Bioquímica – Sesión 1 Retículo endoplasmático liso Funciones del Retículo Endoplasmático Liso (REL) El retículo endoplasmático liso (REL) es una red de túbulos membranosos sin ribosomas asociados, en contraste con el retículo rugoso. Su estructura le permite participar en múltiples procesos vitales, especialmente en células especializadas como hepatocitos, células musculares y células endocrinas. 1. Síntesis de lípidos: Produce fosfolípidos, colesterol y triglicéridos, esenciales para la formación de membranas celulares y organelos. Sintetiza esteroides (como hormonas sexuales y corticosteroides) en células endocrinas (glándulas suprarrenales, ovarios y testículos). 2. Detoxificación de sustancias: En hepatocitos, el REL contiene enzimas del citocromo P450, que metabolizan fármacos, toxinas y productos endógenos mediante reacciones de oxidación, reducción e hidrólisis. Facilita la biotransformación de compuestos lipofílicos en formas hidrosolubles para su eliminación renal. 3. Almacenamiento y regulación de calcio (Ca²⁺): Actúa como reservorio intracelular de calcio, especialmente en células musculares, donde se denomina retículo sarcoplásmico. Libera Ca²⁺ en respuesta a señales celulares, lo cual es esencial para la contracción muscular, la secreción celular y otras funciones dependientes de calcio. 4. Metabolismo de carbohidratos: Participa en la movilización de glucosa al colaborar con la enzima glucosa-6-fosfatasa en la conversión de glucosa-6-fosfato en glucosa libre, en el hígado y el riñón (importante en la gluconeogénesis y glucogenólisis). 5. Participación en el transporte vesicular: Contribuye al tráfico de vesículas hacia el aparato de Golgi, formando vesículas que contienen lípidos y otras moléculas destinadas a diversas partes de la célula. Figura 4. Esquema de los caminos propuestos para el transporte de lípidos desde el retíulo endoplasmático hasta otras membranas celulares: en vesículas, mediante transportadores y en zonas de contactos físicos entre membranas.

16. Biología Celular, Molecular y Bioquímica – Sesión 1 El retículo endoplasmático se comunica mediante vesículas principalmente con el aparato de Golgi. Ambos orgánulos son el primer y segundo paso de la vía secretora, respectivamente. La mayoría de las proteínas y de los lípidos que abandonan el retículo endoplasmático lo hacen en vesículas o en otros compartimentos membranosos con formas tubulares que se desprenden del retículo (Figura 1). Estas vesículas se pueden asociar formando un compartimento transitorio llamado ERGIC ("endoplasmic reticulum Golgi intermediate compartment"). Ya sean la vesículas o el ERGIC, ambos tienen como destino inmediato el aparato de Golgi, aunque en las plantas pueden ir directamente a las vacuolas, o incluso a la membrana plasmática. También hay un flujo de lípidos entre el retículo endoplasmático y el aparato de Golgi en los sitios de contactos entre membranas de ambos orgánulos. Alteraciones en las funciones del REL están implicadas en enfermedades como: Hiperplasia del REL inducida por fármacos (adaptación hepática al aumento de metabolismo). Miopatías por alteración del manejo del calcio. Síntesis anómala de esteroides en trastornos endocrinos. Figura 1. Las vesículas recubiertas con COPII parten desde la zona de exportación del retículo endoplasmático y se fusionan formando el compartimento ERGIC, el cual se desplaza guiado por los microtúbulos hacia el lado cis del aparato de Golgi. En el lado cis, los compartimentos ERGIC y vesículas provenientes de diferentes zonas del retículo se fusionan para formar las primeras cisternas del aparato de Golgi. Desde los compartimentos ERGIC y desde el aparato de Golgi se forman vesículas de reciclado recubiertas por COPI que van de vuelta al retículo endoplasmático.

17. Biología Celular, Molecular y Bioquímica – Sesión 1 Aparato de Golgi En las células animales el aparato de Golgi es un orgánulo que se localiza generalmente próximo al centrosoma, el cual suele estar en las cercanías del núcleo. Esta posición central depende de la organización del sistema de microtúbulos, que parten en su mayoría desde centrosoma de forma radial. El aparato de Golgi está formado por cisternas aplanadas que se disponen regularmente formando varias pilas o dictiosomas (Figuras 1 y 2). Generalmente las cisternas están ensanchadas en los bordes (como una pizza) y curvadas, lo que hace que las pilas de cisternas presenten una parte cóncava y otra convexa. En una célula suele haber varios de estos dictiosomas. Algunas cisternas localizadas en dictiosomas próximos están conectadas lateralmente (Figura 2). El número (normalmente de 3 a 8) y el tamaño de las cisternas en cada dictiosoma es variable y depende del tipo celular, así como del estado fisiológico de la célula. A todo el conjunto de dictiosomas y sus conexiones se le denomina complejo o aparato de Golgi. Figura 1. Imagen tomada con un microscopio electrónico de transmisión de un complejo de Golgi con varios dictiosomas (flechas rojas).

18. Biología Celular, Molecular y Bioquímica – Sesión 1 Aparato de Golgi En las células animales, entre las cisternas, dentro de cada dictiosoma, existen numerosas proteínas fibrosas en las que se encuentran embebidas dichas cisternas. Este entramado, denominado matriz, podría ayudar al mantenimiento de la estructura del orgánulo. También se ha demostrado que la posición e integridad del aparato de Golgi depende de la organización de los microtúbulos (Figura 3). La posición del complejo de Golgi parece depender de los microtúbulos nucleados desde el centroma, mientras que la integridad de cada dictiosoma se cree que depende de microtúbulos generados desde las propias cisternas. La actina y la miosina ayudarían también de una manera más fina en la organización de los dictiosomas. Además, el aparato de Golgi depende del tráfico vesicular desde el retículo endoplasmático. Si éste se detiene el Golgi también desaparece. Figura 3. Organización del aparato de Golgi en una célula animal (a la izquierda) y en una vegetal (a la derecha). La diferencia más llamativa es la dispersión de los dictiosomas y el papel predominante de la actina en las células vegetales respecto a los animales. Las flechas indican el sentido del movimiento de las vesículas.

19. Biología Celular, Molecular y Bioquímica – Sesión 1 Aparato de Golgi Es un orgánulo polarizado y cada dictiosoma contiene dos dominios, un lado cis y un lado trans (Figura 4). Entre ambos se encuentran las cisternas intermedias. En el lado cis existe un proceso continuo de formación de cisternas con material procedente de la fusión de compartimentos túbulo vesiculares denominados ERGIC (endoplasmic reticulum Golgi intermediate compartment), los cuales se forman con material proveniente del retículo endoplasmático. El lado trans también posee una organización túbulo-vesicular denominada TGN (entramado trans del aparato de Golgi o trans Golgi network), donde las cisternas con las moléculas procesadas se deshacen en vesículas que se dirigen a otros compartimentos celulares. Por tanto se da un trasiego constante de moléculas desde el lado cis al trans, pasando por las cisternas intermedias. Es un orgánulo en constante renovación y el flujo de moléculas afecta a su organización y a su tamaño. Este orgánulo está especialmente desarrollado en células con fuerte secreción. La dirección del flujo de sustancias determina una polarización de la distribución de las enzimas en las cisternas que están próximas al lado cis o al trans.

20. Biología Celular, Molecular y Bioquímica – Sesión 1 Aparato de Golgi Principales funciones: Modificación postraduccional de proteínas: Glicosilación (adición de cadenas de oligosacáridos a proteínas y lípidos). Sulfatación, fosforilación, acilación, entre otras modificaciones. Procesamiento de proteínas como hormonas, enzimas digestivas e inmunoglobulinas. Clasificación y transporte de proteínas y lípidos: Dirige proteínas hacia su destino final: membrana plasmática, lisosomas, vesículas de secreción o exterior celular (exocitosis). Formación de lisosomas primarios: El Golgi empaqueta enzimas hidrolíticas producidas en el RER hacia los lisosomas. Producción de componentes de la matriz extracelular: Secreción de colágeno, proteoglicanos y glucoproteínas, especialmente en fibroblastos y condrocitos. Regulación del tráfico vesicular: Coordina la salida de proteínas en vesículas específicas con marcadores moleculares de destino

21. Biología Celular, Molecular y Bioquímica – Sesión 1 Aparato de Golgi Importancia Médica del Aparato de Golgi El mal funcionamiento del aparato de Golgi tiene implicaciones clínicas significativas, especialmente en enfermedades de secreción, almacenamiento, inmunidad y neurodegeneración. 🔹 Enfermedades asociadas: Enfermedades por defectos en la glicosilación (CDG, Congenital Disorders of Glycosylation): Grupo de trastornos hereditarios causados por errores en la modificación de proteínas. Afectan múltiples sistemas: neurológico, hepático, muscular, endocrino. Síntomas: ataxia, retraso del desarrollo, dismorfismos faciales. Mucopolisacaridosis y otras enfermedades lisosomales: Error en el marcaje de enzimas lisosomales con manosa-6-fosfato, que impide su correcta localización. Ejemplo: Síndrome de I-cell (mucolipidosis II): enzimas lisosomales son secretadas en lugar de dirigirse al lisosoma. Cáncer: Células tumorales suelen tener Golgi hipertrofiado o reorganizado, facilitando secreción anormal de factores de crecimiento o proteínas de evasión inmune. Enfermedades neurodegenerativas: En Alzheimer, Parkinson y ELA, se ha observado fragmentación del aparato de Golgi, lo que contribuye a la disfunción sináptica y la muerte neuronal. Alteraciones en la respuesta inmunitaria: Mal procesamiento de proteínas del sistema HLA o de inmunoglobulinas afecta la presentación antigénica y la defensa inmunológica. Trastornos hormonales y de secreción: Mal empaquetamiento de hormonas (como insulina o ACTH) puede afectar su secreción y funcionalidad.

22. Lisosomas Son corpúsculos generalmente esféricos de dimensiones variables, con un contenido heterogéneo (Figura 1), de unos 100 a 150 nm de diámetro, con una unidad de membrana, y pueden llegar a representar el 5 % del volumen celular dependiendo de la tasa de digestión que se esté llevando en la célula. El pH interno de los lisosomas es ácido, en torno a 5, y es en ese valor donde las enzimas degradativas que contienen en su interior muestran su máxima actividad, por lo que se llaman hidrolasas ácidas. Este pH tan bajo se consigue gracias a bombas de protones que hay en sus membranas (v-ATPasa: bomba de protones vacuolar), las cuales introducen protones en el lisosoma acidificando su interior. La membrana de los lisosomas protege al resto de la célula de esta acidez destructora. Esta protección se cree que se lleva a cabo por la capa de glúcidos unidos a las proteínas de la membrana lisosomal que recubre la superficie interna, y que forma una especie de "glicocálix lisosomal", que se caracteriza por presentar los azúcares muchos más compactados y de tan sólo unos 8 nm de espesor. Es decir, los glúcidos asociados a la monocapa interna actuaría como barrera para impedir el contacto entre las enzimas degradativas y los lípidos y proteínas que forma la membrana lisosomal. Pero si ésta se rompiese, el pH citoplasmático, próximo a 7,2, sería disminuiría la actividad de estas enzimas..

23. Biología Celular, Molecular y Bioquímica – Sesión 1 Lisosomas Los lisosomas son heterogéneos en morfología y contenido, y ocupan diferentes posiciones en la célula. Hay dos poblaciones de lisosomas en la célula: perinucleares y periféricos. Los lisosomas perinucleares tienen una acidez mayor que los periféricos. Los lisosomas periféricos participan en la reparación de membrana y controlar la disponibilidad de nutrientes mediante su asociación con mTORC1. Durante una hambruna, los lisosomas periféricos se dirigen hacia la zona perinuclear donde realizan labores de autofagia. Por tanto, los autofagosomas también han de dirigirse hacia el núcleo para fusionarse con los lisosomas perinucleares. Los lisosomas reciben distintos nombres según el estado de degradación de las moléculas que contienen: primarios, secundarios y cuerpos residuales.

24. Hay tres vías por las que llegan a los lisosomas las moléculas que se tienen que degradar Lisosomas Los lisosomas no sólo son lugares de degradación sino que participan en la percepción del estado metabólico de la célula. La población de lisosomas perinuclear está más involucrada en la degradación, pero la más periférica está más relacionada con la percepción de la disponibilidad de recursos. Esta población periférica también participa en la reparación de la membrana plasmática tras roturas.

25. Biología Celular, Molecular y Bioquímica – Sesión 1 Endosomas Los endosomas son unos compartimentos membranosos con una forma irregular, generalmente con aspecto de grandes "bolsas", que a veces también forman túbulos membranosos. Son fundamentales para el mantenimiento de la homeostasis celular. Los endosomas son los responsables de canalizar el flujo de moléculas de la endocitosis actuando como un centro de recepción y reparto de moléculas. Así, recogen el material de las vesículas de endocitosis,seleccionan y reciclan algunas de ellas y el resto es entregado a los lisosomas al fusionarse con ellos. A los endosomas llegan también vesículas que provienen del dominio trans del aparato de Golgi. Desde los endosomas salen vesículas de reciclado hacia la membrana plasmática y hacia el aparato de Golgi. Los endosomas también se comunican con otros orgánulos celulares mediante contactos entre membranas. Los componentes de este sistema endosomal son los endosomas tempranos, los de reparto, los de reciclaje y los tardíos/cuerpos multivesiculares. Figura 1. Lo distintos tipos de endosomas se suelen localizar en regiones diferentes de la célula. Los tempranos en la periferia celular, que al desplazarse al interior se van transformando en endosomas de reciclaje, posteriormente en cuerpos multivesiculares/endosomas tardíos, ya en la región perinuclear. Por ultimo, se fusionarán con los lisosomas. Los asteriscos indican sitios de contacto con las membranas del retículo endoplasmático (Modificado de Neefjes et al., 2017).

26. Biología Celular, Molecular y Bioquímica – Sesión 1 Endosomas La identidad de cada tipo de endosoma se determina por la composición molecular de su membrana, sobre todo por la presencia de proteínas GTPasas de las familias Rab y Arf/Arl, de su interacción con otras proteínas efectoras, así como por la composición lipídica de sus membranas. Cómo se consiguen los diferentes endosomas de una célula parece ser un mecanismo de maduración progresiva, es decir, hay un cambio progresivo de las moléculas que componen un tipo de endosoma para transformarlo en otro tipo. Los endosomas tempranos se forman por la convergencia y fusión de las vesículas de endocitosis. Se caracterizan por tener en sus membranas las proteínas Rab4, Rab5 y son ricos en fosfoinosítidos PI(3)P. Después se desplazan hacia el interior celular. Este desplazamiento está mediado por microtúbulos. Durante su trayecto van madurando, convirtiéndose en endosomas de reciclado y de reparto, produciendo vesículas de vuelta hacia la membrana plasmática. Los endosomas de reparto cambian Rab5 por Rab7. Progresivamente, los endosomas de reciclado se transforman en endosomas tardíos/cuerpo multivesiculares, que reciben vesículas del aparato de Golgi, y envían otras de vuelta al aparato de Golgi. Los endosomas tardíos/cuerpos multivesiculares poseen en sus membranas Rab7 y el fosfoinosítido PI(3,5)P2, y acidifican su interior con bombas de protones. Finalmente, éstos se convierten en compartimentos muy parecidos a los lisosomas con los que se fusionan Tipos de endosomas y principales rutas de comunicación vesicular en las que participan.

27. Ruta de las hidrolasas ácidas. Estas enzimas se sintetizan en el retículo endoplasmático (1) y son trasladadas hasta el aparato de Golgi (1) donde se le añ;ade un grupo fosfato a un residuo de manosa (2). En el TGN esta manosa-6-fosfato es reconocida por receptores específicos (3), receptor-hidrolasa son englobados en vesículas (3) y transportados hasta los cuerpos multivesiculares y endosomas tardíos. En estos orgánulos hay una acidez mayor que hace que la hidrolasa se desligue de su ligando (4). El receptor es devuelto al TGN en vesículas de reciclado (5) .

28. FUNCIONES DE LOS ENDOSOMAS Clasificación y reciclaje de materiales endocitados: Se clasifican los componentes para su reciclaje hacia la membrana (ej. receptores) o se dirigen hacia los lisosomas para su degradación. Maduración endosómica: Los endosomas tempranos maduran a endosomas tardíos. Durante este proceso: Cambian sus proteínas de membrana, Se acidifican, Se preparan para fusionarse con lisosomas. Transporte intracelular de proteínas y receptores: Son esenciales para el tráfico de receptores como el del colesterol (LDL), del hierro (transferrina) y del factor de crecimiento epidérmico (EGFR). Participación en la señalización celular. Presentación antigénica (vía MHC clase II).

29. IMPORTANCIA MÉDICA DE LOS ENDOSOMAS Enfermedades neurodegenerativas:En patologías como enfermedad de Alzheimer y Parkinson, se ha observado disfunción en el tráfico endosomal, lo que afecta la degradación de proteínas mal plegadas. Infecciones virales y bacterianas:Muchos virus (como SARS-CoV-2, influenza, adenovirus) y bacterias intracelulares (Mycobacterium tuberculosis, Salmonella) utilizan los endosomas como rutas de entrada o como sitios de evasión del sistema inmunológico. Algunos virus dependen del pH ácido endosomal para activar su maquinaria de fusión. Alteraciones en el sistema inmune:Defectos en la presentación antigénica a través de endosomas afectan la respuesta inmunitaria adaptativa, como ocurre en algunos síndromes de inmunodeficiencia primaria. Cáncer:Las vías endosómicas pueden ser secuestradas o alteradas en células tumorales, afectando la degradación de receptores de crecimiento y prolongando señales mitogénicas, lo cual contribuye a la proliferación tumoral. Enfermedades lisosomales (trastornos por almacenamiento):Muchas de estas enfermedades (como la enfermedad de Niemann-Pick o la enfermedad de Tay-Sachs) involucran defectos en la fusión endosoma-lisosoma o en el transporte intracelular de enzimas.

30. Biología Celular, Molecular y Bioquímica – Sesión 1 Peroxisoma Los peroxisomas son orgánulos redondeados (aunque no siempre), delimitados por una membrana, con un diámetro de entre 0,1 y 1 µm. Están presentes en casi todas las células eucariotas y tienen una función eminentemente metabólica. A veces presentan inclusiones cristalinas en su interior debido a la gran cantidad de enzimas que llegan a contener. Los peroxisomas son orgánulos con una gran plasticidad, pueden incrementar su número y tamaño frente a estímulos fisiológicos y volver a su número normal cuando el estímulo ha desaparecido, así como cambiar su repertorio de enzimas. Puede haber centenares de peroxisomas en una célula de mamíferos. Los peroxisomas son muy heterogéneos, tanto en contenido de enzimas, como en tamaño y forma. Sin embargo, todos ellos tienen unas proteínas asociadas llamadas peroxinas. Estas proteínas están implicadas en la incorporación de proteínas citosólicas bien al interior del peroxisoma o las insertan en su membrana. Las peroxinas pueden estar libres en el citosol o en las membranas de los peroxisomas. Hay unas 12 peroxinas. Las proteínas citosólicas destinadas a los peroxisomas tienen una secuencia señal, PTS1 o PTS2 (peroxisome targeting signal), que es reconocida por peroxinas libres en el citosol. Figura 1. Esquema donde se muestra el ciclo de vida de los peroxisomas en una célula. Vías de generación: 1) Cuando no hay peroxisomas en la célula, desde el retículo endoplasmático y desde la mitocondria se emiten vesículas que se fusionan y maduran a peroxisomas maduros. 2) Por crecimiento y estrangulación. El crecimientos se produce por adición de lípidos desde el retículo por contactos físicos (no por vesículas). Desde el citosol llegan las proteínas, tanto internas como de membrana (modificado de Smith y Aitchison, 2013; Costello y Schrader, 2018).

31. Biología Celular, Molecular y Bioquímica – Sesión 1 Peroxisoma Los peroxisomas llevan a cabo dos procesos metabolicos importantes: metabolismo de lípidos y protección celular frente a peróxidos y moléculas oxidativas perjudiciales. En los mamíferos degradan lípidos de cadenas muy largas, lípidos ramificados, D-aminoácidos, poliaminas, y participan en la biosíntesis de plasmalógenos y ciertos precursores del colesterol. En algunas levaduras favorecen al asimilación del alcohol. Dos enzimas son típicas de este orgánulo: la catalasa y la urato oxidasa. La catalasa está especializada en la eliminación del peróxido de hidrógeno (H2O2), que resulta de procesos oxidativos. Las reacciones de oxidación siguen el patrón siguiente: RH2 +O2 → R + H2O2 El peróxido de hidrógeno es una molécula altamente reactiva y por tanto muy tóxica. La catalasa permite su inactivación mediante la siguiente reacción: H2O2 + R-H2 → R+ 2H2O Tabla donde se indican diferentes funciones metabólicas de los peroxisomas y el grupo de eucariotas donde se realizan (tomado de Smith y Aitchison, 2013). Vías metabólicas Plantas Hongos Protozoos Animales Biosíntesis Ácidos biliares x x x ✓ Hormonas ✓ x x ✓ Ácidos grasos poli-insaturados x x x ✓ Fosfolípidos éter (plasmalógenos) x x ✓ ✓ Pirimidinas x x ✓ ✓ Purinas x x x ✓ Vía purinas "salvage" x x ✓ x Antibióticos (penicilina) x ✓ x x Toxinas contra plantas x ✓ x x Aminoácido lisina x ✓ x x Biotina ✓ ✓ x x Metabolitos secundarios ✓ ✓ x x Isoprenoides y colesterol ✓ x x Degradación Prostaglandina x x x ✓ Aminoácidos x ✓ x ✓ Poliaminas ✓ ✓ x ✓ H 2 O 2  por catalasa ✓ ✓ ✓ ✓ Oxidación de ácidos grasos ✓ ✓ ✓ ✓ Purinas ✓ x ✓ ✓ Superóxidos por superóxido bismutasa ✓ x ✓ ✓ Metabolismo del glicerol x x ✓ x Glicolisis x x ✓ x Degradación de metanol x ✓ x x Ciclo del glioxilato ✓ ✓ x x Fotorrespiración ✓ x x x Otras Mantenimiento de la integridad celular x ✓ x x Bioluminiscencia x x x ✓ Defensa contra virus x x x ✓ Señalización en hipotálamo x x x ✓

32. Biología Celular, Molecular y Bioquímica – Sesión 1 Mitocondria La morfología de las mitocondrias es muy cambiante y puede variar desde largas estructuras ramificadas a pequeños elipsoides. . Se podría decir que existen mitocondrias individuales y redes mitocondriales dinámicas. En red o aisladas, las mitocondrias están formadas por una membrana externa, una membrana interna, un espacio intermembranoso y un espacio interno delimitado por la membrana interna denominado matriz mitocondrial Figura 4. Esquema de los caminos propuestos para el transporte de lípidos desde el retículo endoplasmático hasta otras membranas celulares: en vesículas, mediante transportadores y en zonas de contactos físicos entre membranas.

33. Biología Celular, Molecular y Bioquímica – Sesión 1 Mitocondria La membrana mitocondrial externa es altamente permeable y contiene muchas copias de una proteína denominada porina, la cual forma canales acuosos a través de la bicapa lipídica. Así, esta membrana se convierte en una especie de tamiz que es permeable a todas las moléculas menores de 5000 daltons, incluyendo proteínas pequeñas. La membrana mitocondrial interna es muy impermeable al paso de iones y pequeñas moléculas. Las mitocondrias deben hacer de su membrana interna una barrera suficientemente impermeable como para permitir un gradiente de protones estable. Las mitocondrias, carecen de colesterol, pero cuentan con la cardiolipina, que es un fosfolípido muy insaturado, con lo que aumenta la hidrofobicidad evitando una excesiva fluidez. Figura 4. Figura 2. Imágenes de microscopía electrónica de transmisión. A: Mitocondrias de un hepatocito. La flecha blanca señala una cresta mitocondrial. Se puede ver que la morfología externa de las mitocondrias, así como la de las crestas mitocondriales, es muy variable. B: Ampliación de una mitocondria en la que se puede observar la continuidad de la membrana mitocondrial interna con las crestas mitocondriales (flechas blancas). La flecha negra señala la membrana mitocondrial externa. C: La forma mitocondrial es muy variada. La flecha negra señala a una mitocondria muy alargada que se encuentra en el interior de una dendrita de una neurona. Barras: A y C: 0,4 µm; B: 50 nm.

34. Figura 3. Esquema que muestra la distribución de las mitocondrias en un fibroblasto (arriba). La fisión de mitocondrias se lleva acabo mediante diferentes componentes: retículo endoplasmático, filamentos de actina y las proteínas DRP (proteínas relacionadas con la dinamina). Las proteínas DRP parecen también participar en los procesos de fusión (modificado de Friedman and Nunnari 2014).

35. Biología Celular, Molecular y Bioquímica – Sesión 1 Mitocondria FUNCIONES Producción de energía (ATP ): A través de la fosforilación oxidativa y el ciclo de Krebs, generan la mayor parte del ATP celular utilizando oxígeno como aceptor final de electrones. Metabolismo intermedio : Participan en la β-oxidación de ácidos grasos, el metabolismo de aminoácidos, y la síntesis de ciertos esteroides y hemo. Regulación de la apoptosis (muerte celular programada): Liberan citocromo c y otras proteínas proapoptóticas que activan las caspasas. Esto es vital para el control del crecimiento celular y la eliminación de células dañadas o cancerosas. Homeostasis del calcio: Almacenan y liberan calcio en respuesta a señales celulares, contribuyendo a la regulación de procesos como contracción muscular y señalización intracelular. Generación de especies reactivas de oxígeno (ROS): Aunque en cantidades controladas las ROS tienen funciones señalizadoras, en exceso pueden causar daño celular. Regulación del ciclo celular y diferenciación celular: Las mitocondrias están implicadas en la transición de fases del ciclo celular y en la diferenciación de células madre. Síntesis de proteínas mitocondriales: Poseen su propio ADN (mtDNA) y ribosomas, con los que sintetizan algunas de sus proteínas esenciales.

36. IMPORTANCIA MÉDICA DE LAS MITOCONDRIAS Enfermedades mitocondriales primarias: Son trastornos genéticos causados por mutaciones en el ADN mitocondrial (mtDNA) o nuclear, que afectan la cadena de transporte de electrones. Ejemplos: Síndrome de MELAS, Síndrome de Leigh,Neuropatía óptica hereditaria de Leber (LHON) Enfermedades neurodegenerativas: La disfunción mitocondrial contribuye a enfermedades como Alzheimer, Parkinson, y ELA, al aumentar el estrés oxidativo y promover la muerte neuronal. Cáncer: Alteraciones en la función mitocondrial pueden modificar el metabolismo celular (efecto Warburg), facilitar la evasión de la apoptosis y promover la proliferación tumoral. Enfermedades cardiovasculares: La disfunción mitocondrial en el corazón y los vasos contribuye a la isquemia, insuficiencia cardíaca y hipertensión, debido al mal manejo del calcio y al aumento de ROS. Diabetes tipo 2 y síndrome metabólico: La resistencia a la insulina está relacionada con una menor actividad mitocondrial en músculo e hígado, alterando el metabolismo energético. Envejecimiento:La acumulación de mutaciones en el ADN mitocondrial y el aumento de ROS están implicados en el proceso de envejecimiento celular. Farmacotoxicidad:Muchos fármacos (como ciertos antivirales, antibióticos, y quimioterápicos) pueden dañar mitocondrias, provocando efectos adversos como miopatías, neuropatías o hepatotoxicidad.

37. Biología Celular, Molecular y Bioquímica – Sesión 1 Nucleolo El nucléolo es la estructura del interior del núcleo (nucleoplasma) más claramente visible en tinciones generales . Es consecuencia de una concentración de cromatina y proteínas. Es el lugar donde se sintetiza la mayor parte del ARN ribosómico y donde se ensamblan las subunidades ribosómicas. El nucléolo fue descrito en 1781 por Fontana, y a finales del siglo XIX ya había más de 300 referencias al nucléolo. Una célula no suele tener un sólo nucléolo sino varios, y el número varía entre células, o según el estado de diferenciación o fisiológico. Las células de mamíferos contienen desde 1 a 5 nucléolos. Sus dimensiones varían dependiendo de la actividad de la célula y puede llegar a ser muy grande, del orden de micrómetros de diámetro. En la interfase (fuera de la fase de mitosis) muchos nucléolos se pueden asociar para formar otros más grandes. Normalmente las células que están realizando una gran síntesis proteica poseen nucléolos grandes. También tiende a ser más grande en células grandes y en aquellas que están creciendo. En algunas células, como los espermatozoides, no son visibles. Aunque el nucléolo no es visible en algunas fases del ciclo celular, por ejemplo desaparece durante la profase mitótica, o en periodos concretos de la diferenciación celular, se acepta que una célula que no tiene nucléolo está muerta o está muriendo. Figura 2. Distintas partes del nucléolo. El centro fibrilar es la zona donde se encuentran las copias de los genes que codifican para el pre-ARNr-45S, el componente fibrilar denso es donde se produce el transcrito primario del pre-ARNr-45S y el componente granular es donde se ensamblan las proteínas y los diferentes ARNr para formar las subunidades ribosómicas.

38. Biología Celular, Molecular y Bioquímica – Sesión 1 Nucléolo En el nucléolo hay multitud de proteínas que no están permanentemente confinadas en él, sino que pueden difundir por el resto del nucleoplasma, sólo que en el nucléolo están más tiempo. De estas proteínas, no todas están relacionadas con la síntesis de ribosomas. Por ello se cree que el nucléolo desarrolla funciones adicionales. Por ejemplo, hay proteínas implicadas en el procesamiento de otros ARN no ribosómicos como los pequeños ARN nucleares y otras participan en parte del procesamiento del ARNt. También hay quinasas, reparadoras del ADN. Figura 3. Esquema de las diferentes áreas de un nucléolo. Arriba se esquematizan las regiones NOR en los 5 cromosomas humanos. Los ARNr 28S, 18S y 5.8S resultan de la maduración del ARN 45S. El ARNr 5S proviene de otra región del núcleo

39. FUNCIONES DEL NUCLÉOLO 1. Síntesis de ARN ribosómico (ARNr) El nucléolo transcribe genes localizados en regiones específicas de varios cromosomas (organizador nucleolar) para producir ARNr 45S, que luego se procesa en:ARN 18S, ARN 5.8S, ARN 28S. Estos forman parte esencial de las subunidades ribosómicas. 2. Ensamblaje de subunidades ribosómicas. En el nucléolo se ensamblan las subunidades mayor (60S) y menor (40S) del ribosoma a partir de ARNr y proteínas ribosomales importadas del citoplasma. Estas subunidades luego son exportadas al citoplasma donde formarán ribosomas funcionales. 3. Regulación del ciclo celular y estrés celular: Participa indirectamente en la regulación del ciclo celular, actuando como sensor de estrés nucleolar.Ante daño celular o disfunción ribosomal, el nucléolo puede liberar factores que activan rutas de p53, lo que lleva a apoptosis o detención del ciclo celular. 4 . Secuestro y liberación de proteínas regulatoria: El nucléolo actúa como sitio de secuestro temporal de proteínas, como factores de transcripción o enzimas, que son liberadas según necesidades celulares. 5. Participación en la respuesta al daño del ADN : El nucléolo puede reorganizarse en respuesta a daño genético y participar en la señalización de reparación del ADN y control del crecimiento celular. IMPORTANCIA MÉDICA Cáncer: muchas células tumorales muestran núcleolos agrandados y más activos, debido al aumento en la síntesis ribosomal necesaria para sostener una alta tasa de proliferación. Enfermedades genéticas: mutaciones en proteínas relacionadas con la biogénesis ribosomal pueden causar ribosomopatías (ej. síndrome de Treacher-Collins, anemia de Diamond-Blackfan). Respuesta al estrés: el nucléolo tiene un papel clave en detectar alteraciones celulares y contribuir a activar respuestas como la detención del ciclo celular o apoptosis, lo que lo convierte en un potencial blanco farmacológico.

40. Autoevaluación Sesión 1

41. Pregunta 1 1. ¿Cuál de los siguientes orgánulos participa activamente en la detoxificación de fármacos en el hígado mediante el sistema del citocromo P450? A) D) Retículo endoplasmático liso ✅ Lisosoma Aparato de Golgi Retículo endoplasmático rugoso Retículo endoplasmático liso

42. Pregunta 2 Una deficiencia enzimática que impide la degradación de esfingolípidos en el sistema nervioso central está más probablemente relacionada con un defecto en Mitocondrias Lisosomas RER Peroxisomas

43. Pregunta 3 ¿Cuál de los siguientes eventos está directamente relacionado con el mal plegamiento de proteínas en el retículo endoplasmático rugoso? Alteración en la β-oxidación Estrés del retículo endoplasmático Disfunción del sistema de glicosilación Acumulación de calcio en lisosomas

44. El sistema de endomembranas —incluyendo el retículo endoplasmático, el aparato de Golgi, los lisosomas y endosomas— permite la compartimentalización eficiente de funciones celulares, como la síntesis, modificación, transporte y degradación de macromoléculas. Esta organización es esencial para mantener la homeostasis celular y responde con precisión a los cambios fisiológicos y patológicos del organismo. Las alteraciones en cualquiera de estas organelas están asociadas a numerosas enfermedades genéticas, metabólicas, infecciosas y degenerativas. Las organelas del sistema de endomembranas trabajan de forma coordinada y dinámica, adaptándose a las necesidades celulares. Esta coordinación asegura no solo el correcto procesamiento de proteínas y lípidos, sino también la respuesta a estrés celular, como ocurre en la apoptosis, el estrés del retículo endoplasmático y la autofagia, procesos fundamentales para la salud y supervivencia celular.

45. Aplicando lo aprendido: Los estudiantes explican la temática, a través de una exposición de forma grupal en un seminario; y desarrollan las preguntas de la guía de práctica de laboratorio, de forma individual. Se evalúan los conocimientos adquiridos durante la presente semana, mediante un cuestionario de preguntas (test rápido). Realiza una metacognición; razona sobre su aprendizaje y plantea alternativas para mejorarlas.

46. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. 2015. Molecular biology of the cell. Garlan Science (6ª edición). New York. (NCBI: 4ª edición. 2002) Cooper GM. 2015. The Cell: A Molecular Approach. (2ª edición). Sinauer Associates. Sunderland (MA). (NCBI: 2ª edición. 2000) Pollard, T.D., Earnshaw, W.C., Lippincott-Schwartz, J., Johnson G. 2017. Cell biology. Saunders, Elsevier (3ª Edición). Philadelphia. (Internet archive: 2ª edición. 2001.)