aparato del golgi de Iván Rebolledo

1. Prof. Iván RebolledoAparato de Golgi
Introducción
El tema de RE incluyó una
descripción del tráfico de proteínas
denominado biosintético, el cual
incluía al aparato de Golgi como
organelo cuya función primordial es
distribuir las proteínas hacia su
destino final : lisosomas, membrana
plasmática o al exterior. Toda la
distribución se realiza a través de
vesículas que se desprenden del
organelo origen y se fusionan a la
membrana del organelo destino.
Todos los organelos de las vías
endocítica y biosintética, poseen un
lumen que es topológicamente
equivalente con el exterior de la
célula. La vía del RER al Golgi y con
destino a la membrana es la llamada
“por defecto”, debido a que las
proteínas no necesitan señales
especiales; es decir, una proteína
originada en RER automáticamente
se moverá al Golgi y de aquí a la
membrana, a menos que contenga
alguna señal que le obligue a ir a
otro organelo (lisosoma).
Estructura
El Golgi se encuentra generalmente
cerca del centro de la célula,
próximo al núcleo, aunque según la
función primordial de la célula,
pudiera encontrarse en otra posición
(citoplasma apical en células cali-
ciformes, periférico en hepatocitos).
Cara trans
Cara cis
Retículo
cis
Retículo
trans
cis
medial
trans
Vesícula
del Golgi
Vesícula
secretora

2. Está integrado por cisternas
aplanadas que semejan a una “pila
de platos”, rodeadas por gran
cantidad de vesículas que
corresponden al tráfico hacia, desde
e inter Golgi.
Posee una superficie de entrada
llamada cis que suele ser convexa y
una superficie de salida llamada
trans que suele ser cóncava. Entre
las cisternas cis y trans se
encuentran las cisternas mediales.
Las cisternas cis y trans se asocian
con cisternas irregulares abundantes
en vesículas, denominándose
retículo cis y retículo trans. En
resumen y con orden : retículo cis,
cisterna cis, cisterna medial, cisterna
trans y retículo trans. Se considera
al retículo cis como la zona
intermedia entre RER y Golgi
pudiendo moverse las vesículas en
ambos sentidos; el retículo trans es
una zona intermedia de distribución
hacia lisosomas, exterior o
membrana.
Las proteínas de membrana del
RER tiene la secuencia KKXX,
donde K es lisina y X cualquier otro
aminoácido. Por ingeniería genética
se han eliminado estas secuencias
señal de retención de las proteínas
residentes y ella son excretadas
fuera de la célula; en cambio, si se
añade alguna de dichas secuencias
a una proteína que será secretada,
ella se convierte en residente,
produciéndose una carencia de ella
en el medio externo.
La presencia de la zona retículo
cis permite que puedan recuperarse
las proteínas residentes que
pudieran haberse escapado desde el
RER, esto se logra por la presencia
de receptores para estas secuencias
señal de retención, entonces,
cuando llega el complejo receptor–
secuencia al lumen del RER, las
condiciones iónicas determinan la
disociación de la secuencia del
receptor, el cual retorna al retículo
cis.
Las proteínas plegadas y
ensambladas correctamente pueden
salir del RER hacia el Golgi utlizando
el sistema de vesículas; sin
embargo, las proteínas residentes
poseen una señal para permanecer
en el RER, caso del BiP, proteína
residente del lumen del RER y que
posee una secuencia corta de 4
aminoácidos identificada como
KDEL (Lys–Asp–Glu–Leu).
Proteínas lisosomales
Las proteínas lisosomales son
sintetizadas en el RER y a través del
Golgi llegan hasta los lisosomas. La
pregunta aquí es : ¿cómo reconoce
el Golgi que una proteína pertenece
al lisosoma y debe guiarla hacia ese
destino? Ya que todas las
glucoproteínas que abandonan el
RER son idénticas en su cadena
oligosacarídica la diferencia está en
la cadena polipeptídica.
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3. De hecho, las proteínas lisosomales disponen de una serie de aminoácidos no
contíguos que constituyen el llamado parche señal, el cual puede ser
reconocido por una enzima llamada NAcGlc-fosfotransferasa. Esta enzima
posee dos sitios : uno de reconocimiento del parche señal de la proteína
lisosomal y otro, el sitio catalítico, con propiedades fosfotransferasa, es decir,
donante de PO4, específicamente a la manosa.
Una vez unida la proteína lisosomal a la NAcGlc-fosfotransferasa a través del
sitio de reconocimiento del parche señal, la enzima ubica una molécula de
NAcGlc–UDP en su sitio catalítico. Allí elimina un UMP dejando un PO4 unido a
NAcGlc, el cual se une a una manosa de la cadena oligosacarídica. En este
estado, la proteína lisosomal se desprende de la enzima NAcGlc–
fosfotransferasa. Una segunda enzima elimina la NAcGlc quedando la enzima
lisosomal marcada con PO4 en una manosa terminal. Debido a que el PO4 se
une al carbono 6 de la manosa, se denomina manosa–6–fosfato (M–6–P).
Sitio catalítico Sitio reconocimiento
Unión parche señal al
sitio renocimiento
Unión NAcGlc-UDP
al sitio catalítico
NAcGlc-fosfotransferasa
Enzima lisosomal
Estas proteínas lisosomales marcadas con PO4 en sus manosas son
movilizadas a través de las cisternas cis, medial y trans del Golgi sin sufrir
modificaciones en su estructura. Al llegar al retículo trans se encuentran con
receptores de membrana que reconocen las M–6–P, son los receptores M–6–P.
Las enzimas lisosomales unidas a su receptor son movilizadas hacia los
lisosomas a través de vesículas cubiertas con clatrina. Al llegar al lisosoma, se
encuentran en un lumen con pH ácido (cerca de 5.0), ambiente en el cual la
enzima se disocia de su receptor, quedando así lista para actuar y el receptor
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4. retorna mediante vesículas hacia las
cisternas retículo trans del Golgi
para ser utilizados de nuevo.
Algunos receptores de M–6–P llegan
a la membrana plasmática, con la
finalidad de capturar aquellas
proteínas lisosomales que
ocasionalmente pudieran haber sido
secretadas.
Existen enfermedades causadas
por ausencia o defectos de la
NAcGlc fosfotransferasa, la cual no
fosforila a las manosas de las
proteínas lisosomales, de tal forma
que no son “marcadas” para su
destino en el lisosoma. Estas
proteínas son secretadas fuera de la
célula. La consecuencia de esta
eliminación anormal de las enzimas
lisosomales es que se acumulan
dentro de la célula los metabolitos
que debieran ser degradados en
forma de grandes inclusiones,
alterando la función normal de la
célula.
Cubierta
clatrina
Transporte
vesicular
Retículo
cis
Retículo
trans
Receptor María-6-P
en vesícula yemándose
Endosoma
tardío
Enzima
lisosomal
madura
Remoción
del PO4Disociación
en pH ácido
Transporte
dependiente
de receptor
Precursor
hidrolasa
lisosomal
Adición
del PO4
M-6-P
Unión al
receptor
M-6-P
Procesamiento de la cadena
oligosacarídica
Recordemos que la glucoproteína
que abandona el RER posee en su
cadena oligosacarídica 8 manosas.
Sin embargo, al salir de la cisterna
trans del Golgi posee 3 NAcGlc, 3
manosas, 3 Gal y 3 NANA. Es
evidente que ha perdido 5 manosas
y ha adquirido en su lugar 9 otros
residuos glucosídicos, todo esto ha
ocurrido en su tránsito por las
cisternas del Golgi. La pregunta aquí
es qué proceso ocurre en cada
cisterna del Golgi.
Análisis autoradiográficos a ME,
con residuos glucosídicos marcados
con H radioactivo, han evidenciado
que la adición de manosa–3
H ocurre
en RER, la adición de NAcGlc–3
H
ocurre en la cisterna medial del
Golgi y que la adición de Gal–3
H y
NANA–3
H ocurre en la cisterna trans
del Golgi.
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5. Esto deduce también que las
enzimas correspondientes a la
eliminación y adición de residuos
glucosídicos se encuentran en las
diferentes cisternas del Golgi. Con
esta y otras técnicas (detección de
enzimas en subfraccionamientos de
las cisternas) se ha configurado un
proceso secuencial de modificación
de los componentes de la cadena
oligosacarídica : 3 Glu y 1 Man son
eliminados en el RER antes de
pasar al Golgi. 3 Man son eliminadas
en la cisterna cis del Golgi. 2 Man
más en la cisterna medial del Golgi
en donde se añaden 3 NAcGlc. 3
Gal y 3 NANA son añadidas en la
cisterna trans del Golgi.
No está aún claro si las enzimas
comprometidas en estos eventos de
eliminación y adición de residuos
glucosídicos están restringidos a una
cisterna en particular o si su
distribución es graduada a través de
las cisternas. Se sugiere que esta
última proposición pudiera ser la
correcta, de hecho, las Man se
eliminan en dos cisternas (cis y
medial)
Fosforilación enzimas lisosomales
Remoción de manosas
Remoción de manosas
Adición de NAcGlc
Adición de Gal
Adición de NANA
Lisosoma
Membrana plasmática
Vesícula
secretora
Síntesis de proteína
RE
Retículo cis
cis
medial
trans
Retículo
trans
La importancia de la presencia de
la cadena oligosacarídica en las
proteínas es demostrada en los
siguientes casos : (a) la secreción
de Ig G es bloqueada por la
ausencia de la cadena
oligosacarídica y es retenida en RER
por un plegamiento defectuoso
derivado de esa misma carencia; (b)
la fibronectina sintetizada por
fibroblastos es más susceptible a la
degradación cuando carece de la
cadena oligosacarídica.
Secreción contínua y regulada
Todas las células secretan
proteínas en forma contínua,
independiente de cualquier estímulo:
son de secreción contínua. Por otra
parte, algunas células almacenan
ciertas proteínas en vesículas y
solo la secretan bajo ciertos
estímulos específicos, caso de
células hipofisiarias que secretan
ACTH o células pancreáticas que
secretan insulina. Son de secreción
regulada.
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6. Transporte vesicular
El REL, el RER, los distintos
compartimentos del Golgi, los
lisosomas, las vesículas secretoras
y la membrana plasmática son
organelos membranosos con una
constitución propia de proteínas, que
permite caracterizar molecularmente
a cada uno de ellos.
La síntesis de proteínas se inicia en
el citosol y continua en el RER.
Desde este organelo, las proteínas
se movilizan hasta su destino
definitivo a través de vesículas. La
pregunta aquí es : ¿cómo “sabe” la
vesícula cuál es su destino final?
El primer paso en el transporte
vesicular es la formación de la
vesícula por yemación desde una
membrana. La superficie citosólica
de la vesícula está cubierta con
proteínas y parece ser que el
ensamble de estas proteínas
conduce a la yemación de las
vesículas.
Se han caracterizado 3 clases de
vesículas cubiertas con proteínas
que funcionan en diferentes tipos de
transportes :
(a) vesículas cubiertas con clatrina,
que actúan en la endocitosis y en el
transporte de moléculas desde el
retículo trans Golgi hacia lisosomas.
(b) otros dos tipos de vesículas que
se yeman desde el RER y el Golgi,
cuya cubierta proteica NO contiene
clatrina. Se las han llamado
vesículas COP (del inglés, coat
protein). De estas se han
caracterizado dos subtipos : COP-I
que se yeman desde el Golgi y las
COP-II que lo hacen desde el RER.
Las vesículas cubiertas con clatrina
están compuestas por dos tipos de
proteínas : la clatrina, que viene a
constituir una estructura en forma de
canasto que distorsiona la
membrana de origen y favorece la
yemación; y la adaptina, que actúa
como intermediaria entre la clatrina
y proteínas de membrana. Hay unas
adaptinas propias para la
endocitosis y otras para la exocitosis
Proteína lisosomal
Receptor M-6-P
Adaptina
Clatrina
Membrana
Aparato de Golgi

7. SNARE : receptor de SNAP
SNAP : proteína soluble de unión con NSF
NSF : proteína de fusión sensible a la
N-etilmaleimida
Es interesante saber que las
proteínas de las vesículas COP-I
pueden interactuar con la secuencia
KKXX presente en las proteínas de
membrana del RER. Esta relación
molecular sugiere que las vesículas
COP-I servirían para recuperar
proteínas residentes del RER desde
el Golgi (vía anterógrada).
Tanto las vesículas cubiertas con
clatrina como las vesículas COP-I
originadas desde el retículo trans del
Golgi, requieren de una proteína que
maneje los ciclos GTP-GDP. La
proteína se denomina ARF (del
inglés, ADP ribosylation factor).
Cuando el ARF posee GTP
promueve la organización de la
cubierta proteica de las vesículas;
cuando el GTP se hidroliza a GDP,
se produce la desorganización de la
cubierta.
La fusión de una vesícula con su
membrana blanco (o destino)
incluye dos procesos. El primero, es
el reconocimiento específico de la
vesícula a su membrana blanco. El
segundo, es la fusión de las
membranas para entregar el
contenido de la vesícula.
El reconocimiento se logra por la
presencia en la membrana de la
vesícula de un complejo proteico
denominado v-SNARE que se
complementa exactamente con otro
complejo en la membrana blanco
llamado t-SNARE.
Vesícula
Vesícula
Membrana
blanco
Membrana
blanco
Aparato de Golgi
Una vez que se han acoplado los
complejos proteicos v-SNARE de las
vesículas con los t-SNARE de las
membranas blanco, se añaden las proteínas
NSF y SNAP que participan en el proceso
general de fusión de membranas.