Citoplasma, Membranas Internas y Síntesis de Proteínas en Células Eucariotas - Prof. Sanju, Apuntes de Derecho Constitucional

¡Descarga Citoplasma, Membranas Internas y Síntesis de Proteínas en Células Eucariotas - Prof. Sanju y más Apuntes en PDF de Derecho Constitucional solo en Docsity! Descargado en: patatabrava.com BIOLOXÍA (USC) BIOLOGIA NOIA GULDRÍS, MANUEL 16-17 Descargado en: patatabrava.com BIOLOXÍA (USC) BIOLOXÍA 1º (2011/2012) NOIA GULDRÍS, MANUEL 12-13 Bioloxía 2 BLOQUE VI - CITOSOL 95 TEMA 17 - O CITOSOL. INCLUSIÓNS CITOPLASMÁTICAS 97 BLOQUE VII - MOTILIDADE CELULAR E CITOESQUELO 99 TEMA 18 - CITOESQUELO. MICROFILAMENTOS 101 TEMA 19 - MICROTÚBULOS 109 TEMA 20 - FILAMENTOS INTERMEDIOS 115 BLOQUE VIII - CICLO E DIVISIÓN CELULAR 117 TEMA 21 - CICLO CELULAR EUCARIÓTICO 119 TEMA 22 - DIVISIÓN CELULAR 123 TEMA 23 - MEIOSE 127 BLOQUE IX - ESPECIALIZACIÓN E MORTE CELULAR 133 TEMA 24 - DETERMINACIÓN E DIFERENCIACIÓN CELULAR 135 TEMA 25 - AVELLENTAMENTO E MORTE CELULAR 141 BLOQUE X - RELACIÓN DAS CÉLULAS ENTRE SI E CO MEDIO 147 TEMA 26 - SINALIZACIÓN CELULAR 149 TEMA 27 - UNIÓNS INTERCELULARES. MATRIZ EXTRACELULAR 157 TEMA 28 - PARECE CELULAR VEXETAL 163 BLOQUE XI - SISTEMA INMUNITARIO 169 TEMA 29 - XENERALIDADES DO SISTEMA INMUNITARIO 171 EXERCICIOS: PREGUNTAS XERAIS 181 SEMINARIO: O OLLO, SISTEMA INMUNE E ENFERMIDADES OCULARES BIBLIOGRAFÍA 181 GLOSARIO 185 Saleta Corral Campos 3 Bioloxía 4 Saleta Corral Campos 7 TEMA 1 - INTRODUCIÓN BREVE HISTORIA DA CITOLOXÍA E HISTOLOXÍA Aristóteles (384-322 a.C.) na súa obra Historia Animalium analiza a estrutura dos seres vivos. Gabrielle Falopio (1523-1562) sostén que a fibra é a unidade morfolóxica elemental dos organismos: teoría fibrilar. Estivo vixente ata o s.XIX coa Teoría Celular gracias á apari- ción do microscopio. A invención de lentes correctoras produciuse en Florencia (1280 - 1285). Ademais é pro- bable que primeiro se producise a invención do telescopio, xa que o microscopio é un telescopio do revés. Atribúese a invención do microscopio a Hans Lippershey en 1591 aínda que os historia- dores tradicionalmente consideran a Hans e Zacarias Jansen como os inventores do mi- croscopio composto en 1599. Robert Hooke no seu célebre libro Micrographia (publicado en 1665) utiliza por primeira vez o termo célula. No s.XVII Nehemiah Graw establece a estrutura microscópica das plantas. Destacan nes- ta época tamén Marcello Malpighi considerado fundador da histoloxía, Regnier de Graaf e Antoni van Leeuwenhork. Este último crea o microscopio simple, pois os compostos dis- torsionaban moito a imaxe. No século XIX desenvolveuse a Teoría Celular, postulada por separado por Matthias Ja- cob Schleiden (botánico) e Theodor Schwann (zoólogo) (1838-1839), que di que:  A célula é o elemento constitutivo das plantas e animais.  A célula é a unidade funcional do organismo. Rudolf Virchow (1855) completou a teoría celular establecendo que toda célula procede doutra célula. A histoloxía animal xorde en 1800 grazas a Marie Françoise Xavier Bichat. Non obstante, nunca empregou a palabra Histoloxía, empregada por primeira vez por A. Meyer en 1817. A segunda metade do s.XIX é unha época prolífica no estudio citolóxico e histolóxico. Santiago Ramón y Cajal (1852-1934) demostrou a individualidade das células nerviosas deixando xa claro que todos os tecidos estaban formados por células. Teoría neuronal. Max Knoll e Ernst Ruska inventaron o primeiro microscopio electrónico de transmisión en 1931 e en 1965 Cambridge Instrument Co. Produce o primeiro microscopio electrónico de varrido que permite ver a superficie das cousas. Ambos permitiron coñecer a estrutura da célula. Citoloxía significa estudio das células. Histoloxía significa estudio dos tecidos. Actualmente é difícil establecer límites entre as dúas. Bioloxía 8 Saleta Corral Campos 9 TEMA 2 - ORGANIZACIÓN ESTRUTURAL DOS SERES VIVOS 2.1. A APARICIÓN DAS PRIMEIRAS CÉLULAS Crese que todos os organismos evolucionaron dunha célula ancestral común. Actualmen- te sábese que a vida apareceu pouco despois da formación da Terra. A evolución implica dous procesos esenciais: - Que apareza ao azar variación xenética que se transmita aos descendentes. - Que se produza unha selección desa variabilidade xenética en función da mellor adaptación ao medio. Non se sabe certeiramente cómo apareceu a primeira célula. O que si se sabe é que a vida se orixinou pouco despois da creación da terra. Os pasos máis importantes da formación da primeira célula son: 1. Síntese prebiótica de moléculas sinxelas (Teoría da sopa primordial): a vida orixi- nouse no mar, segundo se confirmou co experimento de Miller (formación espon- tánea de moléculas orgánicas). Existen probas (meteoritos que posúen moléculas orgánicas) que isto sucede. A maior CO2 na atmosfera, menor síntese de moléculas orgánicas, pero sempre se produce, nunca chega a anularse. Ademais, en chemineas volcánicas (con moito CO2 e NH3 sendo un medio anae- robio) existen bacterias, polo que hai autores que pensan que é o lugar de orixe da célula (desbotable facilmente). A teoría do gaspacho prebiótico establece que as moléculas orgánicas orixínanse no mar pero tamén habería aporte do espacio por meteoritos e demais materiais extraterrestres. 2. Síntese de grandes polímeros (polinucleótidos, polipéptidos, polisacáridos, lípi- dos). 3. Autorreplicación das moléculas de ARN. 4. Tradución das secuencias de ARN a secuencias de aminoácidos, é dicir, a proteí- nas. 5. Unión de moléculas lipídicas formando compartimentos rodeados de membrana. 6. O ADN substitúe ao ARN como material hereditario, xa que o segundo é moi ines- table e dá lugar a moitas mutacións. 2.2. EVOLUCIÓN DO METABOLISMO Sábese que todas as células utilizan ATP (molécula enerxética por excelencia) como fon- te de enerxía metabólica, polo que a célula ten que xerar ATP para poder vivir. Pénsase que os mecanismos para xerar ATP evolucionaron en tres etapas, correspon- dentes á evolución da glicólise, fotosíntese e metabolismo oxidativo. Na primeira xérase ATP. A segunda foi fundamental para que se xerara O2, a capa atmosférica e, polo tanto, a vida. Bioloxía 12 vista). A súa estrutura é a seguinte: membrana plasmática externa, núcleo, orgánulos e citoes- queleto. Os orgánulos dos que consta son:  Retículo endoplasmático: pode ser de dous tipos, rugoso con ribosomas adheri- dos á membrana, ou liso sen ribosomas adheridos. Encárgase da síntese dalgu- nhas moléculas.  Complexo de Golgi: sistema de cisternas ou sáculos aplanados. Está implicado na modificación, selección e empaquetamento de moléculas, é dicir, é o centro de organización de moléculas.  Lisosomas: vesículas redondas con encimas hidrolíticos. Están implicados na di- xestión celular.  Peroxisoma: vesícula redonda con encimas oxidativos. Está implicado na elimi- nación de metabolitos tóxicos para a célula.  Vesículas de transporte: encárganse do transporte de moléculas entre os distin- tos orgánulos.  Endosomas: vesículas que conteñen material captado fóra da célula por endoci- tose.  Mitocondrias: orgánulo delimitado por unha dobre membrana. Producen enerxía.  Núcleo: contén o material xenético. Está rodeado de membrana. Todo o resto da célula é o citoplasma no que hai unha serie de proteínas filamentosas que forman o citoesqueleto que se atopa implicado a forma das células e nas correntes citoplasmáticas (movementos da célula). As células vexetais teñen ademais:  Parede celular: dá rixidez á célula.  Cloroplastos: realizan a fotosíntese.  Vacúolo vexetal: controla a osmose e está implicado na dixestión vexetal.  Carecen de lisosomas Diferencias entre células eucariotas e procariotas EUCARIOTAS PROCARIOTAS Núcleo SI NON Tamaño GRANDE PEQUENO Citoesqueleto SI NON Orgánulos SI NON ADN MÁIS MENOS Cromosomas ADN LINEAL (varias moléculas) ADN CIRCULAR (unha molécula) Proteínas asociadas a ADN SI NON Ribosomas GRANDES PEQUENOS Saleta Corral Campos 13 2.6. OUTROS ORGANISMOS BIOLÓXICOS Un sincito e un plasmodio son células multinucleadas. As primeiras fórmanse por fusión de células (p.e.: células musculares), mentres que as segundas se forman por división nuclear sen citocinese, é dicir, sen división do citoplasma (p.e.: ascomicetos, fungos). Os virus son organismos que se atopan entre o vivo e o inerte. Son partículas con ácido nucleico (ADN ou ARN) lineal ou circular, encerrado nunha cuberta proteica denominada cápside. Cada proteína constituínte da cápside recibe o nome de capsómero. Hai virus que poden ter envoltura de lípidos (bicapa lipídica); esta provén da membrana plasmática da célula hóspede. Os viroides son axentes patóxenos formados por ARN non codificante (que non produce proteínas) e sen cuberta. Producen infección das plantas. Os prións son formas infecciosas de proteínas que inducen un cambio no mesmo tipo de proteínas. Maioritariamente actúan nas neuronas facendo que acaben morrendo. Bioloxía 14 Saleta Corral Campos 17 TEMA 3 - COMPOSICIÓN E ESTRUTURA DA MEMBRANA PLASMÁTICA 3.1. ESTRUTURA DA MEMBRANA PLASMÁTICA A membrana plasmática é a estrutura que recubre a todas as células, formada por unha bicapa lipídica con proteínas asociadas. As súas principais funcións son:  Actúa como receptor de información  Está implicada no transporte de moléculas  Está implicada no desprazamento e extensión da célula A parte da membrana externa, as células eucariotas teñen membranas internas que ro- dean os distintos orgánulos constituíndo un sistema de endomembranas. A estrutura da membrana externa é igual á das internas, varían lixeiramente en compoñentes e grosor. Singer e Nicolson en 1972 propuxeron un modelo de organización da membrana plasmá- tica que se chama modelo de mosaico fluído da membrana. É o que está actualmente aceptado. Este modelo establece que as proteínas, lípidos e hidratos de carbono sitúanse nunha configuración estable (ver o vídeo asociado a este tema). As proteínas interaccionan coas distintas partes da bicapa lipídica en función das súas propiedades fisicoquímicas. Poden ser de dous tipos:  Proteínas integrais ou transmembrana: atravesan a bicapa lipídica.  Proteínas periféricas: inclúen as proteínas que se insiren na membrana pero non a atravesan completamente, así como a aquelas que se unen a outras proteínas ou aos lípidos de membrana. Tanto lípidos como proteínas son moléculas anfipáticas con parte polar hidrofílica e parte apolar hidrofóbica. Os hidratos de carbono quedan polo lado externo da membrana plasmática e forman o que se coñece como glicocálix. Poden estar unidos a proteínas (glicoproteínas) ou a lípidos (glicolípidos). O grao de desenvolvemento do glicocálix é moi variable. Cada capa lipídica da membrana plasmática denomínase hemimembrana. Bioloxía 18 Que se diga que a membrana é fluída supón: 1) Os lípidos teñen movemento  Difusión lateral  Rotación  Flexión  Difusión transversal: dunha hemimembrana a outra 2) As proteínas teñen movemento  Difusión lateral  Rotación Non obstante, existen proteínas incapaces de desprazarse por estar asociadas ao citoesqueleto ou a outras proteínas da membrana. A fluidez das proteínas demostrouse marcando proteínas con fluorescencia e fu- sionando células. As proteínas da membrana do núcleo non se moven porque es- tán ancoradas ao citoesqueleto. A composición lipídica da membrana pode alterar o movemento das proteínas, así a es- fingomielina, o colesterol e os glicolípidos tenden a agruparse no que se coñece como balsas lipídicas. Hai proteínas que están preferentemente nesas balsas, outras que nunca están e outras que están intermitentemente. A membrana é asimétrica na súa súa composición. Os glicolípidos e glicoproteínas sem- pre están na hemimembrana externa. A fosfatidilcolina e a esfingomielina tamén soen estar na externa, mentres que a fosfatidilserina e a fosfatidiletanolamina se localizan na interna. O colesterol en cambio, atópase indistintamente nas dúas hemimembranas. 3.2. COMPOSICIÓN DA MEMBRANA PLASMÁTICA A membrana plasmática varía a súa composición segundo o tipo celular. As endomem- branas son máis delgadas e varían na proporción de proteínas e lípidos en función do orgánulo e da súa función. 3.2.1. Lípidos de membrana  Fosfolípidos: principais compoñentes lipídicos da membrana  Esfingolípidos: derivados de esfingosina. Cando esta molécula se une a un ácido gra- xo forma a ceramida, que cun grupo fosfato e con colina forma esfingomielina e unida a hidratos de carbono forma glicolípidos que poden ser de dous tipos: cerebrósidos (monosacárido máis ceramida), gangliósido (polisacárido).  Esteroides: o máis común é o colesterol. O colesterol é ríxido, polo que a máis coles- terol máis rixidez da membrana. Saleta Corral Campos 19 3.2.2. Proteínas de membrana Clasifícanse segundo a función en:  Receptoras: detectan sinais químicos e transmítenos ao interior celular.  Transportadoras: entre medio externo e interno, nos dous sentidos.  Encimas: catalizan reaccións.  Conectoras: conectan proteínas a un lado ou outro da membrana. Dentro destas hai dous tipos: - De recoñecemento: unen proteínas de membrana de dúas células. - Estruturais: o resto de proteínas conectoras. Conectan con proteínas da propia célula. As proteínas poden atravesar unha ou varias veces a bicapa lipídica (proteínas trans- membrana) ou incrustarse nunha hemimembrana sen atravesala (proteínas periféricas). As proteínas que traspasan varias veces a membrana poden formar poros acuosos a través dos cales os solutos poden atravesar a membrana plasmática. Hai proteínas que poden unirse a outros lípidos ou a outras proteínas de membrana (pe- riferinas). É importante destacar que as proteínas non teñen unha distribución simétrica na mem- brana, senón que a distribución está relacionada co tipo celular e a función da célula, aparecendo as proteínas en distintas rexións. 3.2.3. Glicocálix Son os hidratos de carbono que revisten a superficie celular externa. Poden estar unidos a proteínas (glicoproteínas) ou a lípidos (glicolípidos). Os hidratos de carbono poden ser oligosacáridos ou polisacáridos. Os oligosacáridos poden unirse tanto a lípidos como a proteínas. Os polisacáridos só poden unirse a prote- ínas. No glicocálix pode haber tamén proteínas asociadas a lípidos ou proteínas de membrana. Normalmente o glicocálix é unha capa moi fina, se ben pode atoparse desenvolvido nal- gunhas células (nas epiteliais, por exemplo). As funcións do glicocálix son: 1) Está implicado na selectividade na incorporación á célula de substancias de baixo peso molecular. 2) Está implicado no recoñecemento específico de células entre si. 3) Está implicado na unión estable entre as células ou na unión estable entre as células e a matriz extracelular. 4) Está implicado no recoñecemento do que é propio e estraño. 5) Ten encimas unidos. 6) Está implicado nos cambios da carga eléctrica do medio extracelular. Bioloxía 22 4.1.2. Tipos de transporte 1) Difusión simple: require moléculas solubles en lípidos ou non cargadas que atrave- san directamente a bicapa lipídica. 2) Difusión facilitada: prodúcese a través das proteínas transportadoras ou de canle a favor de gradiente polo que non hai gasto de enerxía. O que impulsa é o gradiente electroquímico. 3) Transporte activo: desprázase un soluto en contra de gradiente, hai gasto de ener- xía. É realizado por proteínas de transporte específicas: a) Transportadores acoplados: acopla o transporte dun soluto a favor de gradien- te co transporte doutro soluto en contra de gradiente. - Se os dous solutos van no mesmo sentido, denomínase simporte. - Cando os solutos van en sentido contrario, chámase antiporte. - Transporte dun único tipo de soluto nunha soa dirección non é trans- porte acoplado realmente. Denomínase uniporte. b) Bombas impulsadas pola luz (en bacterias): acoplan o transporte coa chegada da luz. c) Bombas impulsadas por ATP: prodúcese un transporte en contra de gradiente con hidrólise de ATP. Hai tres tipos de bombas impulsadas por ATP: - Bombas de tipo P: denomínanse así porque se fosforilan. Son as en- cargadas de manter os gradientes dos ións (Ca2+, Na+, K+). - Bombas tipo F, V ou bombas de protóns: funcionan como turbinas e coñécense como ATP sintetasas. Ou utilizan un gradiente de protóns para sintetizar ATP ou usan ATP para transportar protóns en contra de gradiente. As tipo V só bombean protóns, as de tipo F poden bombear protóns ou utilizar o gradiente de protóns para a síntese de ATP. - Transportadores ABC: transportan pequenas moléculas a través da membrana. Exemplo de transporte activo impulsado pola hidrólise do ATP: Bomba Na+/K+ ATP sintetasa A concentración de Na+ no citosol é menor que no exterior e a de K+ é maior; esta dife- rencia é mantida pola bomba Na+-K+ ATPasa. Esta bomba impulsada por ATP acopla o transporte de tres Na+ cara o exterior co transporte de dous K+ cara o interior en contra dos seus gradientes electroquímicos. Unha vez que hai moito K+ fóra da célula, este pode entrar a favor de gradiente arras- trando a outros solutos mediante un transporte simporte. O proceso completo ocorre nos seguintes pasos (ver o vídeo, Bomba Na+-K+, asociado a este tema): 1) Únense tres Na+ ao lugar de transporte da proteína 2) Fosforílase a proteína co que cambia a súa conformación 3) Únense os K+ no seu sitio de unión 4) A proteína cambia de conformación librando os K+ no interior. Saleta Corral Campos 23 4.2. IONÓFOROS Son pequenas moléculas hidrofóbicas que se disolven na bicapa lipídica aumentando a permeabilidade a ións específicos que poderán pasar a membrana a favor de gradiente. Son sintetizados por bacterias que os utilizan como sistema de defensa liberándoos no medio para que se unan á membrana doutras bacterias e estas perdan o equilibrio iónico. Existen dous tipos: ionóforo transportador móbil e ionóforo formador de canle. 4.3. CANLES PROTEÍNICAS Un exemplo son as porinas presentes en cloroplastos e mitocondrias. Non obstante as canles proteínicas mellor caracterizadas son as canles iónicas que interveñen no tránsito de ións a través da membrana plasmática. Presentan especificidade iónica e a súa aper- tura vén regulada en resposta a estímulos específicos; así temos: - Canle regulada por voltaxe: hai un cambio de potencial de membrana. - Canle regulada por ligando: abre cando un ligando se une. - Canle regulada por concentración iónica - Canle regulada por estimulación mecánica: ábrense cando hai unha unión mecánica. 4.3. POTENCIAL DE MEMBRANA Trátase de cambios rápidos de polaridade a ambos lados da membrana. O potencial de membrana mídese como a diferencia de voltaxe entre os dous lados da membrana. Ao haber unha maior concentración de K+ no interior da célula pola acción da bomba Na+- K+, o K+ tenderá a saír da célula a favor do seu gradiente de concentración. Non obstante, calquera transferencia de cargas positivas cara o exterior deixa no interior cargas negati- vas non equilibradas, creándose un campo eléctrico ou potencial de membrana que se opoñerá á saída de K+ da célula, acadando o sistema un estado de equilibrio no que o potencial de membrana contrarresta ao gradiente de concentración do K+. Este estado recibe o nome de potencial de repouso de membrana. Este potencial oscila entre os -20 e os -200Mv en función do tipo celular, o que indica que o interior da membrana é negati- vo con respecto ao exterior. Calquera cambio na permeabilidade dos ións a través da membrana provoca un cambio no potencial de membrana que depende de que as canles estean abertas ou pechadas e da concentración de ións dentro e fóra da célula. (ver o vídeo Potencial de acción) Bioloxía 24 O potencial de membrana nas neuronas. O impulso nervioso. Un potencial de acción pode causar unha despolarización da membrana, é dicir, a redu- ción da diferencia de potencial. Tamén pode causar unha hiperpolarización, ou o que é o mesmo, o aumento da diferencia de potencial. No primeiro caso, o impulso morre, xa que coa despolarización ábrense as canles de Na+, entra Na+ o que provoca un aumento do potencial de acción. Nas neuronas o potencial de repouso é de -60Mv, coa entrada de Na+ o potencial aumen- ta ata +30Mv. Neste momento péchanse as canles de Na+ e ábrense as de K+, logo sae K+ da célula e baixa o potencial de acción ata -75Mv (por exceso de velocidade de saída de K+). É este feito, que se produza unha hiperpolarización, o que provoca o peche das canles de K+ para volver acadar os -60Mv do potencial de repouso. O impulso transmítese sempre cara diante, porque a célula que se despolariza entra nun estado refractario que non lle permite volver a despolarizarse. A despolarización vaise transmitindo ás distintas partes da membrana. Saleta Corral Campos 27 5.2. FAGOCITOSE O proceso é semellante en todas as células. A célula emite unhas proxeccións que en- globan o material a fagocitar formando un fagosoma. Non require formación de cubertas proteicas. Os fagosomas fusiónanse cos lisosomas formando fagolisosomas. 5.3. EXOCITOSE É o proceso inverso á endocitose que a célula utiliza para desbotar substancias de des- feito ou para exportar substancias que van ser utilizadas noutra parte do organismo. O proceso máis representativo da exocitose é a secreción celular. Hai dous tipos de secreción celular: 1) Secreción constitutiva: realízana todas as células de forma continua. Está implica- da na rexeneración e formación do glicocálix e dos lípidos de membrana. 2) Secreción regulada: só a realizan determinados tipos celulares, as células secre- toras, que segregan determinadas substancias por un estímulo externo. O tamaño da célula sempre é o mesmo porque se recicla por endocitose e exocitose. Bioloxía 28 BLOQUE ll - NÚCLEO E MECANISMOS XENÉTICOS 29 Bioloxía 32 A membrana nuclear atópase perforada polos poros nucleares a través dos cales dáse o paso selectivo de proteínas e ARN entre nucleoplasma e citoplasma. Ademais, esta envoltura nuclear está entrelazada con dúas redes de filamentos interme- dios. A cara interna está asociada a unha fina lámina denominada lámina nuclear, men- tres que a externa atópase rodeada por unha capa menos organizada e sen nome. Formación de filamentos intermedios Os filamentos intermedios constitúen unha rede fibrosa que proporciona soporte estrutu- ral ao núcleo e que participa na organización da envoltura nuclear e da cromatina. Está composta por unha ou varias proteínas que reciben o nome de láminas ou lamininas. Estas interaccionan por un lado coa cromatina e polo outro únense a proteínas específi- cas da membrana nuclear interna (p.e.: emerina e LBR). As láminas ou lamininas ensámblanse unhas con outras formando filamentos interme- dios. A diferencia do resto dos filamentos intermedios da célula que forman fibras, estas forman unha maia, unha rede. Durante a mitose, a envoltura nuclear disgrégase formando vesículas, os poros nucleares disócianse por fosforilación e a lámina nuclear despolimerízase. Esta última desensám- blase mediante a fosforilación das láminas e lamininas, que se separan. Durante a telofase (última fase da mitose) o núcleo volve aparecer. As láminas desfosforí- lanse e volve formarse a lámina nuclear. As vesículas, pola súa parte, únense aos cro- mosomas e despois fusiónanse formando o núcleo. A medida que isto sucede, reorganí- zanse os poros nucleares e a lámina nuclear, por desfosforilación das proteínas. Poros nucleares O número de poros varía coa actividade celular, a maior actividade máis poros e vicever- sa. A estrutura denomínase complexo do poro e ten forma de octámero cunha canle central. Cada unha das subunidades do octámero recibe o nome de radio e atópase uni- da a dúas estruturas proteicas: un anel citoplasmático e un anel nuclear. Dende cada radio, ademais, saen dúas fibras unha cara o citoplasma e outra cara o núcleo. Estas últimas únense a unha estrutura densa, formando o conxunto das dúas a cesta nuclear. Saleta Corral Campos 33 6.2. TRANSPORTE ENTRE NÚCLEO E CITOPLASMA As moléculas pequenas con peso inferior a 60kDa pasan sen problemas a través do poro. As moléculas máis grandes requiren dun transporte activo. O mecanismo de transporte require (ver o vídeo asociado a este tema): 1) Que a proteína que se transporte teña un sinal de localización nuclear que vén sendo unha pequena secuencia de aminoácidos rica en lisina; ou que teña un si- nal de exportación nuclear para saír do núcleo. 2) Que haxa receptores de importación nuclear (importinas) ou de exportación nu- clear (exportinas). Estes receptores únense á secuencia sinal. 3) Da implicación das fibrilas, que parecen estar relacionadas co ensanchamento do poro para o paso das proteínas. Este transporte a través do poro nuclear está regulado pola proteína Ran. O encima RanGEF (factor de intercambio de nucleótido de guanina unido a Ran) fai que a concen- tración de Ran/GTP sexa maior no núcleo. Esa concentración dificulta determinados transportes a través do poro. 6.2.1. Importación de proteínas a través do poro nuclear 1) A secuencia de localización nuclear (NLS) é recoñecida pola importina. 2) A proteína unida ao receptor, diríxese cara as fibrilas do poro. 3) Prodúcese a translocación (paso a través do poro). 4) Dentro do núcleo a importina sepárase da proteína cando se une á Ran/GTP. 5) O complexo importina-Ran/GTP sae ao citoplasma. A medida que sae o encima RanGAP hidroliza o GTP o que fai que a importina se separe. Queda así importina por un lado e Ran/GDP por outro. 6) A Ran/GDP volve entrar ao núcleo unida a un receptor chamado NTF2. Unha vez dentro do núcleo a Ran/GDP fosforílase a Ran/GTP pola acción da RanGEF. 6.2.2. Exportación de proteínas a través do poro nuclear 1) A proteína con sinal de exportación nuclear únese á exportina e á Ran/GTP. 2) O complexo sae a través do poro, onde a RanGAP hidroliza o GTP o que fai que se disocie o complexo en Ran/GDP, exportina e proteína. 3) A exportina volve entrar no núcleo. O Ran/GDP volven entrar segundo o proceso ex- plicado anteriormente. Os ARN para saír do núcleo deben unirse a proteínas con sinais de exportación nuclear. O resto do proceso sería igual. Bioloxía 34 Saleta Corral Campos 37 7.2.2. Organización de ADN e proteínas no cromosoma Ata a fibra de 30nm a compactación do ADN nos cromosomas é igual á da cromatina. Os cromosomas teñen un armazón proteico central no seu interior constituído por proteí- nas non histonas que se unen entre si a nivel do centrómero. A fibra de 30nm empaquétase en asas sobre este armazón central dando lugar a unha fibra de 300nm. Cada unha das asas recibe o nome de microcónvula. Esta fibra empaquétase helicoidalmente formando o grosor da cromátida que serían 700nm de diámetro. Ao sumar as dúas cromátidas, o cromosoma metafásico mide 1400nm. (ver o vídeo asociado a este tema) 7.3. CARIOTIPO É o conxunto dos cromosomas metafásicos ordenados secuencialmente segundo tamaño e forma e que define a cada especie. O número básico de cromosomas dunha célula distínguese coa letra n e representa o número de cromosomas diferentes que hai no cariotipo. As células somáticas teñen repetida a dotación cromosómica pola herdanza materna e paterna, polo tanto o número de cromosomas destas células é 2n. As células sexuais ou gametos teñen reducida a cantidade de ADN, son haploides con n cromosomas. Aos cromosomas atribúeselles un número. Todos os cromosomas non sexuais reciben o nome de autosomas. Os sexuais diferéncianse en X (feminino) e Y (masculino) dando as combinacións XX e XY, polo que non reciben número. Os mapas xenéticos son a localización dos xenes nos cromosomas. 7.4. CROMOSOMAS ESPECIAIS Son formacións cromosómicas atípicas non patolóxicas, é dicir, son normais. Aparecen en determinadas etapas do ciclo celular e en determinados tipos celulares. Os máis re- presentativos son:  Cromosomas plumosos: aparecen na maioría dos oocitos. O ADN desepiralíza- se en determinadas zonas que son transcricionalmente activas.  Cromosomas politénicos: tamén se chaman cromosomas xigantes. Están pre- sentes nos insectos. Cada cromosoma equivale a un cromosoma normal, a dife- rencia é que son máis anchos (hai endorreplicación pero non se separan as cro- mátidas) e máis longos (están algo menos condensados). Bioloxía 38 Saleta Corral Campos 39 TEMA 8 - REPLICACIÓN E TRANSCRICIÓN 8.1. REPLICACIÓN Todos os organismos replican o seu material xenético dunha maneira moi exacta, por tanto cada célula filla recibe moléculas de ADN nas que cada unha posuirá unha cadea antiga e unha recén sintetizada, por iso se di que a replicación do ADN é semiconserva- tiva. A síntese do ADN prodúcese polo encima ADN-polimerasa. En procariotas hai cinco tipos de ADN-polimerasa:  ADN-polimerasa I: reparación e replicación  ADN-polimerasa II, IV e V: replicación de ADN danado.  ADN-polimerasa III: principal encima replicativo. En eucariotas os tipos son:  ADN-polimerasa : funciona unido á primasa  ADN-polimerasa : atópase nas mitocondrias  ADN-polimerasa : replicación do ADN  ADN-polimerasa : replicación do ADN Ademais, existen unha serie de ADN-polimerasas especializadas que interveñen en pro- cesos de replicación de ADN danado. A replicación orixínase nunha estrutura que se chama furco de replicación (ver o vídeo) que é unha rexión do ADN no que as dúas cadeas se separan e cada unha das dúas cadeas serve como molde para sintetizar unha nova. Hai dúas proteínas que abren a hélice e que se denominan ADN-helicasas. Tamén hai outras proteínas que reciben o nome de proteínas de unión ao ADN de cadea simple ou tamén coñecidas como proteínas desestabilizadoras da hélice que se encargan de manter as cadeas rectas. Por último, están as ADN-polimerasas que sintetizan a cadea complementaria á orixinal. Para que se inicie a síntese do ADN precísase dun ARN específico que se chama ARN cebador (ou RNA-primer) sen o que a polimerasa non funciona. O ARN cebador é sinte- tizado por un encima chamado primasa. A ADN-polimerasa só sintetiza en dirección 5’→3’, polo que unha cadea (a complementa- ria a 3’→5’) sintetízase de maneira continua, mentres que a outra sintetízase a fragmen- tos denominados fragmentos de Okazaki. A cadea que se sintetiza de forma continua denomínase cadea condutora e a outra cadea retardada ou retrasada. Bioloxía 42 3) Síntese de ADN transleción: actúan unhas ADN-polimerasas específicas onde se atopa o dano, codificando igualmente como se ese dano non existise. Despois libéra- se a ADN-polimerasa específica e continúa codificando a ADN-polimerasa normal. Tras isto, a parte danada arránxase por algún dos dous métodos anteriores. 4) Reparación recombinatoria: baséase na substitución da parte danada recombinan- do coa mesma parte dunha cadea filla que está ben. Este mecanismo tamén propor- ciona reparación de roturas dobres (que se produzan nas dúas cadeas) mediante a recombinación cun ADN homólogo. Tamén pode producirse a reparación por unión dos extremos. Neste último caso pérdese información. No caso dos virus, que só teñen unha cadea de ácido nucleico, non se poden reparar os erros, pois non hai moldes para facer de guía na reparación. Por este motivo é tan fre- cuente que se dean mutacións nestes organismos (volvéndoos máis virulentos normal- mente). 8.3. SÍNTESE DO ARN OU TRANSCRICIÓN DO ADN Realízaa a ARN-polimerasa que xera unha cadea complementaria a unha das cadeas de ADN que fai de molde. En procariotas só hai un tipo de ARN-polimerasa mentres que en eucariotas hai tres: - ARN-polimerasa I: transcribe os ARNr de gran tamaño - ARN-polimerasa II: transcribe os ARNm e algúns ARN pequenos. - ARN-polimerasa III: transcribe os ARNt e os ARNr de pequeno tamaño. En mitocondrias e cloroplastos tamén hai ARN-polimerasas que son semellantes ás de procariotas. 8.3.1. Proceso de transcrición A ARN-polimerasa comeza a sintetizar cando atopa un promotor, é dicir, unha secuencia do ADN coa secuencia de bases TATAA coñecida como caixa TATA. A ARN-polimerasa únese entón a este promotor. A síntese remata cando a polimerasa atopa un sinal de terminación, ou o que é o mes- mo, unha secuencia de ADN rica en citosina (C) e guanina (G) que é polindrómica (lese igual de esquerda a dereita que de dereita a esquerda). Esta secuencia remata con catro adeninas (A). (ver vídeo de transcrición) A ARN-polimerasa únese ao promotor e vai abrindo as cadeas servindo unha delas de molde para a síntese. A orientación do promotor é a que indica qué cadea serve de mol- de, porque a ARN-polimerasa só sintetiza en dirección 5’→3’. Despois, a ARN-polimerasa vai desprazándose, abrindo a cadea. Por tras, a cadea de ADN volve pecharse e enroscarse. Saleta Corral Campos 43 Cando chega ao sinal de terminación, o ARN forma una estrutura en forma de bucle de- bido precisamente á secuencia polindrómica o que desencadea que o ARN se separe do ADN e se libere o encima, rematando así a síntese. A cadea de ADN empaquétase de novo As ARN-polimerasas traballan en cadea polo que a síntese prodúcese continuamente. 8.3.2. Factores proteicos da transcrición do ARNm  Factores de transcrición: son diversas proteínas que se unen ao ADN promotor fa- céndoo funcional.  Complexo proteico mediador: estimula a transcrición e intervén na asociación dos factores de transcrición  Factor de iniciación: é unha subunidade da ARN-polimerasa. Libérase cando xa se sintetizaron os oito primeiros nucleótidos da cadea de ARN.  Factores de elongación: únense á ARN-polimerasa unha vez liberado o factor de ini- ciación. Serve para elongar a cadea de ARN. Para a transcrición dos ARNr, os ARNt e os ARN de pequeno tamaño, interveñen outros factores de transcrición distintos aos que explicados. 8.4. SÍNTESE E MADURACIÓN DO ARNm En procariotas o ARN que se sintetiza xa é un ARN maduro. En eucariotas non o é, polo que sufre un proceso de maduración. Tanto en procariotas como en eucariotas hai unha serie de proteínas reguladoras que poden ser activadoras ou inhibidoras, cuxa función é determinar qué xenes se transcriben (ver Tema 23). Os ARNm son os que dirixen a síntese de proteínas. En eucariotas a transcrición ten lu- gar no núcleo e a síntese de proteínas no citoplasma, polo que os ARNm saen do núcleo a través do poros nucleares unidos a proteínas con sinal de exportación nuclear (como xa se explicou no Tema 6). Pero antes de saír do núcleo o ARNm precisa madurar mediante o seguinte proceso:  Unión do capuchón no extremo 5’: Unha vez que se sintetiza o extremo 5’ do ARNm, bloquéase mediante a unión dunha guanina (G) cun grupo metilo a este ex- tremo 5’.  Poliadenilación do extremo 3’: No extremo 3’ únense varios nucleótidos de adenina (A) que é o que se coñece como cola poli A. O conxunto destes dous procesos dá lugar ao ARN precursor. En eucariotas este ARN ten zonas codificantes chamadas exóns e zonas non codificantes denominadas intróns. En procariotas todo o ARN é codificante. Bioloxía 44  Eliminación de intróns: Os intróns elimínanse no núcleo pouco despois de comezar a síntese e de poñer o capuchón no extremo 5’. Ao eliminar todos os intróns quedan unidos todos os exóns e con elo remata a maduración do ARNm quedando unha molécula funcional. Os intróns elimínanse por encimas constituídos por proteínas e ARN (ribonucleoprote- ínas) denominados pequenas partículas ribonucleoproteicas nucleares (snRNP). O proceso pode ser: o Proceso de corte e empalme: En cada intrón un grupo destas proteínas snRNP ensámblanse sobre o ARN. Únense a cada extremo do intrón, córtano, unen os extremos dos exóns e liberan os intróns como un lazo. A este conxunto de proteí- nas chámaselle espliceosoma ou corpo de corte. Este proceso presenta unha serie de particularidades: 1) Corte e empalme alternativo ou maduración alternativa: ocorre en eucariotas superiores (non en todas as especies). Supón que a partir dun único ARN precursor poden formarse distintos ARNm e, polo tanto, dar lugar a diferentes proteínas. Prodúcese por combinación dos exóns. 2) Corrección ou edición do ARNm: tamén son procesos de maduración que o que fan é alterar algunhas bases do ARNm; polo tanto, a partir dun único ARNm poden formarse varias proteínas estrutural e funcionalmente distintas. o Proceso de autoempalme: Os propios ARN son capaces de catalizar a eliminación dos seus propios intróns o que supón que o ARN ten actividade catalítica. Unha vez que o ARN está maduro pasa ao citoplasma unido a proteínas. Despois únese aos ribosomas producíndose a tradución a proteínas. 8.5. SÍNTESE E MADURACIÓN DO ARNt O mecanismo do corte e empalme para a eliminación de intróns é distinto. En lugar de ARNt precursor, que sería análogo ao ARNm precursor, fálase de pre-ARNt. O mecanismo de corte e empalme é realizado por unha endonucleasa que corta os in- tróns e libéraos de maneira lineal (no ARNm facíanse lazos). Algúns pre-ARNt poden ter varias moléculas de ARNt independentes. O proceso de maduración comeza cun corte no extremo 5’ do ARNt realizado polo ribo- zima ARNasa-P. Tamén se produce un corte no extremo 3’, neste caso realizado por unha ARNasa convencional. Despois engádese no extremo 3’ unha secuencia de tres bases de CCA. Por último, modifícanse bases en determinadas posición dos ARNt1. 1 Os ARNt posúen bases distintas ás coñecidas (C, G, A, T, U). Estas son unha modificación das bases nor- mais. Saleta Corral Campos 47 TEMA 9 - RIBOSOMAS E SÍNTESE DE PROTEÍNAS 9.1. RIBOSOMAS Están constituídos por ARN e proteínas e a súa función é a síntese de proteínas. Cada ribosoma está formado por unha subunidade maior e unha menor. Esta última úne- se ao ARNm e ao ARNt, mentres que a subunidade grande cataliza a formación dos en- laces peptídicos. Localízanse no protoplasma en procariotas. En eucariotas poden localizarse no retículo endoplasmático rugoso (adheridos á membrana), libres no citosol, na matriz das mitocon- drias e no estroma dos cloroplastos. 9.1.1. Tipos de ribosomas Caracterízanse polo coeficiente de sedimentación que é un índice da velocidade de sedimentación e exprésase en unidades s de Svedberg. En eucariotas os ribosomas teñen un tamaño total de 80s. A súa subunidade maior é de 60s e a menor de 40s. A primeira está constituída á súa vez por unhas 49 proteínas e ARNr de 5’8s, 28s e 5s. A subunidade menor ten ARNr de 18s e unhas 33 proteínas. En procariotas o tamaño dos ribosomas é de 70s. A subunidade maior contén dous ARNr de 23s e 5s e 34 proteínas, mentres que a menor está formada por ARNr de 16s e 21 proteínas. Os ribosomas de mitocondrias e cloroplastos teñen unha subunidade maior de entre 35s e 60s con dous ARNr de 16-19s e de 3-5s; así como unha subunidade menor de entre 25s e 40s con ARNr de 12-16s. O número de proteínas destes orgánulos non está carac- terizado. 9.1.2. Estrutura dos ribosomas Teñen catro sitios de unión na subunidade menor para o ARN: un para o ARNm e tres para o ARNt. Estes últimos son:  Sitio P: nel localízase a molécula de ARNt unida á proteínas que se está a sinteti- zar.  Sitio A: por el entra outro ARNt unido a un aminoácido. Para que este ARNt entre no sitio A a secuencia de tres nucleótidos do ARNt (anticodón) ten que ser com- plementaria aos tres nucleótidos correspondentes do ARNm (codón).  Sitio E: é o lugar de saída do ARNt xa sen aminoácidos. Bioloxía 48 9.1.3. Código xenético Cada aminoácido está especificado por un triplete de nucleótidos do ARNm que recibe o nome de codón e é complementario ao triplete do ARNt, denominado anticodón. O ARN está composto de catro tipos de nucleótidos (A, U, G e C) polo que hai 64 combi- nacións posibles para os codóns e anticodóns. Tres destes tripletes, UAG, UGA e UAA, son de terminación, polo que non codifican para ningún aminoácido, senón que especifi- can o momento no que remata a síntese da cadea peptídica. Os 61 tripletes restantes codifican os 20 aminoácidos, polo que cada aminoácido pode estar codificado por máis dun triplete, razón pola cal se di que o código xenético é dexe- nerado, o que implica que haxa máis dun ARNt para algúns aminoácidos. A pesar de que hai 61 tripletes, só existen 31 ARNt. Sucede tanto en procariotas como en eucariotas e implica que algúns ARNt son capaces de recoñecer máis dun codón do ARNm. Isto débese a algo que se coñece como o balanceo, que non é outra cousa que o desemparellamento na terceira posición do triplete, o que supón que non é necesaria a complementariedade entre ARNt e ARNm nesa base. Esta terceira posición do codón do ARNm é moi feble o que permite que no caso de haber unha guanina tamén se poida unir un uracilo ademais da citosina que correspondería por complementariedade. Por outro lado, a inosina (base nitroxenada presente nos ARNt) sería capaz de unirse ao uracilo, á citosina e á adenina na terceira posición do codón. O código xenético está altamente conservado, é dicir, é igual para todos os seres vivos (bacterias, plantas e animais). Non obstante o código xenético das mitocondrias ten algu- nhas diferencias. CÓDIGO XENÉTICO2 Segunda base U C A G P ri m e ir a b a s e U UUU Phe UCU Ser UAU Tyr UGU Cys U T e rc e ira b a s e UUC UCC UAC UGC C UUA Leu UCA UAA Stop UGA Stop A UUG UCG UAG Stop UGG Trp G C CUU Leu CCU Pro CAU His CGU Arg U CUC CCC CAC CGC C CUA CCA CAA Gln CGA A CUG CCG CAG CGG G A AUU Ile ACU Thr AAU Asn AGU Ser U AUC ACC AAC AGC C AUA ACA AAA Lys AGA Arg A AUG Met ACG AAG AGG G G GUU Val ACU Ala GAU Asp GGU Gly U GUC ACC GAC GGC C GUA ACA GAA Glu GGA A GUG ACG GAG GGG G 2 Phe: fenilalanina; Leu: leucina; Ile: isoleucina; Met: metionina; Val: valina; Ser: serina; Pro: prolina; Thr: treonina; Ala: alanina; Tyr: tirosina; His: histidina: Gln: glutamina; Asn: Asparaxina; Lys: lisina; Asp: ácido aspártico; Glu: ácido glutámico; Cys: cisteína; Trp: triptófano; Arg: arxinina; Gly: glicina. Saleta Corral Campos 49 9.2. SÍNTESE DE PROTEÍNAS (ver vídeo tradución do ARNm) Consiste en que unha secuencia de nucleótidos do ARNm é traducida a unha secuencia de aminoácidos das proteínas. Este proceso lévase a cabo polos ARNr con colaboración dos ARNt. Os ARNt nun extremo teñen un triplete que recoñece ao complementario do ARNm. Nou- tro extremo ten unido o aminoácido correspondente segundo o código xenético. As moléculas de ARNt son moléculas dunha soa cadea de ARN que se prega sobre si mesma por complementariedade de bases. O recoñecemento do aminoácido co seu ARNt propio realízase polos encimas aminoacil ARNt sintetasas, habendo un encima distinto por cada aminoácido (logo 20 encimas). A síntese de proteínas ten lugar en tres fases: fase de iniciación, fase de elongación e fase de terminación. Prodúcese de maneira moi semellante en procariotas e eucariotas. Para que se produzan estas fases precísanse unha serie de proteínas accesorias que interveñen nas tres fases, que reciben o nome de factores de tradución e que se divi- den en factores de iniciación, factores de elongación e factores de terminación. 1º Fase de iniciación Hai un ARNt iniciador que ten que colocarse no lugar P do ribosoma (na subunidade pe- quena). Este ARNt sempre está unido ao aminoácido metionina no caso de eucariotas e formil-metionina no caso de procariotas. Despois, o ARNr (a subunidade pequena) recoñece ao ARNm, en concreto recoñece o capuchón 5’ do mesmo e únese a el. Esta subunidade pequena desprázase polo ARNm ata que atopa un triplete que é o co- dón de iniciación (AUG) e únese a el cando o atopa. Neste momento, únese a subunidade maior do ribosoma. Ademais pode incorporarse un ARNt ao sitio A. A partir de aquí comeza a fase de elongación Na secuencia do ARNm pode haber moitas posibilidades de que haxa varios AUG. En eucariotas, ao recoñecer o extremo 5’ o ribosoma comeza a codificar sempre dende este punto situándose a metionina no primeiro AUG que aparece. Por isto os ARNm son mo- nocistrónicos, é dicir, cada ARNm só dá lugar a un tipo de proteínas. Non obstante, en procariotas non hai capuchón 5’, polo que o ARNm ten múltiples sitios de inicio da tradución. Por tanto o ribosoma pode unirse a varias zonas o que supón que os ARN son policistrónicos, xa que poden dar lugar a varios tipos de proteínas. 2º Fase de elongación Comeza cando se une un ARNt ao sitio A. Despois fórmase un enlace peptídico entre o aminoácido que carga este ARNt cos outros aminoácidos que forman a cadea peptídica. Descargado en: patatabrava.com BIOLOXÍA (USC) BIOLOGIA NOIA GULDRÍS, MANUEL 16-17 Descargado en: patatabrava.com BIOLOXÍA (USC) BIOLOXÍA 1º (2011/2012) NOIA GULDRÍS, MANUEL 12-13 Bioloxía 2 BLOQUE VI - CITOSOL 95 TEMA 17 - O CITOSOL. INCLUSIÓNS CITOPLASMÁTICAS 97 BLOQUE VII - MOTILIDADE CELULAR E CITOESQUELO 99 TEMA 18 - CITOESQUELO. MICROFILAMENTOS 101 TEMA 19 - MICROTÚBULOS 109 TEMA 20 - FILAMENTOS INTERMEDIOS 115 BLOQUE VIII - CICLO E DIVISIÓN CELULAR 117 TEMA 21 - CICLO CELULAR EUCARIÓTICO 119 TEMA 22 - DIVISIÓN CELULAR 123 TEMA 23 - MEIOSE 127 BLOQUE IX - ESPECIALIZACIÓN E MORTE CELULAR 133 TEMA 24 - DETERMINACIÓN E DIFERENCIACIÓN CELULAR 135 TEMA 25 - AVELLENTAMENTO E MORTE CELULAR 141 BLOQUE X - RELACIÓN DAS CÉLULAS ENTRE SI E CO MEDIO 147 TEMA 26 - SINALIZACIÓN CELULAR 149 TEMA 27 - UNIÓNS INTERCELULARES. MATRIZ EXTRACELULAR 157 TEMA 28 - PARECE CELULAR VEXETAL 163 BLOQUE XI - SISTEMA INMUNITARIO 169 TEMA 29 - XENERALIDADES DO SISTEMA INMUNITARIO 171 EXERCICIOS: PREGUNTAS XERAIS 181 SEMINARIO: O OLLO, SISTEMA INMUNE E ENFERMIDADES OCULARES BIBLIOGRAFÍA 181 GLOSARIO 185 Saleta Corral Campos 3 Bioloxía 4 Saleta Corral Campos 7 TEMA 1 - INTRODUCIÓN BREVE HISTORIA DA CITOLOXÍA E HISTOLOXÍA Aristóteles (384-322 a.C.) na súa obra Historia Animalium analiza a estrutura dos seres vivos. Gabrielle Falopio (1523-1562) sostén que a fibra é a unidade morfolóxica elemental dos organismos: teoría fibrilar. Estivo vixente ata o s.XIX coa Teoría Celular gracias á apari- ción do microscopio. A invención de lentes correctoras produciuse en Florencia (1280 - 1285). Ademais é pro- bable que primeiro se producise a invención do telescopio, xa que o microscopio é un telescopio do revés. Atribúese a invención do microscopio a Hans Lippershey en 1591 aínda que os historia- dores tradicionalmente consideran a Hans e Zacarias Jansen como os inventores do mi- croscopio composto en 1599. Robert Hooke no seu célebre libro Micrographia (publicado en 1665) utiliza por primeira vez o termo célula. No s.XVII Nehemiah Graw establece a estrutura microscópica das plantas. Destacan nes- ta época tamén Marcello Malpighi considerado fundador da histoloxía, Regnier de Graaf e Antoni van Leeuwenhork. Este último crea o microscopio simple, pois os compostos dis- torsionaban moito a imaxe. No século XIX desenvolveuse a Teoría Celular, postulada por separado por Matthias Ja- cob Schleiden (botánico) e Theodor Schwann (zoólogo) (1838-1839), que di que:  A célula é o elemento constitutivo das plantas e animais.  A célula é a unidade funcional do organismo. Rudolf Virchow (1855) completou a teoría celular establecendo que toda célula procede doutra célula. A histoloxía animal xorde en 1800 grazas a Marie Françoise Xavier Bichat. Non obstante, nunca empregou a palabra Histoloxía, empregada por primeira vez por A. Meyer en 1817. A segunda metade do s.XIX é unha época prolífica no estudio citolóxico e histolóxico. Santiago Ramón y Cajal (1852-1934) demostrou a individualidade das células nerviosas deixando xa claro que todos os tecidos estaban formados por células. Teoría neuronal. Max Knoll e Ernst Ruska inventaron o primeiro microscopio electrónico de transmisión en 1931 e en 1965 Cambridge Instrument Co. Produce o primeiro microscopio electrónico de varrido que permite ver a superficie das cousas. Ambos permitiron coñecer a estrutura da célula. Citoloxía significa estudio das células. Histoloxía significa estudio dos tecidos. Actualmente é difícil establecer límites entre as dúas. Bioloxía 8 Saleta Corral Campos 9 TEMA 2 - ORGANIZACIÓN ESTRUTURAL DOS SERES VIVOS 2.1. A APARICIÓN DAS PRIMEIRAS CÉLULAS Crese que todos os organismos evolucionaron dunha célula ancestral común. Actualmen- te sábese que a vida apareceu pouco despois da formación da Terra. A evolución implica dous procesos esenciais: - Que apareza ao azar variación xenética que se transmita aos descendentes. - Que se produza unha selección desa variabilidade xenética en función da mellor adaptación ao medio. Non se sabe certeiramente cómo apareceu a primeira célula. O que si se sabe é que a vida se orixinou pouco despois da creación da terra. Os pasos máis importantes da formación da primeira célula son: 1. Síntese prebiótica de moléculas sinxelas (Teoría da sopa primordial): a vida orixi- nouse no mar, segundo se confirmou co experimento de Miller (formación espon- tánea de moléculas orgánicas). Existen probas (meteoritos que posúen moléculas orgánicas) que isto sucede. A maior CO2 na atmosfera, menor síntese de moléculas orgánicas, pero sempre se produce, nunca chega a anularse. Ademais, en chemineas volcánicas (con moito CO2 e NH3 sendo un medio anae- robio) existen bacterias, polo que hai autores que pensan que é o lugar de orixe da célula (desbotable facilmente). A teoría do gaspacho prebiótico establece que as moléculas orgánicas orixínanse no mar pero tamén habería aporte do espacio por meteoritos e demais materiais extraterrestres. 2. Síntese de grandes polímeros (polinucleótidos, polipéptidos, polisacáridos, lípi- dos). 3. Autorreplicación das moléculas de ARN. 4. Tradución das secuencias de ARN a secuencias de aminoácidos, é dicir, a proteí- nas. 5. Unión de moléculas lipídicas formando compartimentos rodeados de membrana. 6. O ADN substitúe ao ARN como material hereditario, xa que o segundo é moi ines- table e dá lugar a moitas mutacións. 2.2. EVOLUCIÓN DO METABOLISMO Sábese que todas as células utilizan ATP (molécula enerxética por excelencia) como fon- te de enerxía metabólica, polo que a célula ten que xerar ATP para poder vivir. Pénsase que os mecanismos para xerar ATP evolucionaron en tres etapas, correspon- dentes á evolución da glicólise, fotosíntese e metabolismo oxidativo. Na primeira xérase ATP. A segunda foi fundamental para que se xerara O2, a capa atmosférica e, polo tanto, a vida. Bioloxía 12 vista). A súa estrutura é a seguinte: membrana plasmática externa, núcleo, orgánulos e citoes- queleto. Os orgánulos dos que consta son:  Retículo endoplasmático: pode ser de dous tipos, rugoso con ribosomas adheri- dos á membrana, ou liso sen ribosomas adheridos. Encárgase da síntese dalgu- nhas moléculas.  Complexo de Golgi: sistema de cisternas ou sáculos aplanados. Está implicado na modificación, selección e empaquetamento de moléculas, é dicir, é o centro de organización de moléculas.  Lisosomas: vesículas redondas con encimas hidrolíticos. Están implicados na di- xestión celular.  Peroxisoma: vesícula redonda con encimas oxidativos. Está implicado na elimi- nación de metabolitos tóxicos para a célula.  Vesículas de transporte: encárganse do transporte de moléculas entre os distin- tos orgánulos.  Endosomas: vesículas que conteñen material captado fóra da célula por endoci- tose.  Mitocondrias: orgánulo delimitado por unha dobre membrana. Producen enerxía.  Núcleo: contén o material xenético. Está rodeado de membrana. Todo o resto da célula é o citoplasma no que hai unha serie de proteínas filamentosas que forman o citoesqueleto que se atopa implicado a forma das células e nas correntes citoplasmáticas (movementos da célula). As células vexetais teñen ademais:  Parede celular: dá rixidez á célula.  Cloroplastos: realizan a fotosíntese.  Vacúolo vexetal: controla a osmose e está implicado na dixestión vexetal.  Carecen de lisosomas Diferencias entre células eucariotas e procariotas EUCARIOTAS PROCARIOTAS Núcleo SI NON Tamaño GRANDE PEQUENO Citoesqueleto SI NON Orgánulos SI NON ADN MÁIS MENOS Cromosomas ADN LINEAL (varias moléculas) ADN CIRCULAR (unha molécula) Proteínas asociadas a ADN SI NON Ribosomas GRANDES PEQUENOS Saleta Corral Campos 13 2.6. OUTROS ORGANISMOS BIOLÓXICOS Un sincito e un plasmodio son células multinucleadas. As primeiras fórmanse por fusión de células (p.e.: células musculares), mentres que as segundas se forman por división nuclear sen citocinese, é dicir, sen división do citoplasma (p.e.: ascomicetos, fungos). Os virus son organismos que se atopan entre o vivo e o inerte. Son partículas con ácido nucleico (ADN ou ARN) lineal ou circular, encerrado nunha cuberta proteica denominada cápside. Cada proteína constituínte da cápside recibe o nome de capsómero. Hai virus que poden ter envoltura de lípidos (bicapa lipídica); esta provén da membrana plasmática da célula hóspede. Os viroides son axentes patóxenos formados por ARN non codificante (que non produce proteínas) e sen cuberta. Producen infección das plantas. Os prións son formas infecciosas de proteínas que inducen un cambio no mesmo tipo de proteínas. Maioritariamente actúan nas neuronas facendo que acaben morrendo. Bioloxía 14 Saleta Corral Campos 17 TEMA 3 - COMPOSICIÓN E ESTRUTURA DA MEMBRANA PLASMÁTICA 3.1. ESTRUTURA DA MEMBRANA PLASMÁTICA A membrana plasmática é a estrutura que recubre a todas as células, formada por unha bicapa lipídica con proteínas asociadas. As súas principais funcións son:  Actúa como receptor de información  Está implicada no transporte de moléculas  Está implicada no desprazamento e extensión da célula A parte da membrana externa, as células eucariotas teñen membranas internas que ro- dean os distintos orgánulos constituíndo un sistema de endomembranas. A estrutura da membrana externa é igual á das internas, varían lixeiramente en compoñentes e grosor. Singer e Nicolson en 1972 propuxeron un modelo de organización da membrana plasmá- tica que se chama modelo de mosaico fluído da membrana. É o que está actualmente aceptado. Este modelo establece que as proteínas, lípidos e hidratos de carbono sitúanse nunha configuración estable (ver o vídeo asociado a este tema). As proteínas interaccionan coas distintas partes da bicapa lipídica en función das súas propiedades fisicoquímicas. Poden ser de dous tipos:  Proteínas integrais ou transmembrana: atravesan a bicapa lipídica.  Proteínas periféricas: inclúen as proteínas que se insiren na membrana pero non a atravesan completamente, así como a aquelas que se unen a outras proteínas ou aos lípidos de membrana. Tanto lípidos como proteínas son moléculas anfipáticas con parte polar hidrofílica e parte apolar hidrofóbica. Os hidratos de carbono quedan polo lado externo da membrana plasmática e forman o que se coñece como glicocálix. Poden estar unidos a proteínas (glicoproteínas) ou a lípidos (glicolípidos). O grao de desenvolvemento do glicocálix é moi variable. Cada capa lipídica da membrana plasmática denomínase hemimembrana. Bioloxía 18 Que se diga que a membrana é fluída supón: 1) Os lípidos teñen movemento  Difusión lateral  Rotación  Flexión  Difusión transversal: dunha hemimembrana a outra 2) As proteínas teñen movemento  Difusión lateral  Rotación Non obstante, existen proteínas incapaces de desprazarse por estar asociadas ao citoesqueleto ou a outras proteínas da membrana. A fluidez das proteínas demostrouse marcando proteínas con fluorescencia e fu- sionando células. As proteínas da membrana do núcleo non se moven porque es- tán ancoradas ao citoesqueleto. A composición lipídica da membrana pode alterar o movemento das proteínas, así a es- fingomielina, o colesterol e os glicolípidos tenden a agruparse no que se coñece como balsas lipídicas. Hai proteínas que están preferentemente nesas balsas, outras que nunca están e outras que están intermitentemente. A membrana é asimétrica na súa súa composición. Os glicolípidos e glicoproteínas sem- pre están na hemimembrana externa. A fosfatidilcolina e a esfingomielina tamén soen estar na externa, mentres que a fosfatidilserina e a fosfatidiletanolamina se localizan na interna. O colesterol en cambio, atópase indistintamente nas dúas hemimembranas. 3.2. COMPOSICIÓN DA MEMBRANA PLASMÁTICA A membrana plasmática varía a súa composición segundo o tipo celular. As endomem- branas son máis delgadas e varían na proporción de proteínas e lípidos en función do orgánulo e da súa función. 3.2.1. Lípidos de membrana  Fosfolípidos: principais compoñentes lipídicos da membrana  Esfingolípidos: derivados de esfingosina. Cando esta molécula se une a un ácido gra- xo forma a ceramida, que cun grupo fosfato e con colina forma esfingomielina e unida a hidratos de carbono forma glicolípidos que poden ser de dous tipos: cerebrósidos (monosacárido máis ceramida), gangliósido (polisacárido).  Esteroides: o máis común é o colesterol. O colesterol é ríxido, polo que a máis coles- terol máis rixidez da membrana. Saleta Corral Campos 19 3.2.2. Proteínas de membrana Clasifícanse segundo a función en:  Receptoras: detectan sinais químicos e transmítenos ao interior celular.  Transportadoras: entre medio externo e interno, nos dous sentidos.  Encimas: catalizan reaccións.  Conectoras: conectan proteínas a un lado ou outro da membrana. Dentro destas hai dous tipos: - De recoñecemento: unen proteínas de membrana de dúas células. - Estruturais: o resto de proteínas conectoras. Conectan con proteínas da propia célula. As proteínas poden atravesar unha ou varias veces a bicapa lipídica (proteínas trans- membrana) ou incrustarse nunha hemimembrana sen atravesala (proteínas periféricas). As proteínas que traspasan varias veces a membrana poden formar poros acuosos a través dos cales os solutos poden atravesar a membrana plasmática. Hai proteínas que poden unirse a outros lípidos ou a outras proteínas de membrana (pe- riferinas). É importante destacar que as proteínas non teñen unha distribución simétrica na mem- brana, senón que a distribución está relacionada co tipo celular e a función da célula, aparecendo as proteínas en distintas rexións. 3.2.3. Glicocálix Son os hidratos de carbono que revisten a superficie celular externa. Poden estar unidos a proteínas (glicoproteínas) ou a lípidos (glicolípidos). Os hidratos de carbono poden ser oligosacáridos ou polisacáridos. Os oligosacáridos poden unirse tanto a lípidos como a proteínas. Os polisacáridos só poden unirse a prote- ínas. No glicocálix pode haber tamén proteínas asociadas a lípidos ou proteínas de membrana. Normalmente o glicocálix é unha capa moi fina, se ben pode atoparse desenvolvido nal- gunhas células (nas epiteliais, por exemplo). As funcións do glicocálix son: 1) Está implicado na selectividade na incorporación á célula de substancias de baixo peso molecular. 2) Está implicado no recoñecemento específico de células entre si. 3) Está implicado na unión estable entre as células ou na unión estable entre as células e a matriz extracelular. 4) Está implicado no recoñecemento do que é propio e estraño. 5) Ten encimas unidos. 6) Está implicado nos cambios da carga eléctrica do medio extracelular. Bioloxía 22 4.1.2. Tipos de transporte 1) Difusión simple: require moléculas solubles en lípidos ou non cargadas que atrave- san directamente a bicapa lipídica. 2) Difusión facilitada: prodúcese a través das proteínas transportadoras ou de canle a favor de gradiente polo que non hai gasto de enerxía. O que impulsa é o gradiente electroquímico. 3) Transporte activo: desprázase un soluto en contra de gradiente, hai gasto de ener- xía. É realizado por proteínas de transporte específicas: a) Transportadores acoplados: acopla o transporte dun soluto a favor de gradien- te co transporte doutro soluto en contra de gradiente. - Se os dous solutos van no mesmo sentido, denomínase simporte. - Cando os solutos van en sentido contrario, chámase antiporte. - Transporte dun único tipo de soluto nunha soa dirección non é trans- porte acoplado realmente. Denomínase uniporte. b) Bombas impulsadas pola luz (en bacterias): acoplan o transporte coa chegada da luz. c) Bombas impulsadas por ATP: prodúcese un transporte en contra de gradiente con hidrólise de ATP. Hai tres tipos de bombas impulsadas por ATP: - Bombas de tipo P: denomínanse así porque se fosforilan. Son as en- cargadas de manter os gradientes dos ións (Ca2+, Na+, K+). - Bombas tipo F, V ou bombas de protóns: funcionan como turbinas e coñécense como ATP sintetasas. Ou utilizan un gradiente de protóns para sintetizar ATP ou usan ATP para transportar protóns en contra de gradiente. As tipo V só bombean protóns, as de tipo F poden bombear protóns ou utilizar o gradiente de protóns para a síntese de ATP. - Transportadores ABC: transportan pequenas moléculas a través da membrana. Exemplo de transporte activo impulsado pola hidrólise do ATP: Bomba Na+/K+ ATP sintetasa A concentración de Na+ no citosol é menor que no exterior e a de K+ é maior; esta dife- rencia é mantida pola bomba Na+-K+ ATPasa. Esta bomba impulsada por ATP acopla o transporte de tres Na+ cara o exterior co transporte de dous K+ cara o interior en contra dos seus gradientes electroquímicos. Unha vez que hai moito K+ fóra da célula, este pode entrar a favor de gradiente arras- trando a outros solutos mediante un transporte simporte. O proceso completo ocorre nos seguintes pasos (ver o vídeo, Bomba Na+-K+, asociado a este tema): 1) Únense tres Na+ ao lugar de transporte da proteína 2) Fosforílase a proteína co que cambia a súa conformación 3) Únense os K+ no seu sitio de unión 4) A proteína cambia de conformación librando os K+ no interior. Saleta Corral Campos 23 4.2. IONÓFOROS Son pequenas moléculas hidrofóbicas que se disolven na bicapa lipídica aumentando a permeabilidade a ións específicos que poderán pasar a membrana a favor de gradiente. Son sintetizados por bacterias que os utilizan como sistema de defensa liberándoos no medio para que se unan á membrana doutras bacterias e estas perdan o equilibrio iónico. Existen dous tipos: ionóforo transportador móbil e ionóforo formador de canle. 4.3. CANLES PROTEÍNICAS Un exemplo son as porinas presentes en cloroplastos e mitocondrias. Non obstante as canles proteínicas mellor caracterizadas son as canles iónicas que interveñen no tránsito de ións a través da membrana plasmática. Presentan especificidade iónica e a súa aper- tura vén regulada en resposta a estímulos específicos; así temos: - Canle regulada por voltaxe: hai un cambio de potencial de membrana. - Canle regulada por ligando: abre cando un ligando se une. - Canle regulada por concentración iónica - Canle regulada por estimulación mecánica: ábrense cando hai unha unión mecánica. 4.3. POTENCIAL DE MEMBRANA Trátase de cambios rápidos de polaridade a ambos lados da membrana. O potencial de membrana mídese como a diferencia de voltaxe entre os dous lados da membrana. Ao haber unha maior concentración de K+ no interior da célula pola acción da bomba Na+- K+, o K+ tenderá a saír da célula a favor do seu gradiente de concentración. Non obstante, calquera transferencia de cargas positivas cara o exterior deixa no interior cargas negati- vas non equilibradas, creándose un campo eléctrico ou potencial de membrana que se opoñerá á saída de K+ da célula, acadando o sistema un estado de equilibrio no que o potencial de membrana contrarresta ao gradiente de concentración do K+. Este estado recibe o nome de potencial de repouso de membrana. Este potencial oscila entre os -20 e os -200Mv en función do tipo celular, o que indica que o interior da membrana é negati- vo con respecto ao exterior. Calquera cambio na permeabilidade dos ións a través da membrana provoca un cambio no potencial de membrana que depende de que as canles estean abertas ou pechadas e da concentración de ións dentro e fóra da célula. (ver o vídeo Potencial de acción) Bioloxía 24 O potencial de membrana nas neuronas. O impulso nervioso. Un potencial de acción pode causar unha despolarización da membrana, é dicir, a redu- ción da diferencia de potencial. Tamén pode causar unha hiperpolarización, ou o que é o mesmo, o aumento da diferencia de potencial. No primeiro caso, o impulso morre, xa que coa despolarización ábrense as canles de Na+, entra Na+ o que provoca un aumento do potencial de acción. Nas neuronas o potencial de repouso é de -60Mv, coa entrada de Na+ o potencial aumen- ta ata +30Mv. Neste momento péchanse as canles de Na+ e ábrense as de K+, logo sae K+ da célula e baixa o potencial de acción ata -75Mv (por exceso de velocidade de saída de K+). É este feito, que se produza unha hiperpolarización, o que provoca o peche das canles de K+ para volver acadar os -60Mv do potencial de repouso. O impulso transmítese sempre cara diante, porque a célula que se despolariza entra nun estado refractario que non lle permite volver a despolarizarse. A despolarización vaise transmitindo ás distintas partes da membrana. Saleta Corral Campos 27 5.2. FAGOCITOSE O proceso é semellante en todas as células. A célula emite unhas proxeccións que en- globan o material a fagocitar formando un fagosoma. Non require formación de cubertas proteicas. Os fagosomas fusiónanse cos lisosomas formando fagolisosomas. 5.3. EXOCITOSE É o proceso inverso á endocitose que a célula utiliza para desbotar substancias de des- feito ou para exportar substancias que van ser utilizadas noutra parte do organismo. O proceso máis representativo da exocitose é a secreción celular. Hai dous tipos de secreción celular: 1) Secreción constitutiva: realízana todas as células de forma continua. Está implica- da na rexeneración e formación do glicocálix e dos lípidos de membrana. 2) Secreción regulada: só a realizan determinados tipos celulares, as células secre- toras, que segregan determinadas substancias por un estímulo externo. O tamaño da célula sempre é o mesmo porque se recicla por endocitose e exocitose. Bioloxía 28 BLOQUE ll - NÚCLEO E MECANISMOS XENÉTICOS 29 Bioloxía 32 A membrana nuclear atópase perforada polos poros nucleares a través dos cales dáse o paso selectivo de proteínas e ARN entre nucleoplasma e citoplasma. Ademais, esta envoltura nuclear está entrelazada con dúas redes de filamentos interme- dios. A cara interna está asociada a unha fina lámina denominada lámina nuclear, men- tres que a externa atópase rodeada por unha capa menos organizada e sen nome. Formación de filamentos intermedios Os filamentos intermedios constitúen unha rede fibrosa que proporciona soporte estrutu- ral ao núcleo e que participa na organización da envoltura nuclear e da cromatina. Está composta por unha ou varias proteínas que reciben o nome de láminas ou lamininas. Estas interaccionan por un lado coa cromatina e polo outro únense a proteínas específi- cas da membrana nuclear interna (p.e.: emerina e LBR). As láminas ou lamininas ensámblanse unhas con outras formando filamentos interme- dios. A diferencia do resto dos filamentos intermedios da célula que forman fibras, estas forman unha maia, unha rede. Durante a mitose, a envoltura nuclear disgrégase formando vesículas, os poros nucleares disócianse por fosforilación e a lámina nuclear despolimerízase. Esta última desensám- blase mediante a fosforilación das láminas e lamininas, que se separan. Durante a telofase (última fase da mitose) o núcleo volve aparecer. As láminas desfosforí- lanse e volve formarse a lámina nuclear. As vesículas, pola súa parte, únense aos cro- mosomas e despois fusiónanse formando o núcleo. A medida que isto sucede, reorganí- zanse os poros nucleares e a lámina nuclear, por desfosforilación das proteínas. Poros nucleares O número de poros varía coa actividade celular, a maior actividade máis poros e vicever- sa. A estrutura denomínase complexo do poro e ten forma de octámero cunha canle central. Cada unha das subunidades do octámero recibe o nome de radio e atópase uni- da a dúas estruturas proteicas: un anel citoplasmático e un anel nuclear. Dende cada radio, ademais, saen dúas fibras unha cara o citoplasma e outra cara o núcleo. Estas últimas únense a unha estrutura densa, formando o conxunto das dúas a cesta nuclear. Saleta Corral Campos 33 6.2. TRANSPORTE ENTRE NÚCLEO E CITOPLASMA As moléculas pequenas con peso inferior a 60kDa pasan sen problemas a través do poro. As moléculas máis grandes requiren dun transporte activo. O mecanismo de transporte require (ver o vídeo asociado a este tema): 1) Que a proteína que se transporte teña un sinal de localización nuclear que vén sendo unha pequena secuencia de aminoácidos rica en lisina; ou que teña un si- nal de exportación nuclear para saír do núcleo. 2) Que haxa receptores de importación nuclear (importinas) ou de exportación nu- clear (exportinas). Estes receptores únense á secuencia sinal. 3) Da implicación das fibrilas, que parecen estar relacionadas co ensanchamento do poro para o paso das proteínas. Este transporte a través do poro nuclear está regulado pola proteína Ran. O encima RanGEF (factor de intercambio de nucleótido de guanina unido a Ran) fai que a concen- tración de Ran/GTP sexa maior no núcleo. Esa concentración dificulta determinados transportes a través do poro. 6.2.1. Importación de proteínas a través do poro nuclear 1) A secuencia de localización nuclear (NLS) é recoñecida pola importina. 2) A proteína unida ao receptor, diríxese cara as fibrilas do poro. 3) Prodúcese a translocación (paso a través do poro). 4) Dentro do núcleo a importina sepárase da proteína cando se une á Ran/GTP. 5) O complexo importina-Ran/GTP sae ao citoplasma. A medida que sae o encima RanGAP hidroliza o GTP o que fai que a importina se separe. Queda así importina por un lado e Ran/GDP por outro. 6) A Ran/GDP volve entrar ao núcleo unida a un receptor chamado NTF2. Unha vez dentro do núcleo a Ran/GDP fosforílase a Ran/GTP pola acción da RanGEF. 6.2.2. Exportación de proteínas a través do poro nuclear 1) A proteína con sinal de exportación nuclear únese á exportina e á Ran/GTP. 2) O complexo sae a través do poro, onde a RanGAP hidroliza o GTP o que fai que se disocie o complexo en Ran/GDP, exportina e proteína. 3) A exportina volve entrar no núcleo. O Ran/GDP volven entrar segundo o proceso ex- plicado anteriormente. Os ARN para saír do núcleo deben unirse a proteínas con sinais de exportación nuclear. O resto do proceso sería igual. Bioloxía 34 Saleta Corral Campos 37 7.2.2. Organización de ADN e proteínas no cromosoma Ata a fibra de 30nm a compactación do ADN nos cromosomas é igual á da cromatina. Os cromosomas teñen un armazón proteico central no seu interior constituído por proteí- nas non histonas que se unen entre si a nivel do centrómero. A fibra de 30nm empaquétase en asas sobre este armazón central dando lugar a unha fibra de 300nm. Cada unha das asas recibe o nome de microcónvula. Esta fibra empaquétase helicoidalmente formando o grosor da cromátida que serían 700nm de diámetro. Ao sumar as dúas cromátidas, o cromosoma metafásico mide 1400nm. (ver o vídeo asociado a este tema) 7.3. CARIOTIPO É o conxunto dos cromosomas metafásicos ordenados secuencialmente segundo tamaño e forma e que define a cada especie. O número básico de cromosomas dunha célula distínguese coa letra n e representa o número de cromosomas diferentes que hai no cariotipo. As células somáticas teñen repetida a dotación cromosómica pola herdanza materna e paterna, polo tanto o número de cromosomas destas células é 2n. As células sexuais ou gametos teñen reducida a cantidade de ADN, son haploides con n cromosomas. Aos cromosomas atribúeselles un número. Todos os cromosomas non sexuais reciben o nome de autosomas. Os sexuais diferéncianse en X (feminino) e Y (masculino) dando as combinacións XX e XY, polo que non reciben número. Os mapas xenéticos son a localización dos xenes nos cromosomas. 7.4. CROMOSOMAS ESPECIAIS Son formacións cromosómicas atípicas non patolóxicas, é dicir, son normais. Aparecen en determinadas etapas do ciclo celular e en determinados tipos celulares. Os máis re- presentativos son:  Cromosomas plumosos: aparecen na maioría dos oocitos. O ADN desepiralíza- se en determinadas zonas que son transcricionalmente activas.  Cromosomas politénicos: tamén se chaman cromosomas xigantes. Están pre- sentes nos insectos. Cada cromosoma equivale a un cromosoma normal, a dife- rencia é que son máis anchos (hai endorreplicación pero non se separan as cro- mátidas) e máis longos (están algo menos condensados). Bioloxía 38 Saleta Corral Campos 39 TEMA 8 - REPLICACIÓN E TRANSCRICIÓN 8.1. REPLICACIÓN Todos os organismos replican o seu material xenético dunha maneira moi exacta, por tanto cada célula filla recibe moléculas de ADN nas que cada unha posuirá unha cadea antiga e unha recén sintetizada, por iso se di que a replicación do ADN é semiconserva- tiva. A síntese do ADN prodúcese polo encima ADN-polimerasa. En procariotas hai cinco tipos de ADN-polimerasa:  ADN-polimerasa I: reparación e replicación  ADN-polimerasa II, IV e V: replicación de ADN danado.  ADN-polimerasa III: principal encima replicativo. En eucariotas os tipos son:  ADN-polimerasa : funciona unido á primasa  ADN-polimerasa : atópase nas mitocondrias  ADN-polimerasa : replicación do ADN  ADN-polimerasa : replicación do ADN Ademais, existen unha serie de ADN-polimerasas especializadas que interveñen en pro- cesos de replicación de ADN danado. A replicación orixínase nunha estrutura que se chama furco de replicación (ver o vídeo) que é unha rexión do ADN no que as dúas cadeas se separan e cada unha das dúas cadeas serve como molde para sintetizar unha nova. Hai dúas proteínas que abren a hélice e que se denominan ADN-helicasas. Tamén hai outras proteínas que reciben o nome de proteínas de unión ao ADN de cadea simple ou tamén coñecidas como proteínas desestabilizadoras da hélice que se encargan de manter as cadeas rectas. Por último, están as ADN-polimerasas que sintetizan a cadea complementaria á orixinal. Para que se inicie a síntese do ADN precísase dun ARN específico que se chama ARN cebador (ou RNA-primer) sen o que a polimerasa non funciona. O ARN cebador é sinte- tizado por un encima chamado primasa. A ADN-polimerasa só sintetiza en dirección 5’→3’, polo que unha cadea (a complementa- ria a 3’→5’) sintetízase de maneira continua, mentres que a outra sintetízase a fragmen- tos denominados fragmentos de Okazaki. A cadea que se sintetiza de forma continua denomínase cadea condutora e a outra cadea retardada ou retrasada. Bioloxía 42 3) Síntese de ADN transleción: actúan unhas ADN-polimerasas específicas onde se atopa o dano, codificando igualmente como se ese dano non existise. Despois libéra- se a ADN-polimerasa específica e continúa codificando a ADN-polimerasa normal. Tras isto, a parte danada arránxase por algún dos dous métodos anteriores. 4) Reparación recombinatoria: baséase na substitución da parte danada recombinan- do coa mesma parte dunha cadea filla que está ben. Este mecanismo tamén propor- ciona reparación de roturas dobres (que se produzan nas dúas cadeas) mediante a recombinación cun ADN homólogo. Tamén pode producirse a reparación por unión dos extremos. Neste último caso pérdese información. No caso dos virus, que só teñen unha cadea de ácido nucleico, non se poden reparar os erros, pois non hai moldes para facer de guía na reparación. Por este motivo é tan fre- cuente que se dean mutacións nestes organismos (volvéndoos máis virulentos normal- mente). 8.3. SÍNTESE DO ARN OU TRANSCRICIÓN DO ADN Realízaa a ARN-polimerasa que xera unha cadea complementaria a unha das cadeas de ADN que fai de molde. En procariotas só hai un tipo de ARN-polimerasa mentres que en eucariotas hai tres: - ARN-polimerasa I: transcribe os ARNr de gran tamaño - ARN-polimerasa II: transcribe os ARNm e algúns ARN pequenos. - ARN-polimerasa III: transcribe os ARNt e os ARNr de pequeno tamaño. En mitocondrias e cloroplastos tamén hai ARN-polimerasas que son semellantes ás de procariotas. 8.3.1. Proceso de transcrición A ARN-polimerasa comeza a sintetizar cando atopa un promotor, é dicir, unha secuencia do ADN coa secuencia de bases TATAA coñecida como caixa TATA. A ARN-polimerasa únese entón a este promotor. A síntese remata cando a polimerasa atopa un sinal de terminación, ou o que é o mes- mo, unha secuencia de ADN rica en citosina (C) e guanina (G) que é polindrómica (lese igual de esquerda a dereita que de dereita a esquerda). Esta secuencia remata con catro adeninas (A). (ver vídeo de transcrición) A ARN-polimerasa únese ao promotor e vai abrindo as cadeas servindo unha delas de molde para a síntese. A orientación do promotor é a que indica qué cadea serve de mol- de, porque a ARN-polimerasa só sintetiza en dirección 5’→3’. Despois, a ARN-polimerasa vai desprazándose, abrindo a cadea. Por tras, a cadea de ADN volve pecharse e enroscarse. Saleta Corral Campos 43 Cando chega ao sinal de terminación, o ARN forma una estrutura en forma de bucle de- bido precisamente á secuencia polindrómica o que desencadea que o ARN se separe do ADN e se libere o encima, rematando así a síntese. A cadea de ADN empaquétase de novo As ARN-polimerasas traballan en cadea polo que a síntese prodúcese continuamente. 8.3.2. Factores proteicos da transcrición do ARNm  Factores de transcrición: son diversas proteínas que se unen ao ADN promotor fa- céndoo funcional.  Complexo proteico mediador: estimula a transcrición e intervén na asociación dos factores de transcrición  Factor de iniciación: é unha subunidade da ARN-polimerasa. Libérase cando xa se sintetizaron os oito primeiros nucleótidos da cadea de ARN.  Factores de elongación: únense á ARN-polimerasa unha vez liberado o factor de ini- ciación. Serve para elongar a cadea de ARN. Para a transcrición dos ARNr, os ARNt e os ARN de pequeno tamaño, interveñen outros factores de transcrición distintos aos que explicados. 8.4. SÍNTESE E MADURACIÓN DO ARNm En procariotas o ARN que se sintetiza xa é un ARN maduro. En eucariotas non o é, polo que sufre un proceso de maduración. Tanto en procariotas como en eucariotas hai unha serie de proteínas reguladoras que poden ser activadoras ou inhibidoras, cuxa función é determinar qué xenes se transcriben (ver Tema 23). Os ARNm son os que dirixen a síntese de proteínas. En eucariotas a transcrición ten lu- gar no núcleo e a síntese de proteínas no citoplasma, polo que os ARNm saen do núcleo a través do poros nucleares unidos a proteínas con sinal de exportación nuclear (como xa se explicou no Tema 6). Pero antes de saír do núcleo o ARNm precisa madurar mediante o seguinte proceso:  Unión do capuchón no extremo 5’: Unha vez que se sintetiza o extremo 5’ do ARNm, bloquéase mediante a unión dunha guanina (G) cun grupo metilo a este ex- tremo 5’.  Poliadenilación do extremo 3’: No extremo 3’ únense varios nucleótidos de adenina (A) que é o que se coñece como cola poli A. O conxunto destes dous procesos dá lugar ao ARN precursor. En eucariotas este ARN ten zonas codificantes chamadas exóns e zonas non codificantes denominadas intróns. En procariotas todo o ARN é codificante. Bioloxía 44  Eliminación de intróns: Os intróns elimínanse no núcleo pouco despois de comezar a síntese e de poñer o capuchón no extremo 5’. Ao eliminar todos os intróns quedan unidos todos os exóns e con elo remata a maduración do ARNm quedando unha molécula funcional. Os intróns elimínanse por encimas constituídos por proteínas e ARN (ribonucleoprote- ínas) denominados pequenas partículas ribonucleoproteicas nucleares (snRNP). O proceso pode ser: o Proceso de corte e empalme: En cada intrón un grupo destas proteínas snRNP ensámblanse sobre o ARN. Únense a cada extremo do intrón, córtano, unen os extremos dos exóns e liberan os intróns como un lazo. A este conxunto de proteí- nas chámaselle espliceosoma ou corpo de corte. Este proceso presenta unha serie de particularidades: 1) Corte e empalme alternativo ou maduración alternativa: ocorre en eucariotas superiores (non en todas as especies). Supón que a partir dun único ARN precursor poden formarse distintos ARNm e, polo tanto, dar lugar a diferentes proteínas. Prodúcese por combinación dos exóns. 2) Corrección ou edición do ARNm: tamén son procesos de maduración que o que fan é alterar algunhas bases do ARNm; polo tanto, a partir dun único ARNm poden formarse varias proteínas estrutural e funcionalmente distintas. o Proceso de autoempalme: Os propios ARN son capaces de catalizar a eliminación dos seus propios intróns o que supón que o ARN ten actividade catalítica. Unha vez que o ARN está maduro pasa ao citoplasma unido a proteínas. Despois únese aos ribosomas producíndose a tradución a proteínas. 8.5. SÍNTESE E MADURACIÓN DO ARNt O mecanismo do corte e empalme para a eliminación de intróns é distinto. En lugar de ARNt precursor, que sería análogo ao ARNm precursor, fálase de pre-ARNt. O mecanismo de corte e empalme é realizado por unha endonucleasa que corta os in- tróns e libéraos de maneira lineal (no ARNm facíanse lazos). Algúns pre-ARNt poden ter varias moléculas de ARNt independentes. O proceso de maduración comeza cun corte no extremo 5’ do ARNt realizado polo ribo- zima ARNasa-P. Tamén se produce un corte no extremo 3’, neste caso realizado por unha ARNasa convencional. Despois engádese no extremo 3’ unha secuencia de tres bases de CCA. Por último, modifícanse bases en determinadas posición dos ARNt1. 1 Os ARNt posúen bases distintas ás coñecidas (C, G, A, T, U). Estas son unha modificación das bases nor- mais. Saleta Corral Campos 47 TEMA 9 - RIBOSOMAS E SÍNTESE DE PROTEÍNAS 9.1. RIBOSOMAS Están constituídos por ARN e proteínas e a súa función é a síntese de proteínas. Cada ribosoma está formado por unha subunidade maior e unha menor. Esta última úne- se ao ARNm e ao ARNt, mentres que a subunidade grande cataliza a formación dos en- laces peptídicos. Localízanse no protoplasma en procariotas. En eucariotas poden localizarse no retículo endoplasmático rugoso (adheridos á membrana), libres no citosol, na matriz das mitocon- drias e no estroma dos cloroplastos. 9.1.1. Tipos de ribosomas Caracterízanse polo coeficiente de sedimentación que é un índice da velocidade de sedimentación e exprésase en unidades s de Svedberg. En eucariotas os ribosomas teñen un tamaño total de 80s. A súa subunidade maior é de 60s e a menor de 40s. A primeira está constituída á súa vez por unhas 49 proteínas e ARNr de 5’8s, 28s e 5s. A subunidade menor ten ARNr de 18s e unhas 33 proteínas. En procariotas o tamaño dos ribosomas é de 70s. A subunidade maior contén dous ARNr de 23s e 5s e 34 proteínas, mentres que a menor está formada por ARNr de 16s e 21 proteínas. Os ribosomas de mitocondrias e cloroplastos teñen unha subunidade maior de entre 35s e 60s con dous ARNr de 16-19s e de 3-5s; así como unha subunidade menor de entre 25s e 40s con ARNr de 12-16s. O número de proteínas destes orgánulos non está carac- terizado. 9.1.2. Estrutura dos ribosomas Teñen catro sitios de unión na subunidade menor para o ARN: un para o ARNm e tres para o ARNt. Estes últimos son:  Sitio P: nel localízase a molécula de ARNt unida á proteínas que se está a sinteti- zar.  Sitio A: por el entra outro ARNt unido a un aminoácido. Para que este ARNt entre no sitio A a secuencia de tres nucleótidos do ARNt (anticodón) ten que ser com- plementaria aos tres nucleótidos correspondentes do ARNm (codón).  Sitio E: é o lugar de saída do ARNt xa sen aminoácidos. Bioloxía 48 9.1.3. Código xenético Cada aminoácido está especificado por un triplete de nucleótidos do ARNm que recibe o nome de codón e é complementario ao triplete do ARNt, denominado anticodón. O ARN está composto de catro tipos de nucleótidos (A, U, G e C) polo que hai 64 combi- nacións posibles para os codóns e anticodóns. Tres destes tripletes, UAG, UGA e UAA, son de terminación, polo que non codifican para ningún aminoácido, senón que especifi- can o momento no que remata a síntese da cadea peptídica. Os 61 tripletes restantes codifican os 20 aminoácidos, polo que cada aminoácido pode estar codificado por máis dun triplete, razón pola cal se di que o código xenético é dexe- nerado, o que implica que haxa máis dun ARNt para algúns aminoácidos. A pesar de que hai 61 tripletes, só existen 31 ARNt. Sucede tanto en procariotas como en eucariotas e implica que algúns ARNt son capaces de recoñecer máis dun codón do ARNm. Isto débese a algo que se coñece como o balanceo, que non é outra cousa que o desemparellamento na terceira posición do triplete, o que supón que non é necesaria a complementariedade entre ARNt e ARNm nesa base. Esta terceira posición do codón do ARNm é moi feble o que permite que no caso de haber unha guanina tamén se poida unir un uracilo ademais da citosina que correspondería por complementariedade. Por outro lado, a inosina (base nitroxenada presente nos ARNt) sería capaz de unirse ao uracilo, á citosina e á adenina na terceira posición do codón. O código xenético está altamente conservado, é dicir, é igual para todos os seres vivos (bacterias, plantas e animais). Non obstante o código xenético das mitocondrias ten algu- nhas diferencias. CÓDIGO XENÉTICO2 Segunda base U C A G P ri m e ir a b a s e U UUU Phe UCU Ser UAU Tyr UGU Cys U T e rc e ira b a s e UUC UCC UAC UGC C UUA Leu UCA UAA Stop UGA Stop A UUG UCG UAG Stop UGG Trp G C CUU Leu CCU Pro CAU His CGU Arg U CUC CCC CAC CGC C CUA CCA CAA Gln CGA A CUG CCG CAG CGG G A AUU Ile ACU Thr AAU Asn AGU Ser U AUC ACC AAC AGC C AUA ACA AAA Lys AGA Arg A AUG Met ACG AAG AGG G G GUU Val ACU Ala GAU Asp GGU Gly U GUC ACC GAC GGC C GUA ACA GAA Glu GGA A GUG ACG GAG GGG G 2 Phe: fenilalanina; Leu: leucina; Ile: isoleucina; Met: metionina; Val: valina; Ser: serina; Pro: prolina; Thr: treonina; Ala: alanina; Tyr: tirosina; His: histidina: Gln: glutamina; Asn: Asparaxina; Lys: lisina; Asp: ácido aspártico; Glu: ácido glutámico; Cys: cisteína; Trp: triptófano; Arg: arxinina; Gly: glicina. Saleta Corral Campos 49 9.2. SÍNTESE DE PROTEÍNAS (ver vídeo tradución do ARNm) Consiste en que unha secuencia de nucleótidos do ARNm é traducida a unha secuencia de aminoácidos das proteínas. Este proceso lévase a cabo polos ARNr con colaboración dos ARNt. Os ARNt nun extremo teñen un triplete que recoñece ao complementario do ARNm. Nou- tro extremo ten unido o aminoácido correspondente segundo o código xenético. As moléculas de ARNt son moléculas dunha soa cadea de ARN que se prega sobre si mesma por complementariedade de bases. O recoñecemento do aminoácido co seu ARNt propio realízase polos encimas aminoacil ARNt sintetasas, habendo un encima distinto por cada aminoácido (logo 20 encimas). A síntese de proteínas ten lugar en tres fases: fase de iniciación, fase de elongación e fase de terminación. Prodúcese de maneira moi semellante en procariotas e eucariotas. Para que se produzan estas fases precísanse unha serie de proteínas accesorias que interveñen nas tres fases, que reciben o nome de factores de tradución e que se divi- den en factores de iniciación, factores de elongación e factores de terminación. 1º Fase de iniciación Hai un ARNt iniciador que ten que colocarse no lugar P do ribosoma (na subunidade pe- quena). Este ARNt sempre está unido ao aminoácido metionina no caso de eucariotas e formil-metionina no caso de procariotas. Despois, o ARNr (a subunidade pequena) recoñece ao ARNm, en concreto recoñece o capuchón 5’ do mesmo e únese a el. Esta subunidade pequena desprázase polo ARNm ata que atopa un triplete que é o co- dón de iniciación (AUG) e únese a el cando o atopa. Neste momento, únese a subunidade maior do ribosoma. Ademais pode incorporarse un ARNt ao sitio A. A partir de aquí comeza a fase de elongación Na secuencia do ARNm pode haber moitas posibilidades de que haxa varios AUG. En eucariotas, ao recoñecer o extremo 5’ o ribosoma comeza a codificar sempre dende este punto situándose a metionina no primeiro AUG que aparece. Por isto os ARNm son mo- nocistrónicos, é dicir, cada ARNm só dá lugar a un tipo de proteínas. Non obstante, en procariotas non hai capuchón 5’, polo que o ARNm ten múltiples sitios de inicio da tradución. Por tanto o ribosoma pode unirse a varias zonas o que supón que os ARN son policistrónicos, xa que poden dar lugar a varios tipos de proteínas. 2º Fase de elongación Comeza cando se une un ARNt ao sitio A. Despois fórmase un enlace peptídico entre o aminoácido que carga este ARNt cos outros aminoácidos que forman a cadea peptídica. Bioloxía 52 Saleta Corral Campos 53 TEMA 10 - MUTACIÓNS. XENÉTICA DE POBOACIÓNS 10.1. MUTACIÓNS Unha mutación é un cambio na secuencia de bases do ADN que ten como consecuencia a aparición de xenes novos ou dotacións cromosómicas novas. A evolución dos seres vivos é resultado de mutacións sufridas ao longo do tempo. Hai distintos tipos de muta- cións:  Segundo a causa que as orixinan - Mutacións espontáneas - Mutacións inducidas  Segundo o tecido afectado - Mutacións somáticas - Mutacións xerminais  Segundo o material afectado - Mutacións xénicas - Mutacións cromosómicas - Mutacións xenómicas 10.1.1. Mutacións espontáneas Prodúcense por distintas causas: - Erro na replicación do ADN - Lesións espontáneas o Despurinización o Desaminación (citosina para a uracilo) o Danos oxidativos (timina pasa a glicol de timina) - Secuencias traspoñibles ou trasposóns: son secuencias de ADN que teñen a pro- piedade de cambiar de posición dentro do xenoma. Se este trasposón se mete no medio dun xene (zona codificante) pode facer que o xene sexa non funcional ou que sendo non funcional pase a transcribirse 10.1.2. Mutacións inducidas Débense á acción de mutáxenos que son calquera axente físico, químico ou biolóxico que produce mutacións. Estes producen a mutación por distintos mecanismos: - Substitución de bases por compostos análogos o que produce emparellamentos erróneos. - Modificación de bases o que produce emparellamentos erróneos e mala codifica- ción. - Danos nas bases que poden impedir a duplicación do ADN. Bioloxía 54 10.1.3. Mutacións somáticas Poden afectar a calquera célula non reprodutiva. Se esta mutación se produce na etapa embrionaria o individuo terá células con fenotipos distintos. Estas mutacións non se transmiten á xeración seguinte. Un exemplo deste tipo de mutación é a produción de cor nas flores. 10.1.4. Mutacións xerminais Afectan ás células reprodutoras, polo que se transmiten ás xeracións seguintes. Teñen importancia a nivel evolutivo. 10.1.5. Mutacións xénicas Afectan a un ou varios xenes. Poden ser - Transicións: unha base é substituída por outra base da mesma natureza química (adenina por guanina ou guanina por adenina, por exemplo). Nestes casos pode que a mutación non teña relevancia a nivel do organismo. - Transversións: supón o cambio dunha base por outra que ten distinta natureza quí- mica. - Insercións: gáñanse un ou máis nucleótidos, o que cambia a pauta de lectura. - Deleccións: pérdense un ou máis nucleótidos, o que cambia a pauta de lectura. - Inversións: invírtese un segmento do xene. - Transposicións: un segmento cambia de situación dentro dun xene ou a outro xene Estas mutacións poden alterar ou non a secuencia de aminoácidos. Segundo os cambios que se producen nas proteínas as mutacións xénicas poden ser: o Mutación silenciosa: o aminoácido sintetízase da mesma maneira que sen muta- ción. o Mutación neutra: un aminoácido cambia por outro equivalente, polo que a proteína segue sendo funcional. o Mutación de cambio de sentido: aparece un novo triplete que codifica para un aminoácido distinto. A proteína perde a súa función. o Mutación sen sentido: aparece un codón de terminación. A proteína perde a fun- ción. o Mutación de cambio na pauta de lectura: hai una adición ou delección dun ou va- rios pares de nucleótidos, sempre que non sexan múltiplos de tres. Pode que a proteína que se forme sexa funcional ou non. 10.1.6. Mutacións cromosómicas Afectan a un segmento cromosómico polo que afecta a varios xenes á vez. Os tipos son:  Deficiencias: pérdese un segmento BLOQUE IV - SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS 57 Bioloxía 58 Saleta Corral Campos 59 TEMA 11 - RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO O retículo endoplasmático é un sistema de sáculos e túbulos membranosos que están interconectados e que se estenden dende a envoltura nuclear ao resto do citoplasma. No seu interior delimita unha cavidade que se chama lumen. Clasifícase en retículo endoplasmático rugoso e retículo endoplasmático liso por ter o primeiro ribosomas adheridos á membrana e o segundo non. Ademais, o retículo endo- plasmático liso soe ser máis escaso, pero isto depende do tipo celular. 11.1. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO RUGOSO (RER) O retículo endoplasmático rugoso é unha rede de sáculos ou cisternas. O espesor da súa membrana é de 6-7nm (máis fina que a membrana plasmática de 10nm). O espesor do lumen oscila de 20-40nm a 500nm dependendo do tipo e actividade celular. O lumen vis- to a microscopio electrónico é moi clariño, é dicir, pouco denso aos electróns. A súa membrana ten un 30% de lípidos e un 70% de proteínas. Os fosfolípidos son os máis abundantes. Os ribosomas adhírense á membrana porque se unen a uns receptores específicos (receptores do ribosoma). Así mesmo, na membrana e na cavidade do retí- culo atópanse proteínas implicadas na translocación, glicosilación e procesado das prote- ínas. FUNCIÓNS DO RER 11.1.1. SÍNTESE DE PROTEÍNAS O retículo endoplasmático rugoso está implicado na síntese de proteínas. O retículo ac- túa como punto de entrada tanto das proteínas que van ser destinadas ao lumen do RER, como das que quedan inseridas na súa membrana. As proteínas que se sintetizan no retículo tamén pasan ao aparello de Golgi, aos lisosomas, á membrana plasmática ou segréganse mediante transporte vesicular. As proteínas que se dirixen ao retículo poden entrar nel de dúas maneiras: - Mediante translocación cotraduccional das proteínas que se sintetizan nos ribo- somas adheridos á membrana. - Mediante translocación postraduccional das proteínas sintetizadas en ribosomas libres e translocadas posteriormente ao retículo. As proteínas citosólicas, do núcleo, das mitocondrias, dos cloroplastos e dos peroxiso- mas sintetízanse en ribosomas libres do citosol, polo que sempre sofren translocación postraduccional. (ver o vídeo translocación postraduccional) Bioloxía 62 Non obstante as proteínas tamén poden inserirse na membrana do retículo mediante se- cuencias sinal internas que non se escinden. Neste caso, o extremo carboxilo terminal queda cara o lumen, sendo a mesma secuencia sinal a que se insire na membrana (non existe secuencia de detención). Pódese deducir pois, que a situación da secuencia sinal é a que dirixe a orientación da proteína. As proteínas que se insiren varias veces na membrana seguen o mesmo proceso inicial que as demais, pero neste caso existe unha combinación entre secuencias de sinal inter- na e secuencias de detención da translocación, en función do número de veces que a proteínas atravese a membrana. Saleta Corral Campos 63 11.1.2. MODIFICACIÓN DE PROTEÍNAS O retículo está implicado na modificación das proteínas mediante os seguintes procesos: 1) FORMACIÓN DE PONTES DISULFURO Fórmanse entre cisteínas espontaneamente e axudan a estabilizar a estrutura terciaria e cuaternaria de moitas proteínas, logo danse ao azar. Posteriormente estas pontes sofren unha reestruturación ata que acadan a súa confor- mación máis estable, proceso catalizado pola disulfuro isomerasa. 2) PREGAMENTO CORRECTO Esta modificación está relacionada coa anterior. As chaperonas BiP únense ás cadeas polipeptídicas cando atravesan a membrana, favorecendo o correcto pregamento e en- samblaxe das proteínas no retículo. As chaperonas poden estar tanto no lumen como na membrana do retículo e axudan ao pregamento de proteínas tanto solubles como trans- membrana4. A calnexina e a reticulina son dous exemplos de chaperonas que realizan esta función. As chaperonas BiP unidas á molécula sinal de localización na membrana teñen outra función. En condicións de estrés celular, acumúlanse as proteínas mal pregadas o que fai que as BiP se liberen das moléculas sinalizadoras o que desencadea a resposta a pro- teínas non pregadas. Esta resposta consiste na inhibición da síntese de proteínas, au- menta a expresión das chaperonas e aumenta a actividade dos proteosomas. Estes últimos son complexos proteicos que degradan proteínas. As proteínas mal pregadas márcanse con ubiquitina para a súa degradación. A proteína entra entón no proteosoma onde será degradada liberándose os aminoácidos e a ubiqui- tina que serán reutilizados. Os proteosomas atópanse no citoplasma, polo que as proteí- nas a degradar que se encontran no retículo terán que saír do mesmo a través dos tran- slocóns. 3) ENSAMBLAXE DE PROTEÍNAS MULTIMÉRICAS Son aquelas proteínas que teñen dous ou máis polipéptidos. Son ensambladas no retícu- lo por chaperonas BiP (p.e.: inmunoglobulinas). 4) EXPORTACIÓN DE PROTEÍNAS Só as proteínas correctamente ensambladas e pregadas son exportadas dende o retículo ao orgánulo destino. Isto supón un control de calidade da proteína (que é outra función do retículo). En primeiro lugar pensouse que a degradación das proteínas sucedía no retículo pero nunca se puido demostrar a existencia de proteasas no seu interior. Polo tanto, as proteí- nas mal pregadas ou mal ensambladas son retrotransportadas. 4 NOTA: as proteínas que se sintetizan en ribosomas libres do citoplasma tamén se pregan correctamente gracias a unhas chaperonas que se atopan no citoplasma. Bioloxía 64 Todas as proteínas que se sintetizan no retículo pasan ao aparello de Golgi por transpor- te vesicular. Despois, as que se precisan no retículo volven. As proteínas que posúen sinais de exportación son proteínas de membrana, polo que outras proteínas sen sinal (tanto solubles como transmembrana) deben unirse a elas para ser transportadas. Tamén hai proteínas que carecen de sinal de exportación pero que marchan por defecto ao formarse as vesículas de transporte. As proteínas específicas do retículo teñen un sinal de retención que fai que volvan de novo. En proteínas solubles este sinal é o sinal de retención KDEL que se une a recep- tores desa secuencia que se atopan na cara cis do aparello de Golgi. Nas proteínas transmembrana os sinais de retención son KKXX ou KXKX (onde x representa a calque- ra aminoácido) que se unen directamente a proteínas de revestimento das vesículas de transporte. 5) GLICOSILACIÓN No retículo prodúcese a primeira parte da glicosilación das proteínas, proceso que supón a unión dun oligosacárido ás proteínas. Esta reacción está catalizada polo encima glico- sil-transferasa. O oligosacárido que se transfire é sintetizado na membrana do retículo unido a un lípido transportador denominado dolicolfosfato. Algunhas proteínas de membrana únense, ao sintetizarse, a glicolípidos denominados glicosilfosfatidilinositol (GFI). Despois, por transporte vesicular, estas proteínas que- dan no exterior da membrana (lumen ou medio extracelular) 11.2. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO LISO (REL) Non presenta ribosomas adheridos á membrana. Trátase dunha rede de túbulos interco- nectados. As membrana do RER continúanse cas do REL polo que posúen o mesmo grosor e unha composición similar, aínda que a membrana no REL ten máis lípidos, menos proteínas e menos colesterol. Neste retículo atópanse proteínas específicas como a ATPasa Ca2+ dependente. A distribución e cantidade deste orgánulo na célula varía segundo o tipo de célula. FUNCIÓNS 1) SÍNTESE DE FOSFOLÍPIDOS DE MEMBRANA Prodúcese na hemimembrana da cara citosólica a partir de precursores que están no citosol, polo que só medra unha hemimembrana. Non obstante, existen uns encimas de- nominados flipasas inespecíficas (movemento flip-flop) que se ocupan de equiparar a diferencia de hemimembranas. Saleta Corral Campos 67 TEMA 12 - APARELLO DE GOLGI Denomínase así porque o descubriu Camilo Golgi. Trátase dun orgánulo formado por varias unidades que se chaman dictiosomas cada un dos cales é un conxunto de sácu- los ou cisternas aplanadas que poden estar conectadas entre si por unha estrutura que tende a ser máis ou menos tubular. O número de dictiosomas varía dependendo do tipo celular e da actividade da célula. O aparello de Golgi ten dúas caras: unha de entrada ou cara cis máis próxima ao retícu- lo, e outra de saída ou cara trans máis próxima á membrana plasmática. As proteínas solubles e de membrana e os lípidos de membrana chegan do retículo ao complexo de Golgi pola cara cis e transportánse por vesículas de transporte entre as cis- ternas do dictiosoma, nas dúas direccións. Da cara trans saen unhas vesículas de maior tamaño que se denominan vesículas de secreción e que se fusionan coa membrana celular ou cos lisosomas. (ver vídeo asociado a este tema) 12.1. COMPOSICIÓN QUÍMICA DO GOLGI Está formado nun 65% por proteínas e nun 35% por lípidos. Polo demais ten as caracte- rísticas típicas do resto de membranas: asimetría de lípidos entre hemimembranas e en- cimas específicos. No lumen das cisternas a composición é semellante á do retículo, conteñen unha solu- ción acuosa de proteínas, glicoproteínas e lipoproteínas. 12.2. FUNCIÓNS DO GOLGI 1) Procesa e distribúe as proteínas e lípidos do retículo cara a membrana plasmática, o medio extracelular por secreción ou cara os lisosomas. 2) Nas células vexetais, sintetiza polisacáridos complexos da parede celular. 3) No seu interior ocorre o proceso de glicosilación que comeza no retículo. En glico- proteínas maduras encóntranse dúas clases de N-oligosacáridos: - Oligosacáridos ricos en manosa: veñen así dende o retículo, non sofren modi- ficacións no Golgi. - Oligosacáridos complexos: sofren unha serie de unións e eliminacións de mo- nosacáridos ata que se completa o oligosacárido. Este proceso é a N-gli- cosilación. 4) Prodúcese a O-glicosilación que consiste na unión de azucre a un terminal –OH tanto en proteínas como en lípidos. 5) Márcanse as proteínas destinadas aos lisosomas con manosa-6-fosfato. Bioloxía 68 6) Síntese de esfingomielina e glicolípidos. 7) Sulfatación de tirosinas e carbohidratos. Todas estas funcións están compartimentalizadas, é dicir, hai determinadas funcións que só ocorren en determinadas cisternas do Golgi. A glicosilación prodúcese nas hemimembranas internas. Despois por transporte vesicular os azucres quedarán pola cara externa da membrana formando o glicocálix. Ademais, tamén por transporte vesicular, renóvanse as membranas dos orgánulos. 12.3. TRANSPORTE VESICULAR As vesículas de clatrina (ver Tema 5) están implicadas na pinocitose, pero tamén se for- man para o transporte entre o Golgi e os lisosomas (ida e volta). Existen outro tipo de proteínas de recubrimento de vesículas denominadas coatómeros ou vesículas COP. Destas hai dous tipos as COPI e as COPII implicadas en dous tipos de transporte distintos. As COPI están implicadas no transporte entre as cisternas do Golgi en ambos sentidos. Tamén interveñen no transporte do Golgi cara o retículo, así como, no transporte do Golgi cara a membrana. As COPII están implicadas no transporte vesicular do retículo cara o Golgi. Formación de vesículas COP Ensámblanse os coatómeros sobre a cara citosólica da membrana doadora (a que forma a vesícula). Este proceso está regulado por dúas proteínas segundo os tipos de coatóme- ros que sexan: - A Sar1 que é unha GTPasa necesaria para a ensamblaxe dos coatómeros COPII - A Proteína ARF que é unha GTPasa implicada na unión das COPI Estas proteínas reguladoras insírense na membrana unidas a GTP polo mesmo proceso que nas vesículas de clatrina. A unión dos coatómeros coas Sar1 ou as ARF empuxa a membrana, producindo a xemación da vesícula cara o lado citosólico. A hidrólise do GTP produce a disgregación da cobertura proteica, deixando a membrana libre para a súa fusión coa membrana diana. Fusión das vesículas As vesículas posúen unhas proteínas transmembrana chamadas v-SNARE, mentres que as membranas diana teñen outras proteínas denominadas t-SNARE. Para que a fusión se produza, é necesaria unha interacción entre as v-SNARE e as t-SNARE o que require doutras proteínas efectoras, as Rab, que se unen a GTP, é dicir, consumen enerxía. Es- tas proteínas Rab aproximan as dúas membranas (a da vesícula e a diana) ata estar ca- Saleta Corral Campos 69 se en contacto directo. Isto xera unha inestabilidade das bicapas lipídicas que rematan por fusionarse. As proteínas NSF e snap desmontan o complexo SNARE con gasto de enerxía, perma- necendo as v-SNARE e as t-SNARE na membrana diana. Ademais existen fusións específicas que se dan en moitos tipos de exocitose. Estas oco- rren en lugares específicos da membrana plasmática que xe chaman exocitos e que son complexos proteicos de oito proteínas que se forman pola unión vesicular mediada por SNARE normal. As proteínas que interveñen neste tipo de fusión son as Rab11 e as ARFG encargadas ambas de formar o complexo. Bioloxía 72 Funcións dos lisosomas Estes orgánulos degradan distinto tipo de substratos que, dependendo da súa orixe, se- guen distintas rutas ata os lisosomas: endocitose, fagocitose e autofaxia. - Endocitose: introdúcense por esta vía macromoléculas e lípidos. Primeiro fórman- se endosomas temperáns que se fusionan dando endosomas tardíos. Estes últi- mos fusiónanse cos lisosomas primarios dando lugar a lisosomas secundarios ou endolisosomas. Despois hai vesículas de reciclaxe. - Fagocitose: as partículas máis grandes degrádanse por fagocitose que supón a formación de fagosomas que se unen aos lisosomas, dando lugar aos fagoliso- somas que son tamén lisosomas secundarios. - Autofaxia: consiste en rodear aos orgánulos inservibles da célula coa membrana do retículo. Formándose autosomas ou autofagosomas que se unen a un liso- soma constituíndo o que se denomina como autofagolisosomas. Unha vez producida a dixestión os compoñentes serán reutilizados e o que non se poida reutilizar será eliminado pola célula mediante exocitose. En moitos tipos celulares este material de desfeito fica dentro da célula formando corpos residuais. Nalgunhas células obsérvanse outro tipo de lisosomas que conteñen pequenas vesículas e que se denominan corpos multivesiculares. Fórmanse por invaxinación da propia membrana do lisosoma. A súa función é a degradación das proteínas transmembrana do lisosoma que precisan estar marcadas con anterioridade pola ubiquitina para indicar que deben ser degradadas. Formación dos encimas lisosómicos e transporte ao lisosoma As proteínas do lisosoma sintetízanse no retículo e pasan á cara cis do Golgi onde son marcadas co residuo de manosa-6-fosfato. Despois de avanzar por transporte vesicular a través dos distintos sáculos do dictiosoma, chegan á cara trans do Golgi. Alí, as proteínas únense aos receptores de manosa-6-fosfato que se atopan na membrana. Estes recepto- res son proteínas transmembrana que se unen pola cara citosólica ás adaptinas e ás cla- trinas (ver Tema 5). Unha vez formada a vesícula, libéranse as clatrinas. A vesícula fusiónase co lisosoma, onde o Ph ácido fai que o encima se disocie do recep- tor. Despois elimínase o grupo fosfato da manosa, tras o cal a proteína é activa e funcio- nal. A reciclaxe dos receptores de manosa-6-fosfato prodúcese por formación de vesículas recubertas de retrómeros que rematan por fusionarse co complexo de Golgi. Saleta Corral Campos 73 13.2. VACÚOLOS VEXETAIS As células animais tamén posúen vacúolos en máis número e de menor tamaño, xa que os das células vexetais soen ser menos e máis grandes. De feito, soen presentar un só que ocupa un tercio do volume celular. O vacúolo é un orgánulo rodeado de membrana, denominada tonoplasto. Esta ten unha composición moi semellante á da membrana plasmática, pero é un pouco máis grosa. Os vacúolos soen ter aparencia amorfa e conteñen sales, azucres e encimas. Tamén pode ter estruturas cristalinas de maior tamaño. Funcións dos vacúolos - Facilitar o intercambio co medio externo, xa que aumenta a superficie celular por ex- tensión do citoplasma. - Intervén na turxencia celular xa que a auga tende a entrar nel. - Regula a concentración de determinados ións e o pH do citosol. - Intervén nos procesos de dixestión celular, pois as hidrolasas ácidas atópanse no vacúolo, aínda que tamén as hai na parede celular. - Almacena substancias de reserva e subprodutos do metabolismo. Bioloxía 74 Saleta Corral Campos 77 TEMA 14 - MITOCONDRIAS A forma das mitocondrias é moi variable, pero a máis típica e común é en forma de bas- tón. O seu número varía moito en relación ao tipo celular e á súa función, pode haber ata mil millóns. As súas dimensións tamén varían. A mitocondria é un orgánulo recuberto de dobre membrana (dúas bicapas lipídicas), unha externa e outra interna. Entre as dúas delimítase un espacio denominado espacio inter- membrana. O interior da mitocondria denomínase matriz mitocondrial. A membrana interna ten unha serie de pregamentos cara o interior que se denominan cristas mitocondriais. O número de cristas é variable en relación ao tipo e función celu- lar, de maneira que canto maior sexa a actividade da célula máis cristas terán as mito- condrias. 14.1. COMPOSICIÓN QUÍMICA DAS MITOCONDRIAS 14.1.1. Membrana externa Ten un 60% de proteínas e un 40% de lípidos. Ten poucos encimas. Caracterízana a presencia de porinas que son canles acuosas, polo que esta membrana é permeable a todas as moléculas menores de 6000Da. 14.1.2. Membrana interna Ten un 80% de proteínas e un 20% de lípidos. As proteínas poden clasificarse en tres grupos: 1) Proteínas de canle respiratoria e encimas complementarios: complexo FADH des- hidroxenasa, complexo NADH oxidasa, flavoproteínas e o complexo de citocro- mos b-C1, citocromo C e complexo citocromo oxidasa. 2) ATP sintetasa (ATPasa) mitocondrial (ver o vídeo ATP sintetasa) 3) Transportadores específicos  Transportador de ADP-ATP  Transportador de ións (Ca2+ e fosfato)  Transportador de piruvato  Transportador de ácidos orgánicos. ATP SINTETASA Consta de dúas partes: - Unha cabeza que mira cara a matriz (distinta nos cloroplastos). É a parte que ten función ATPasa realmente e denomínase F1. Bioloxía 78 - Unha parte transmembrana denominada F0. Trátase dun transportador de H +. Cada unha destas partes está formada por varias subunidades, é dicir, son proteínas multiméricas. Esta ATPasa é un mecanismo reversible, o que quere dicir que emprega o fluxo de H+ a favor de gradiente para producir ATP, ou pode gastar ATP para transportar H+ en contra de gradiente. TRANSPORTADOR DE ADP-ATP Transporta o ATP cara o espacio intermembrana e o ADP cara a matriz mitocondrial. O ATP sae na membrana externa ao citoplasma a través das porinas. 14.1.3. Espacio intermembrana A súa composición é moi semellante á do citosol dende un punto de vista de ións e molé- culas pequenas, xa que pasan a través das porinas por difusión. Ten poucos encimas e deles o máis importante é a adenilato quinasa que cataliza a seguinte reacción: AMP + ATP → 2 ADP Isto é necesario para ter ADP na matriz e fosforilalo a ATP. 14.1.4. Matriz Ten inclusións lipídicas, gran cantidade de ións (Ca2+, fosfato), moléculas en solución (nucleótidos, metabolitos) e ribosomas tamén denominados mitorribosomas, que son máis pequenos que os de células eucariotas e procariotas. Tamén contén a maior parte dos encimas implicados no ciclo de Krebs e na oxidación dos ácidos graxos, así como o encima superóxido dismutasa, implicado en procesos de transformación de radicais libres de osíxeno. Ademais hai encimas implicados na replicación, transcrición e tradución do ADN mito- condrial, que é unha única molécula (dobre hélice circular ou lineal, en función dos tipos celulares) non unida a proteínas. Isto supón a existencia dun sistema xenético mitocon- drial que usa un código xenético un pouco diferente ao universal. Non obstante, a maioría das proteínas mitocondriais son sintetizadas polo sistema xenético nuclear. As diferencias entre os códigos xenéticos celular e mitocondrial son:  O mitocondrial só codifica 22 ARNt cando serían necesarios 60. Polo tanto, é ne- cesaria unha forma extrema de balanceo na que o anticodón do ARNt mitocon- drial pode emparellarse con calquera das catro bases na terceira posición do co- dón do ARNm; desta forma un único ARNt pode recoñecer catro codóns.  Nas mitocodrias algúns codóns codifican aminoácidos distintos dos do código xe- nético universal. Saleta Corral Campos 79 O ADN mitocondrial codifica as proteínas implicadas no transporte de electróns e na fos- forilación oxidativa. 14.2. INTERNALIZACIÓN DAS PROTEÍNAS NAS MITOCONDRIAS As proteínas teñen que acceder ás mitocondrias pero non seguen a ruta do transporte vesicular, senón que son sintetizadas en ribosomas libres do citoplasma. O 95% das pro- teínas das mitocondrias sintetízanse deste xeito e son introducidas post-traduccionalmen- te nas mitocondrias. As proteínas dirixidas á matriz destes orgánulos teñen unha secuencia sinal denominada presencuencia. Ademais existen unhas chaperonas citosólicas que manteñen a proteí- na despregada e que a dirixen cara a mitocondria, en concreto cara un translocador da membrana externa denominado complexo Tom. A presecuencia é recoñecida por receptores localizados na superficie da membrana ex- terna da mitocondria. A proteína vai uníndose aos distintos compoñentes do complexo Tom e remata por atravesalo. Despois, ten que unirse aos distintos compoñentes do complexo Tim23 (translocador da membrana interna para proteínas con presecuencia). Na matriz atópase unha chaperona da familia das Hsp70, que asociada ao complexo Tim23 axuda á introdución da proteína na matriz. Despois na maioría dos casos escínde- se a presecuencia, proceso realizado por unha peptidasa procesadora mitocondrial ou MPP. Por último, outra chaperona Hsp70 facilita o pregamento correcto da proteína. Bioloxía 82 FAD liberando electróns, que son cedidos á ubiquinona ou coenzima Q. Por outro lado, o complexo NADH deshidroxenasa oxida o NADH liberando electróns que son cedidos á ubiquinona. Neste proceso a través do complexo NADH deshidroxenasa tamén se translocan H+ dende a matriz ao espacio intermembrana. Dende a ubiquinona, os electróns pasan ao complexo citocromo b-c1. A nivel deste complexo tamén se translocan H+ dende a matriz ao espacio. Os electróns pasan ao ci- tocromo c e deste ao complexo citocromo oxidasa. A nivel deste último tamén se translocan H+ ao espacio intemembrana. Dende este complexo os electróns son cedidos ao O2 que se une a H + para formar unha molécula de H2O. O que sucedeu foi que se creou un gradiente electroquímico de H+ ao aumentar a súa concentración no espacio intermembrana. Este exceso de H+ atravesa a ATPsintetasa, a favor de gradiente, o que produce a síntese de ATP. 1 glicosa → 38 ATP Saleta Corral Campos 83 14.3.2. Intercambio de electróns, ións e moléculas co citoplasma Na membrana interna atópanse unha serie de transportadores (de ATP, de fósforo, de piruvato...) que están implicados en distintas rutas metabólicas (p.e.: ciclo da urea que ten lugar na mitocondria). As mitocondrias tamén participan na síntese de glicosas, de ácidos graxos e de aminoá- cidos non esenciais. 14.3.3. Síntese de constituíntes das mitocondrias A maioría de compoñentes das mitocondrias en realidade sintetízanse fóra delas. Pero na matriz mitocondrial ten lugar a transcrición, traducción e replicación do ADN mi- tocondrial. Os fosfolípidos e colesterol sintetízanse no retículo e, por medio de proteínas intercam- biadoras de fosfolípidos, son transportados ás membranas mitocondriais. 14.4. FORMACIÓN DE MITOCONDRIAS Fórmanse por división unhas doutras o que se demostrou utilizando colina radioactiva para marcar as mitocondrias resultando que, ao dividirse a célula, as mitocondrias das células fillas quedaban marcadas radioactivamente. Hai dous mecanismos de división:  Partición: unha crista mitocondrial vai medrando ata que chega ao outro extremo da matriz, onde se une coa membrana interna e se divide a mitocondria.  Segmentación: prodúcese un estrangulamento da membrana externa e interna nunha zona da mitocondria, ata que as membranas rematan por fusionarse. Bioloxía 84 14.5. ORIXE FILOXENÉTICA DAS MITOCONDRIAS Acéptase que as mitocondrias veñen de bacterias aerobias asociadas con células euca- riotas primitivas anaerobias. Esta hipótese, denominada hipótese simbiótica, baséase na similitude existente entre as mitocondrias e os procariotas actuais: - A cadea respiratoria está localizada na membrana - A ATPsintetasa está orientada cara a matriz - O ADN é circular - A maneira de reproducirse é a fisión binaria - O cloranfenicol (un antibiótico) inhibe a síntese de proteínas en mitocondrias e en bacterias. - A membrana externa mitocondrial é semellante á do retículo pero a interna é pa- recida á de procariotas. - O proceso endosimbiótico é factible Non obstante, os ribosomas das mitocondrias son máis pequenos cós dos procariotas. Saleta Corral Campos 87 15.3. INTERNALIZACIÓN DAS PROTEÍNAS NOS CLOROPLASTOS O 90% das proteínas dos cloroplastos son sintetizadas en ribosomas libres do citoplasma e posteriormente translocadas, permanecendo despregadas pola acción das chaperonas Hsp70. As proteínas deben ter un sinal que indique a súa localización no cloroplasto denominado péptido de tránsito. Este é recoñecido polo complexo guía que dirixe a proteína cara o cloroplasto. Na membrana externa do cloroplasto localízase un complexo Toc (translocador) ao que se une o péptido de tránsito. Posteriormente a proteína atravesa cara o espacio inter- membrana coa axuda das chaperonas Hsp70 e con gasto de enerxía. Así mesmo, estas chaperonas dirixen a proteína cara o complexo Tic da membrana interna. A proteína atravesa este complexo coa axuda das chaperonas Hsp70 e consumo de enerxía. Unha vez localizada a proteína no estroma a peptidasa procesadora estromal ou SPP escinde o péptido de tránsito. Por último, a proteína prégase correctamente coa axuda das chaperonas. As proteínas destinadas ao interior dos tilacoides pasan primeiro ao estroma polo proce- so que se acaba de explicar. Neste caso, ao escindirse o péptido de tránsito queda ex- posto un segundo sinal (sinal estromal) que indica que a localización da proteína é o lumen dos tilacoides e, polo tanto, ten que ser translocada pola membrana do tilacoide. A entrada no lumen do tilacoide faise por tres vías: 1) Vía Sec: a segunda secuencia sinal é recoñecida pola proteína SecA que a dirixe a un translocador e, con gasto de enerxía, translócaa ao interior do tilacoide. 2) Vía TAT: a secuencia sinal é distinta e a proteína xa se atopa pregada no estro- ma. Esta proteína translócase por un complexo distinto, proceso que depende dun gradiente de protóns a través da membrana do tilacoide que proporciona enerxía. 3) Vía Srp: está vía é para proteínas de membrana do tilacoide. A segunda secuen- cia sinal é distinta e é recoñecida pola partícula de recoñecemento de sinal es- tromal (SRP) que a conduce cara outro tipo de translocador. A medida que a pro- teína se insire, aparecen secuencias de detención da transferencia, para as que se abre o translocón permitindo que a proteína se insira na membrana do tilacoi- de. Existe unha peptidasa procesadora tilacoidal no interior do tilacoide que es- cinde a secuencia sinal. Tamén existe outra forma de inserción de proteínas nas membranas dos tilacoi- des, de xeito espontáneo e sen gasto de enerxía. O proceso de inserción de proteínas nas membranas externa e interna do cloroplasto, así como o paso de proteínas ao espacio intermembrana, non está caracterizado; se ben pénsase que o proceso é semellante ao das mitocondrias. Bioloxía 88 15.4. FUNCIÓNS DOS CLOROPLASTOS Son: fotosíntese, fotorrespiración e síntese de ácidos graxos, aminoácidos e amoníaco. 15.4.1. Fotosíntese É o proceso que utiliza a enerxía da luz para sintetizar carbohidratos a partir de H2O e CO2. Consta de dúas fases: fase luminosa e fase escura. (ver vídeo asociado) FASE LUMINOSA Require da presencia de luz. Ten lugar na membrana dos tilacoides (onde se atopa a clorofila) onde se atopa unha cadea de transporte de electróns a través da que se produ- ce NADPH e moléculas de ATP, é dicir, poder redutor e enerxía. Nesta cadea hai dous fotosistemas onde a enerxía da luz é empregada para aumentar o grao de excitación (a enerxía) dos electróns. A fotosíntese comeza coa fotolise (rotura) da molécula de H2O liberándose H +, electróns e O2. Este proceso ten lugar no lumen dos tilacoides. Os electróns liberados son captados polas clorofilas do fotosistema II, onde os fotóns da luz elevan o seu nivel de excitación facendo que pasen dun complexo proteico a outro seguindo a cadea de enerxía (membrana dos tilacoides). Os complexos proteicos polos que pasan os electróns son, por orde: plastoquinona, complexo citocromo b-f, plasto- cianina e fotosistema I. A nivel do citocromo b-f é translócanse protóns dende o estroma á luz do tilacoide, cre- ando un gradiente electroquímico (xa que hai máis concentración de protóns no lumen). Estes H+ atravesan a ATP sintetasa producindo a síntese de ATP. A nivel do fotosistema I os electróns volven ser excitados pola acción dos fotóns, sendo transportados á ferredoxina. Desta son cedidos á NADP reductasa onde se utilizan para transformar NADP en NADPH. Saleta Corral Campos 89 Este proceso é denominado fotosíntese non cíclica. A fotosíntese cíclica ten lugar nalgunhas plantas e é independente do fotosistema II, polo que a cadea de transporte sería: fotosistema I → ferredoxina → plastoquinona → complexo citocromo b-f (con translocación de H+ ao lumen do tilacoide) → plastocianina → foto- sistema I Non se xera NADPH nin se libera O2, pero fórmase un gradiente de H+ que permite a síntese de ATP. FASE ESCURA Non require de luz solar e ten lugar no estroma. Utilízase CO2, o poder redutor (NADPH) e o ATP obtidos na fase luminosa, para xerar carbohidratos nunha serie de reaccións químicas que conforman o ciclo de Calvin ou ciclo de fixación do carbono. A ecuación global é a seguinte: 3 CO2 + 9 ATP + 6 NADPH + H2O → Gliceraldehido-3P + 8 P + 9 ADP + 6 NADP A partir do gliceraldehido-3P poden sintetizarse azucres (amidón e glicóxeno), ácidos graxos e aminoácidos. 15.4.2. Fotorrespiración En baixas concentracións de CO2, o encima ribolosa carboxilasa (encima do ciclo de Calvin) cataliza a adición de O2 (en lugar de catalizar a adición de CO2). Estas rutas soen ocorrer durante a noite. Os produtos da fotorrespiración son 3-fosfoglicerato e fosfoglicolato. O primeiro é un metabolito útil, intervén na glicóneoxénese (síntese da glicosa). Pola contra, o fosfoglico- lato non é útil polo que é transportado aos peroxisomas. 15.5. ORIXE DOS PLASTOS Parece ser que todos os tipos de plastos proveñen dos proplastos que se forman cando a célula se orixina. Igual que as mitocondrias, os plastos proliferan por división e crecemen- to. Pénsase que a orixe provén dunha endosimbiose entre unha célula eucariota inicial cu- nha bacteria fotosintética. Bioloxía 92 2) Eliminación de H2O2 pola acción da catalasa H2O2 + H2O2 → 2 H2O + O2 Esta encima tamén cataliza a seguinte reacción de oxidación de substratos: RH2 + H2O2 → R + 2 H2O NOTA: tanto H2O2, como O2 - e O2 son tóxicos para a célula. 3) Catabolismo de purinas: os ácidos nucleicos son degradados por nucleasas específi- cas obtendo como produto os nucleótidos que tamén se degradan dando lugar ás ba- ses pirimidínicas e purínicas que poden ser reutilizadas. O catabolismo depende das especies e dá lugar a distintos compoñentes. 4) β-oxidación de ácidos graxos (tamén ocorre nas mitocondrias). Un 25% dos ácidos graxos degrádanse no peroxisoma dando lugar ao acetil-CoA que pasa á mitocondria para ser reutilizado (é un metabolito útil). A diferencia entre a β-oxidación da mitocondria e a do peroxisoma é que neste último prodúcese H2O2 na primeira reacción do proceso ao estar catalizada por unha oxidasa flavínica. Na mitocondria o encima que cataliza esta reacción é unha deshidroxenasa, polo que na mitocondria non se produce H2O2. 5) Ciclo do glioxilato: prodúcese nas plantas en tecidos de reserva (sementes fundamen- talmente). Este ciclo converte os ácidos graxos en carbohidratos (obtención de ener- xía). Os peroxisomas que realizan este ciclo son os gliosisomas. Un dos produtos deste ciclo é o succinato que se transporta á mitocondria onde entra no ciclo de Krebs, e despois ao citosol para producir sacarosa por gliconeoxénese. 6) Metabolismo do ácido glicólico ou glicolato: prodúcese nas células das follas das plan- tas. O glicolato é un produto na fotorrespiración nos cloroplastos. Cunha serie de reac- cións metabólicas que teñen lugar no peroxisoma e na mitocondria, o glicolato trans- fórmase en glicerato que volve ao cloroplasto onde se converte en 3-fosfoglicerato que é un metabolito do ciclo de Calvin (metabolito útil). 7) Fixación do N2: realízase en peroxisomas de células dos nódulos da raíces de certas plantas. Os nódulos son estruturas que concentran bacterias que axudan a fixar o N2 atmosférico mediante a incorporación deste a moléculas orgánicas. Saleta Corral Campos 93 16.3. BIOXÉNESE Os peroxisomas fórmanse por crecemento e división de peroxisomas preexistentes, aín- da que tamén se poden xerar a partir de xemación de vesículas do RER (pero sen ribo- somas). Unha parte dos lípidos de membrana dos peroxisomas son sintetizados por encimas do propio peroxisoma. O resto dos lípidos proveñen do retículo polas proteínas intercambia- doras de fosfolípidos. As proteínas específicas dos peroxisomas, tanto as da membrana como as da matriz, son sintetizadas en ribosomas libres no citoplasma e translocadas postraduccionalmente. Polo tanto, estas proteínas teñen que ter un sinal. Realmente teñen dous: - No extremo carboxilo terminal atópase o sinal 1 de destino ao peroxisoma (PTS-1) - No extremo amino-terminal atópase o sinal 2 de destino ao peroxisoma (PTS-2) Ao PTS-1 únese un receptor denominado Pex5p e ao PTS-2 únese o Pex7p. Estes dous receptores son proteínas que se coñecen como peroxinas. As peroxinas son todas as proteínas que interveñen na bioxénese dos peroxisomas. Están no citosol e na membra- na e interior dos peroxisomas. O proceso de translocación de proteínas do citosol ao peroxisoma ocorre do seguinte xeito:  Unión de Pex ao sinal que dirixe á proteína a un complexo translocador denomi- nado complexo de importación.  Na matriz libérase a peroxina da proteína.  Este receptor Pex sae polo complexo de importación e pode ser reutilizado.  Neste proceso intervén outra peroxina denominada Pex8p que está implicada na translocación cara o interior. O resto de procesos de translocación ao peroxisoma non están caracterizados. Suponse que serán similares a outros procesos de translocación xa vistos. Tamén hai aporte de lípidos a proteínas de vesículas que proveñen do retículo e que se fusionan co peroxisoma. Bioloxía 94