Sistemas celulares de Sistemas celulares de degradación.degradación.

Dr. Alejandro Roth (Biología Celular, 2008)Dr. Alejandro Roth (Biología Celular, 2008)

Organelos yOrganelos yProteProteínas deínas de vida largavida larga

SíntesisSíntesis proteicaproteica

Degradación de proteínasDegradación de proteínasdel Retículo del Retículo

EndoplasmáticoEndoplasmático

Proteínas Proteínas anormalesanormales

DañoDaño

Adaptación MetabólicaAdaptación Metabólica

Diferenciación celularDiferenciación celular

reciclajereciclaje

Sistema de UbiquitinaciónSistema de Ubiquitinación

Degradación CitosólicaDegradación Citosólica

Lisosoma(vacuola)

Degradación LisosomalDegradación Lisosomal •Nutrientes extracelulares.

Proteínas Proteínas vida cortavida corta

• Organelos con una sola membrana y con forma heterogénea

• Son el principal sistema de degradación de las células:

– Nutrientes incorporados por endocitosis

– Componentes celulares para ser reciclados

• pH ácido generado mediante bomba de protones homóloga a F0F1.

• 40 enzimas Hidrolasas: Hidrolasas ácidas (proteasas, lipasas, nucleasas, glicosidasas y sulfatasas)

• La actividad de estas enzimas a pH 7.2 es limitado. ¿Sistema de seguridad?

• Formadas a partir de la maduración del endosoma tardío

• Proteínas residentes tienen señal de destinamiento dependiente de glicosilación.

Lisosomas y VacuolasLisosomas y VacuolasADN (Núcleo) en azul (Hoechst). Mitocondrias en verde (MitoTracker)

Lisosomas, en rojo (LysoTracker).

0.2 a 0.5 um

Formación de LisosomasFormación de Lisosomas

pH: 5

H+ATP ADP + Pi

Am

ino

ácid

os

azúc

ares

nucleótid

os MaduraciónpH: 5

• Lisosomas multifuncionales

• Por convención, la membrana se denomina tonoplasto.

• Mantienen presión de turgor contra la pared celular. Pueden llegar a representar el 95% del volumen celular.

• Almacenaje de H2O y diversos químicos. Puede almacenar desechos insolubles.

• Las células vegetales utilizan la presión de turgor para crecer:

– Reblandecimiento localizado de la pared celular inducido por

hormonas,

– Expansión de la vacuola

– Compresión del citoplasma.

VacuolasVacuolas

Vacuolas: regulación del turgorVacuolas: regulación del turgor

po

límetro

sp

olím

etros

H2O

AutofagiaAutofagia• “Auto-canibalismo celular”

– Proceso mediante el que membranas internas de la célula realizan una captura de elementos citoplasmáticos (organelos, acumulos de proteínas, membranas, etc..) dentro de una vesícula de doble membrana, denominada autofagosoma, la cual es destinada a lisosomas, donde el contenido es degradado.

• Mecanismo de las células para:– Reciclaje de organelos dañados o superfluos– Requerimientos energéticos (“hambruna”)– Evitar la acumulación de agregados proteicos

• Presente en células de plantas, hongos y animales.• Altamente regulado por una cascada de señales fosforilativas• Actúa como una vía alternativa de suicidio celular, previniendo la aparición de

tumores.Control Tamoxifen

Células de cáncer de mama, tratadas con Tamoxifen (b) presentan fagosomas (flechas)Células de cáncer de mama, tratadas con Tamoxifen (b) presentan fagosomas (flechas)

• Inducción:• Formación de autofagosoma• Unión a lisosoma• Degradación del contenido y

eliminación del autofagosoma.• Enfermedades asociadas a

autofagia.• Autofagia en: cancer vs apoptosis

Autofagia: etapasAutofagia: etapas

Lumenautofagosoma

No hay consenso

• Inducción:

Autofagia: etapasAutofagia: etapas

S6ribosomal

P

(-)

P76S6K (quinasa)

Autofagia:Autofagia:

ATPATP mTor

• Inducción:

Autofagia: etapasAutofagia: etapas

S6ribosomal

P

(+)

P76S6K (quinasa)

mTOR

AutofagiaAutofagia

Rampamicina

Rampamicina: agente anticancerígeno utilizado contra tumores sólidos.Aumento de masa tumoral depende del reclutamiento de mitógenos y nutrientes. Disminución en [nutrientes]>> mTOR (FRAP) controla la síntesis de ribosomas y los niveles de crecimiento.

(-)(-)

ATPATP

P

Klionsky et al.(2000) Science 290: 1717

Autofagia: ResumenAutofagia: Resumen

Levine (2007) Nature 446: 745

• La función de cada proteína dependen de que adquieran su estrucutra La función de cada proteína dependen de que adquieran su estrucutra tridimensional adecuada.tridimensional adecuada.

– La hidrofobia de los aa apolares determina la formación de los dominios internos de La hidrofobia de los aa apolares determina la formación de los dominios internos de las proteínas. Sin embargo, pueden asociarse de manera equivocada en la medida que las proteínas. Sin embargo, pueden asociarse de manera equivocada en la medida que la proteína es sintetizada.la proteína es sintetizada.

– Las proteínas Heat shock son de las más abundantes en las células. Su expresión es Las proteínas Heat shock son de las más abundantes en las células. Su expresión es inducida en respuesta a estrés celular (por ejemplo, por aumento de temperatura). inducida en respuesta a estrés celular (por ejemplo, por aumento de temperatura). Corresponden a 1–2% de la proteína total en células en condiciones normalesCorresponden a 1–2% de la proteína total en células en condiciones normales

ChaperonasChaperonas

Durante la traducción de proteínas citosólicas, las chaperonas se unen al amino (N) terminal del polipéptido creciente, estabilizándolo en una configuración no plegada hasta que la síntesis se ha completado. Completada la síntesis, la proteína se libera del ribosoma y adquiere su correcta conformación tridimensional.

ADP+Pi

ADP+Pi

Hsp70 o Hsp90

El complejo de Hsp60 genera un espacio con dominios de unión hidrofóbicos que ayudan a las proteínas mal formadas a ser re-estrucutradas. Actúa post-traduccionalmente

• Hsp100: Desestructurasas. Obligan a las proteínas mal formadas a pasar por un por de 20 A. Pueden estar asociadas a serina proteasas y degradar automáticamente

ChaperonasChaperonas•Hsp60/TCP-1 o GroESbacterias: Chaperonina (14 SubU. 1000 KDa)Hsp60/TCP-1 o GroESbacterias: Chaperonina (14 SubU. 1000 KDa)

Vía de Ubiquitinación y destinamiento a Vía de Ubiquitinación y destinamiento a ProteosomasProteosomas

Ubiquitina: UbicuaUbiquitina: Ubicua

Los sistemas proteolíticos intracelulares Los sistemas proteolíticos intracelulares reconocen y destruyen proteínas dañadas, reconocen y destruyen proteínas dañadas, mal ensambladas y proteínas regulatorias mal ensambladas y proteínas regulatorias y/o de vida corta (por ejemplo, las ciclinas, y/o de vida corta (por ejemplo, las ciclinas, receptores, sistemas de presentación de receptores, sistemas de presentación de antígenos). antígenos).

SíntesisSíntesis proteicaproteica

Proteínas Proteínas anormalesanormales

Proteínas Proteínas vida cortavida corta

Sistema de UbiquitinaciónSistema de Ubiquitinación

Cascada de ubiquitinaciónCascada de ubiquitinación Se genera una cascada de ubiquitinaciones múltiples: Se genera una cascada de ubiquitinaciones múltiples:

unión covalente de ubiquitina (76aa) a cadenas de unión covalente de ubiquitina (76aa) a cadenas de lisina de proteínas blanco.lisina de proteínas blanco.

1. Activación: E1 + Ubiquitina + ATP1. Activación: E1 + Ubiquitina + ATP

3. Reconocimiento de señal de degradación en 3. Reconocimiento de señal de degradación en una proteínas y traspaso de ubiquitina:una proteínas y traspaso de ubiquitina:

Fosforilación (de E3 o Fosforilación (de E3 o sustrato)sustrato)

Desenmascaramiento (sustrato)Desenmascaramiento (sustrato)Des-estabilización N-terminal (sustrato)Des-estabilización N-terminal (sustrato)Ligando (de E3)Ligando (de E3)

2. Transferencia: E1 transfiere Ubiquitina activada a complejo E2-E3 (ubiquitina ligasa)2. Transferencia: E1 transfiere Ubiquitina activada a complejo E2-E3 (ubiquitina ligasa)

E1ADP+Pi

E3

4. Repetición del ciclo y elongación de la4. Repetición del ciclo y elongación de lacadenacadena

De ubiquitinación a proteosomaDe ubiquitinación a proteosoma

Vía de immunoproteosoma

Tareaopcional para las tomas(para aprovechar el tiempo y aprender

inglés)

• Podcast:

– This week in Science (www.twis.org)– The Nature PodCast (http://www.nature.com/podcast

/index.html)– The Science Podcast (http://www.sciencemag.org

/multimedia/ )– Cell Podcast (

http://www.cellpress.com/misc/page?page=podcast