1. Trabajo de Ciencia y Tecnología y Ambiente Integrantes : Grado: -Rodríguez Gatica Kedein 4º c -Cárdenas Rivera Jean Paúl 4º c -Valerio Cubillas Luis Fidel 4º c

2. Puntos a tratar 1. Los ribosomas. 2. El aparato de Golgi . 3. Los lisosomas .

3. 1.Los ribosomas s on complejos supramoleculares encargados de sintetizar proteínas a partir de la información genética que les llega del ADN transcrita en forma de ARN mensajero (ARNm). Sólo son visibles al microscopio electrónico , debido a su reducido tamaño (29 nm en células procariotas y 32 nm en eucariota). Bajo el microscopio electrónico se observan como estructuras redondeadas, densas a los electrones . Bajo el microscopio óptico se observa que son los responsables de la basofilia que presentan algunas células . Están en todas las células (excepto en los espermatozoides ). En células eucariotas , los ribosomas se elaboran en el núcleo pero desempeñan su función de en el citosol . Están formados por ARN ribosómico (ARNr) y por proteínas. Estructuralmente, tienen dos subunidades. En las células, estos orgánulos aparecen en diferentes estados de disociación . Cuando están completos, pueden estar aislados o formando grupos ( polisomas ); las proteínas sintetizadas por ellos actúan principalmente en el citosol; también pueden aparecer asociados al retículo endoplasmático rugoso o a la membrana nuclear , y las proteínas que sintetizan son sobre todo para la exportación. Tanto los ARNr como las subunidades de los ribosomas se suelen nombrar por su coeficiente de sedimentación en unidades Svedberg . En eucariotas, los ribosomas del citoplasma se denominan 80 S . En mitocondrias y plastos de eucariotas, así como en procariotas , son 70 S.

4. 1.1Ribosomas procariotas Los ribosomas de las células procariotas son los más estudiados. Son de 70 S y su masa molecular es de 2.500 kilodalton . Las moléculas de ARNr forman el 65% del ribosoma y las proteínas representan el 35%. Las moléculas de ARN ribosómico son ricas en adenina y guanina y forman una hélice alrededor de las proteínas. Los ribosomas están formados por dos subunidades: Subunidad mayor: es 50 S. Está formada por dos moléculas de ARN, una de 23 S y otra de 5 S. Además hay 34 proteínas básicas de las cuales sólo una se repite en la subunidad menor. Subunidad menor: es de 30 S y tiene una molécula de ARNr de 16 S además de 21 proteínas. 1.2 Ribosoma eucariotas En eucariotas, los ribosomas son 80 S. Su peso molecular es de 4.200 Kd. Contienen un 40% de ARNr y 60% de proteínas. Al igual que los procariotas se dividen en dos subunidades de distinto tamaño: Subunidad mayor: es 60 S. Tiene tres tipos de ARNr: 5 S, 28 S y 5,8 S y tiene 49 proteínas, todas ellas distintas a las de la subunidad menor. Subunidad menor: es 40 S. Tiene una sola molécula de ARNr 18 S y contiene 33 proteínas. Dependiendo de qué organismo eucariota sea, este ARNr 18 S puede sufrir alteraciones. 1.3 Ribosomas mitocondriales Las mitocondrias tienen su propio aparato de síntesis proteica que incluye ribosomas, ARNt y ARNm . Los ribosomas mitocondriales de las células animales contienen dos tipos de ARN ribosómicos , el 12S y 16S, que se transcriben a partir de genes del ADN mitocondrial , y son transcritos por una ARN polimerasa mitocondrial específica. Todas las proteínas que forman parte de los ribosomas mitocondriales están codificadas por genes los núcleo celular , que son traducidos en el citosol y transportados hasta las mitocondrias.

5. 1.4Ribosoma de plastos Los ribosomas que aparecen en plastos son similares a los procariotas. Son, al igual que los procariotas, 70 S, pero en la subunidad mayor hay un ARNr de 4 S que es equivalente al 5 S procariota. Funciones Los ribosomas son los orgánulos encargados de la síntesis de proteínas , en un proceso conocido como traducción . La información necesaria para esa síntesis se encuentra en el ARN mensajero (ARNm), cuya secuencia de nucleótidos determina la secuencia de aminoácidos de la proteína; a su vez, la secuencia del ARNm proviene de la transcripción de un gen del ADN . El ARN de transferencia lleva los aminoácidos a los ribosomas donde se incorporan al polipéptido en crecimiento. 1.5 Ribosoma durante la traducción El ribosoma lee el ARN mensajero y ensambla los aminoácidos suministrados por los ARN de transferencia a la proteína en crecimiento, proceso conocido como traducción o síntesis de proteínas. Todas las proteínas están formadas por aminoácidos . Entre los seres vivos se han descubierto hasta ahora 20 aminoácidos. En el código genético , cada aminoácido está codificado por uno o varios codones . En total hay 64 codones que codifican 20 aminoácidos y 3 señales de parada de la traducción. Esto hace que el código sea redundante y que haya varios codones diferentes para un mismo aminoácido. La traducción comienza, en general, el codón AUG que codifica el aminoácido metionina . Al final de la secuencia se ubica un codón que indica el final de la proteína; es el codón de terminación. El código genético es universal porque cada codón codifica el mismo aminoácido para la mayoría de los organismos (no todos). El ribosoma consta de dos partes, la subunidad mayor y una menor, estas salen del núcleo celular por separado. Las subunidades se mantienen unidas por cargas , y que al disminuir experimentalmente la concentración de Mg+2, las subunidades tienden a separarse.

6. 2. El aparato de Golgi Es un organelo (orgánulo) presente en todas las células eucariotas excepto los glóbulos rojos y las células epidérmicas. Pertenece al sistema de endomembranas del citoplasma celular. Está formado por unos 4-8 dictiosomas, que son sáculos aplanados rodeados de membrana y apilados unos encima de otros. Funciona como una planta empaquetadora, modificando vesículas del retículo endoplasmático rugoso . El material nuevo de las membranas se forma en varias cisternas del Golgi. Dentro de las funciones que posee el aparato de Golgi se encuentran la glicosilación de proteínas , selección, destinación, glicosilación de lípidos , almacenamiento y distribución de lisosomas y la síntesis de polisacáridos de la matriz extracelular. Debe su nombre a Camillo Golgi , Premio Nobel de Medicina en 1906 junto a Santiago Ramón y Cajal . Está formado por varios sacos aplanados, cuya función es completar la fabricación de algunas proteínas . 2.1Estructura del aparato de Golgi El aparato de Golgi se compone de una serie de estructuras denominadas cisternas. Éstas se agrupan en número variable, habitualmente de 4 a 8, formando el dictiosoma en plantas, y el complejo de Golgi en los animales. Presentan conexiones tubulares que permiten el paso de sustancias entre las cisternas. Los sáculos son aplanados y curvados, con su cara convexa (externa) orientada hacia el retículo endoplasmático . Normalmente se observan entre 4 y 8, pero se han llegado a observar hasta 60 dictiosomas. 1 Alrededor de la cisterna principal se disponen las vesículas esféricas recién exocitadas. El aparato de Golgi se puede dividir en tres regiones funcionales: Región Cis-Golgi: es la más interna y próxima al retículo. De él recibe las vesículas de transición, que son sáculos con proteínas que han sido sintetizadas en la membrana del retículo endoplasmático rugoso (RER), introducidas dentro de sus cavidades y transportadas por el lumen hasta la parte más externa del retículo. Estas vesículas de transición son el vehículo de dichas proteínas que serán transportadas a la cara externa del aparato de Golgi. Región medial: es una zona de transición. Región Trans-Golgi: es la que se encuentra más cerca de la membrana citoplasmática . De hecho, sus membranas, ambas unitarias, tienen una composición similar. Las vesículas provenientes del retículo endoplásmico se fusionan con el cis-Golgi, atravesando todos los dictiosomas hasta el trans-Golgi, donde son empaquetadas y enviadas al lugar que les corresponda. Cada región contiene diferentes enzimas que modifican selectivamente las vesículas según donde estén destinadas. 2 Sin embargo, aún no se han logrado determinar en detalle todas las funciones y estructuras del aparato de Golgi.

7. 2.2Funciones generales La célula sintetiza un gran número de diversas macromoléculas necesarias para la vida. El aparato de Golgi se encarga de la modificación, distribución y envío de dichas macromoléculas en la célula. Modifica proteínas y lípidos (grasas) que han sido sintetizados previamente tanto en el retículo endoplasmático rugoso como en el liso y los etiqueta para enviarlos a donde corresponda, fuera o dentro de la célula. Las principales funciones del aparato de Golgi vienen a ser las siguientes: 2.3 Modificación de sustancias sintetizadas en el RER: en el aparato de Golgi se transforman las sustancias procedentes del RER. Estas transformaciones pueden ser agregaciones de restos de carbohidratos para conseguir la estructura definitiva o para ser proteolizados y así adquirir su conformación activa. Por ejemplo, en el RER de las células acinosas del páncreas se sintetiza la proinsulina que debido a las transformaciones que sufre en el aparato de Golgi, adquirirá la forma o conformación definitiva de la insulina . Las enzimas que se encuentran en el interior de los dictiosomas son capaces de modificar las macromoléculas mediante glicosilación (adición de carbohidratos) y fosforilación (adición de fosfatos). Para ello, el aparato de Golgi transporta ciertas sustancias como nucleótidos y azúcares al interior del orgánulo desde el citoplasma. Las proteínas también son marcadas con secuencias señal que determinan su destino final, como por ejemplo, la manosa -6-fosfato que se añade a las proteínas destinadas a los lisosomas . Para llevar a cabo el proceso de fosforilación el aparato de Golgi importa moléculas de ATP al interior del lumen , 3 donde las kinasas catalizan la reacción. Algunas de las moléculas fosforiladas en el aparato de Golgi son las apolipoproteínas que dan lugar a las conocidas VLDL que se encuentran en el plasma sanguíneo. Parece ser que la fosforilación de estas moléculas es necesaria para favorecer la secreción de las mismas al torrente sanguíneo. 4 2.4 Secreción celular: las sustancias atraviesan todos los sáculos del aparato de Golgi y cuando llegan a la cara trans del dictiosoma, en forma de vesículas de secreción, son transportadas a su destino fuera de la célula, atravesando la membrana citoplasmática por exocitosis . Un ejemplo de esto son los proteoglicanos que conforman la matriz extracelular de los animales. El aparato de Golgi es el orgánulo de mayor síntesis de carbohidratos. 5 Esto incluye la producción de glicosaminoglicanos (GAGs), largos polisacáridos que son anclados a las proteínas sintetizadas en el RE para dar lugar a los proteoglicanos. De esto se encargarán las enzimas del Golgi por medio de un residuo de xilosa. Otra forma de marcar una proteína puede ser por medio de la sulfatación de una sulfotransferasa, que gana una molécula de azufre de un donador denominado PAPs. Este proceso tiene lugar en los GAGs de los proteoglicanos así como en los núcleos de las proteínas. Este nivel de sulfatación es muy importante para los proteoglicanos etiquetando funciones y dando una carga neta negativa al proteoglicano. 5 2.5 Producción de membrana citoplasmática: los gránulos de secreción cuando se unen a la membrana en la exocitosis pasan a formar parte de esta, aumentando el volumen y la superficie de la célula. 2.6 Formación de los lisosomas primarios . 2.7 Formación del acrosoma de los espermios .

8. 2.8Vesículas de transporte Las vesículas formadas en el retículo endoplasmático liso forman, uniendose entre ellas (agregado tubulo vesicular)los cuales son transportados hasta la red cis del aparato de Golgi por proteinas motoras y guiadas por microtubulo y allí se fusionan con la membrana de éste, vaciando su contenido en el interior del lumen. Una vez dentro, las moléculas son modificadas, marcadas y dirigidas hacia su destino final. El aparato de Golgi tiende a ser mayor y más numeroso en aquellas células que sintetizan y secretan continuamente sustancias, como pueden ser los linfocitos B y las células secretoras de anticuerpos. Aquellas proteínas destinadas a zonas alejadas del aparato de Golgi son desplazadas hacia la región trans, internándose en una compleja red de membranas y vesículas asociadas denominadas región trans-Golgi. 2 Esta región es donde muchas proteínas son marcadas y enviadas hacia sus correspondientes destinos por medio de alguno de estos 3 tipos diferentes de vesículas, según el marcador que presenten: 2 Proteasas digestivas destinadas a los lisosomas . Este tipo de vesículas transportan proteínas destinadas a los lisosomas , unos pequeños orgánulos de degradación en cuyo interior albergan multitud de hidrolasas ácidas, lisosomas de almacenamiento. Estas proteínas pueden ser tanto enzimas digestivas como proteínas de membrana. La vesícula se fusiona con un endosoma tardío y transfiere así su contenido al lisosoma por mecanismos aún desconocidos. Vesículas lisosomales Liberación de neurotransmisores desde las neuronas . Este tipo de vesículas contienen también proteínas destinadas a ser liberadas al medio extracelular. Sin embargo, en este caso, la formación de las vesículas va seguida de su almacenamiento en la célula, donde se mantendrán a la espera de su correspondiente señal para activarse. Cuando esto ocurre, se dirigen hacia la membrana plasmática y liberan su contenido como en el caso anterior. Este proceso es denominado secreción regulada . Vesículas de secreción (reguladas) Los anticuerpos liberados por linfocitos B activados. Este tipo de vesículas contienen proteínas que deben ser liberadas al medio extracelular. Después de internalizarse las proteínas, la vesícula se cierra y se dirige inmediatamente hacia la membrana plasmática , con la que se fusiona, liberando así su contenido al medio extracelular . Este proceso es denominado secreción constitutiva . Vesículas de exocitosis (constitutivas) Ejemplo Descripción Tipo

9. 2.9Mecanismo de transporte Microfotografía donde se puede observar el aparato de Golgi como una serie de anillos negros semicirculares apilados cerca de la base. También se pueden observar numerosas vesículas circulares en las proximidades del orgánulo. Los mecanismos de transporte que utilizan las proteínas para trasladarse a través del aparato de Golgi no están muy claros aún, por lo que existen diversas hipótesis para explicar dicho desplazamiento. Actualmente, existen dos modelos predominantes que no son excluyentes entre sí, hasta el punto de ser referidos a veces como el modelo combinado. 5

10. Modelo del transporte vesicular: el transporte vesicular asume que el aparato de Golgi es un orgánelo muy estable y estático, dividido en compartimentos que se disponen en dirección cis -> trans . Las vesículas son las encargadas de transportar el material entre el retículo endoplasmático y el aparato de Golgi y entre los diferentes compartimentos de este. 8 Las evidencias experimentales que apoyan esta hipótesis se basan en la gran abundancia de vesículas pequeñas (conocidas técnicamente como vesículas lanzadera ) localizadas en las proximidades del aparato de Golgi. La direccionalidad vendría dada por las proteínas trasportadas en el interior de las vesículas, cuyo destino determinaría el movimiento de avance o de retroceso a través del aparato de Golgi, aunque también podría suceder que la direccionalidad no fuera necesaria y el destino de las proteínas viniera ya determinado desde el retículo endoplasmático. Al margen de esto, es probable que el transporte de vesículas se encuentre asociado al citoesqueleto por medio de filamentos de actina , encargados de asegurar la fusión de las vesículas con sus correspondientes compartimentos. 5 2.10 Modelo de maduración de las cisternas: las cisternas del aparato de Golgi llevan cabo un movimiento unidireccional desde la región cis, donde se forman, hasta la región trans, donde son destruidas. Las vesículas del retículo endoplasmático se fusionan con los dictiosomas de la región cis para dar lugar a nuevas cisternas, lo que podría generar el movimiento de las cisternas a través del aparato de Golgi a medida que se van formando nuevas cisternas en la región cis. Este modelo se apoya en el hecho de que se han observado al microscopio estructuras mayores que las vesículas de transporte, tales como las fibras de colágeno , desplazándose a través del aparato de Golgi. 5 Inicialmente, esta hipótesis tuvo una gran acogida y fue la más aceptada hasta los años 80. Los últimos estudios realizados al respecto por la Universidad de Tokio y la Universidad de Chicago con tecnología más avanzada han permitido observar con mayor detalle los compartimentos y el proceso de maduración del aparato de Golgi. 6 Además, existen evidencias de movimientos retrógrados (en dirección cis) de cierto tipo de vesículas (COP1), que transportan proteínas del retículo endoplasmático mediante el reconocimiento de péptidos señales. 7

11. 3.Los lisosomas son orgánulos relativamente grandes, formados por el retículo endoplasmático rugoso (RER) y luego empaquetadas por el complejo de Golgi , que contienen enzimas hidrolíticas y proteolíticas que sirven para digerir los materiales de origen externo ( heterofagia ) o interno ( autofagia ) que llegan a ellos. Es decir, digestion celular. El pH en el interior de los lisosomas es de 4,8 (bastante menor que el del citosol , que es neutro) debido a que las enzimas proteolíticas funcionan mejor con un pH ácido . La membrana del lisosoma estabiliza el pH bajo bombeando protones (H+) desde el citosol, y asimismo, protege al citosol y al resto de la célula de las enzimas digestivas que hay en el interior del lisosoma. Las enzimas lisosomales son capaces de digerir bacterias y otras sustancias que entran en la célula por fagocitosis , u otros procesos de endocitosis . Los lisosomas utilizan sus enzimas para reciclar los diferentes orgánulos de la célula, englobándolos, digiriéndolos y liberando sus componentes en el citosol. De esta forma los orgánulos de la célula se están continuamente reponiendo. El proceso de digestión de los orgánulos se llama autofagia . Por ejemplo, las células hepáticas se reconstituyen por completo una vez cada dos semanas. Las enzimas más importantes del lisosoma son: Lipasas , que digiere lípidos , Glucosidasas , que digiere carbohidratos , Proteasas , que digiere proteínas , Nucleasas , que digiere ácidos nucleicos . Sólo están presentes en células animales.

12. 3.1Formación de lisosomas primarios Los lisosomas primarios son orgánulos derivados del sistema de endomembranas. Cada lisosoma primario es una vesícula que brota del aparato de Golgi , con un contenido de enzimas hidrolíticas ( hidrolasas ). Las hidrolasas son sintetizadas en el RER y viajan hasta el aparato de Golgi por transporte vesicular. Allí sufren una glicosilación terminal (proceso químico en el que se adiciona un carbohidrato a otra molécula) de la cual resultan con cadenas glucídicas ricas en manosa -6-fosfato (manosa-6-P). La manosa-6-P es el marcador molecular, la “estampilla” que dirige a las enzimas hacia la ruta de los lisosomas. Se ha estudiado una enfermedad en la cual las hidrolasas no llevan su marcador; las membranas del aparato de Golgi no las reconocen como tales y las empacan en vesículas de secreción para ser exocitadas. Quienes padecen esta enfermedad acumulan hidrolasas en el medio extracelular, mientras sus células carecen de ellas. 3.2Lisosomas secundarios y digestión celular Los lisosomas primarios contienen una variedad de enzimas hidrolíticas capaces de degradar casi todas las moléculas orgánicas. Estas hidrolasas se ponen en contacto con sus sustratos cuando los lisosomas primarios se fusionan con otras vesículas. El producto de la fusión es un lisosoma secundario. Por lo tanto, la digestión de moléculas orgánicas se lleva a cabo en los lisosomas secundarios, ya que éstos contienen a la vez los sustratos y las enzimas capaces de degradarlos. Existen diversas formas de lisosomas secundarios, según el origen de la vesícula que se fusiona con el lisosoma primario: Fagolisosomas . Se originan de la fusión del lisosoma primario con una vesícula procedente de la fagocitosis, denominada fagosoma . Se encuentran, por ejemplo, en los glóbulos blancos , capaces de fagocitar partículas extrañas que luego son digeridas por estas células. Endosomas tardíos . Surgen al unirse los lisosomas primarios con materiales provenientes de los endosomas tempranos. Los endosomas tempranos contienen macromoléculas que ingresan por los mecanismos de endocitosis inespecífica y endocitosis mediada por receptor. Este último es utilizado por las células para incorporar, por ejemplo, las lipoproteínas de baja densidad o LDL. Autofagolisosomas . Es el producto de la fusión entre un lisosoma primario y una vacuola autofágica o autofagosoma . Algunos orgánulos citoplasmáticos son englobados en vacuolas, con membranas que provienen de las cisternas del retículo endoplasmático, para luego ser reciclados cuando estas vacuolas autofágicas se unen con los lisosomas primarios. Lo que queda del lisosoma secundario después de la absorción es un cuerpo residual . Los cuerpos residuales contienen desechos no digeribles que en algunos casos se exocitan y en otros no, acumulándose en el citosol a medida que la célula envejece. Un ejemplo de cuerpos residuales son los gránulos de lipofuscina que se observan en células de larga vida, como las neuronas .

13. 3.4Enfermedades lisosómica Son enfermedades causadas por la disfunción de algún enzima lisosómico o por la liberación incrontrolada de dichos enzimas en el citosol , lo que produce la lisis de la célula. En algunos casos, la liberación de las enzimas cumple un papel fisiológico, permitiendo la reabsorción de estructuras que ya no son útiles, por ejemplo la cola de los renacuajos durante la metamorfosis . 3-5Enfermedades de almacenamiento lisosómico En las enfermedades de almacenamiento lisosómico , 1 alguna enzima del lisosoma tiene actividad reducida o nula debido a un error genético y el substrato de dicho enzima se acumula y deposita dentro del lisosoma que aumentan de tamaño a causa del material sin digerir, lo cual interfiere con los procesos celulares normales; algunas de estas enfermedades son: Esfingolipidosis . Son enfermedades causada por la disfunción de alguno de los enzimas de la ruta de degradación de los esfingolípidos . Dado que los esfingolípidos abundan en el cerebro , varias de estas enfermedades cursan con retraso mental severo y muerte prematura; entre ellas hay que destacar la enfermedad de Tay-Sachs , la enfermedad de Gaucher , la enfermedad de Niemann -Pick , la enfermedad de Krabbe , la fucosidosis , etc. Carencia de lipasa ácida . La lipasa ácida es una enzima fundamental en el metabolismo de los triglicéridos y del colesterol , que se acumulan en los tejidos. La disfunción de esta enzima provoca dos enferemedades, la enfermedad de almacenamiento de ésteres de colesterol , en que la enzima presenta muy poca actividad, y la enfermedad de Wolman , en que la enzima es totalmente inactiva. Glucogenosis tipo II o enfermedad de Pompe . Es un defecto de la α(1-4) glucosidasa ácida lisosómica , también denominada maltasa ácida . El glucógeno aparece almacenado en lisosomas. En niños destaca por producir insuficiencia cardíaca al acumularse en el músculo cardíaco causando cardiomegalia . En adultos el acúmulo es más acusado en músculo esquelético . Mucopolisacaridosis . Causadas por la ausencia o el mal funcionamiento de las enzimas necesarias para la degradación moléculas llamadas glicosoaminoglicanos o glucosaminglucanos (antes llamadas mucopolisacáridos). Destacan la mucopolisacaridosis tipo I, también conocida como gargolismo o enfermedad de Hurler , en la que existe un defecto de la enzima α-1- iduronidasa , y la mucopolisacaridosis de tipo II o síndrome de Hunter , causada por un error en la enzima iduronato-2-sulfatasa .

14. 3.6Gota En la gota , el ácido úrico proveniente del catabolismo de las purinas se produce en exceso, lo que provoca la deposición de cristales de urato en las articulaciones . Los cristales son fagocitados por las células y se acumulan en los lisosomas secundarios; estos cristales provocan la rotura de dichas vacuolas con la consiguiente liberación de enzimas lisosómicos en el citosol que causa la digestión de componentes celulares, la liberación de sustancias de la célula y la autolisis celular. 3.7Artritis reumatoide La membrana de los lisosomas es impermeable a las enzimas y resistente a la acción de éstas. Ambos hechos protegen normalmente a la célula de una batería enzimática que podría degradarla. Existen, sin embargo, algunos procesos patológicos, como la artritis reumatoide , que causan la destrucción de las membranas lisosomales, con la consecuente liberación de las enzimas y la lisis celular.