UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MANABI FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD CARRERA DE LABORATORIO CLÍNICO TEMA: Premio nobel en medicina 2013 “descreimiento de la maquinaria maquinaria que regula el tráfico vesicular”
AUTORES:
DOCENTE: Lcdo. Jorge Zambrano
CATEDRA: BIOQUÍMICA TEÓRICA Y PRÁCTICA I
Contenido 1.
Resumen Ejecutivo ....................................................................................................................... 4
2.
Objetivos: ...................................................................................................................................... 5
3.
2.1.
Objetivo general: ................................................................................................................... 5
2.2.
Objetivo específicos: ............................................................................................................. 5
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 6 3.1.
4.
Premio Nobel 2013 De Fisiología O Medicina ..................................................................... 6
MARCO TEÓRICO ..................................................................................................................... 8 4.1.
¿QUÉ ES Y CUALES FUNCIONES CUMPLE UNA VESÍCULA? ................................. ................ ................... 8
4.2.
¿CÓMO ES EL TRANSPORTE VESICULAR? ................................................................. 8
4.3.
TRANSPORTE VESICULAR ............................................................................................. 8 4.3.1. 4.3.1.EXOCITOSIS ............................................................................................................... 9 4.3.2. 4.3.2.ENDOCITOSIS ............................................................................................................ 9
4.4.
PASOS PARA EL TRANSPORTE VESICULAR ............................................................ 11
4.5.
ORGANELOS DEL TRANSPORTE VESICULAR ......................................................... 11
4.6.
CLASIFICACIÓN DEL TRANSPORTE VESICULAR ................................................... ................................................... 12 4.6.1. 4.6.1.CLASIFICACIÓN SEGÚN LA SUSTANCIA TRANSPORTADA ......................... 13 4.6.2. 4.6.2.CLASIFICACIÓN SEGÚN LA SUSTANCIA DIRECCIÓN .................................. ................. ................... .. 15
4.7.
RELACIÓN ENTRE EL TRANSPORTE VESICULAR Y LAS PATOLOGÍAS ............ ............ 16 16
5. Trabajos citados .......................................................................................................................... 19
TÍTULO: MAQUINARIA QUE REGULA EL TRAFICO VESICULAR
Resumen Ejecutivo Las células eucariotas se caracterizan por el reparto ordenado y dirigido de moléculas entre diferentes compartimentos celulares. En muchos casos este reparto está mediado por vesículas, que actúan como vehículos para transportar moléculas entre algunos orgánulos celulares, y también otros compartimentos como la membrana plasmática y el exterior celular. La comunicación entre muchos de los orgánulos celulares está mediada por vesículas, las cuales transportan las moléculas en su interior o incluidas en sus membranas. Estas comunicaciones se denominan en conjunto tráfico vesicular. El transporte vesicular supone una gran ventaja puesto que se pueden seleccionar de manera específica qué moléculas deben ir a cada compartimento, moléculas que en muchas ocasiones son necesarias para las funciones de dichos compartimentos. Por ejemplo, las enzimas hidrolíticas ácidas deben ir a los lisosomas, pero no a los endosomas tempranos y el colágeno debe ir a la matriz extracelular. Las vesículas son pequeños compartimentos delimitados por una membrana que viajan entre orgánulos celulares, participando también la membrana celular. Sirven para transportar moléculas solubles, es decir, disueltas en el medio acuoso de su interior, y moléculas de membrana, que viajan formando parte de la propia membrana de la vesícula, como son lípidos, canales o receptores. Las vesículas se forman en el compartimento fuente y se cargan con aquellas moléculas que deben ser transportadas. Una vez liberadas en el citosol, las vesículas son dirigidas hacia el orgánulo o compartimento diana, al cual reconocen, y con el que finalmente se fusionan. (A.H.V.A, 2017)
Objetivos: Objetivo general: Establecer la importancia del del descubriendo de la maquinaria que regula el tráfico vesicular vesicular
Objetivo específicos: Determinar la importancia del Trafico Vesicular. Señalar las rutas de comunicación comunicación vesiculares vesiculares Definir la posible relación entre problemas con el trafico vesicular y el surgimiento de enfermedades
INTRODUCCIÓN Premio Nobel 2013 De Fisiología O Medicina En el año 2013 los investigadores estadounidenses James E.Rothman, Randy W.Schekman y investigador Alemania Thomas C.Südhof, fueron galardonados galardonados con el premio nobel de Fisiología Fisiología o Medicina “por sus descubrimien tos de la maquinaria molecular que regula el tráfico vesicular, un sistema de transporte fundamental en nuestras células”
Cada célula es una fábrica que produce produce y exporta moléculas. moléculas. Une ejemplo descrito por el profesor Schekman explica lo siguiente: “la i nsulina se fabrica y emite en la sangre y las señales químicas
denominadas neurotransmisores se envían de una célula nerviosa a otra. Estas moléculas se transportan por la célula en pequeños paquetes denominados vesículas y los tres laureados con el Nobel han descubierto los principios moleculares que gobiernan el sistema por el que esta carga es entregada en el lugar correcto en el momento correcto en la célula. Si no funciona el sistema de transporte vesicular esencial para su funcionamiento y supervivencia, la célula deja de ser una compleja y precisa máquina máquina biológica y colapsa en un caos. (Allison, 2013) La célula produce multitud de moléculas con diferentes funciones, desde hormonas hasta lo neurotransmisores y enzimas que deben ser desplazadas dentro de la misma célula o fuera de ella con precisión. Por tanto, la organización organización del tráfico celular es fundamental fundamental y las vesículas hacen ese servicio de transporte entre los orgánulos de la célula. También se unen a la membrana celular para emitir hacia fuera su carga. Así se activan neuronas vía los neurotransmisores, o se controla el metabolismo en el caso de las hormonas. El inicio de las investigación investigación individuales se inicia inicia entre los años 1970 y 1980, James E Rothman, Rothman, Randy W Schekman y Thomas C Südhof trabajaron en aspectos separados del mecanismo por el cual moléculas como hormonas, enzimas y neurotransmisores se mueven alrededor de las células en pequeñas burbujas de la la membrana grasa llamadas "vesículas". "vesículas". A partir de 1970 El doctor Randy W. Schekman, trabajó en la levadura del pan e identificó los genes que producían a las proteínas necesarias para el transporte de estas vesículas, en específico de una glicoproteína. Caracterizó 23 genes de tres tipos involucrados en el transporte vesicular que se lleva a cabo del núcleo, hacia el retículo endoplásmico, el aparato de Golgi y hacia la membrana celular. Por su parte, el doctor James E. Rothman, de la Universidad de Yale, trabajó con mamíferos y describió la proteína NSF, que permite el transporte de proteínas hacia el Aparato de Golgi, así
como las SNAP Y SNARE. Con estas aportaciones descubrió cómo las proteínas logran que las vesículas lleguen y se adosen a la membrana, con lo que se garantiza que éstas se anclen en el lugar debido. El último mecanismo de este transporte celular consistía en identificar cómo la vesícula al unirse a la siguiente membrana se abría y permitía que saliera la proteína hacia la siguiente estructura celular. De esta manera, el doctor Thomas C. Südhof, de la Universidad de Stanford, interesado en la comunicación neuronal, describió el mecanismo que permite que al entrar el calcio a la célula, se dé la fusión de las vesículas y con ello, la liberación de su contenido.
MARCO TEÓRICO
¿QUÉ ES Y CUALES FUNCIONES CUMPLE UNA VESÍCULA? Las vesículas son organelas que forma un compartimento, separado del citosol por una bicapa lipídica similar a la Membrana Plasmática. Son por lo general una membrana que se forma de manera natural como resultado de las propiedades de los distintos lípidos de membrana como los fosfolípidos, entre las funciones de las vesículas está el almacenar, transportar o digerir productos y residuos celulares. Son una herramienta fundamental de la célula para la organización del metabolismo.
¿CÓMO ES EL TRANSPORTE VESICULAR? Las proteínas generadas en el núcleo de la célula, al salir de éste transitaban por las distintas estructuras celulares en el lugar y en el tiempo preciso, permitiendo que la maquinaria celular funcionara adecuadamente. Se descubrió que esto pueden realizarlo a través del llamado tráfico celular, sin el cual la célula no podría sobrevivir. Para que este tráfico celular sea posible, es necesario que las proteínas sean empaquetadas por vesículas, que son “burbujas en miniatura rodeadas de una membrana” parecida a la de la célula, las
cuales protegen lo que lleva adentro. El doctor Miguel Ángel Morales Mendoza, del Departamento de Biología Celular y Fisiología del Instituto de Investigaciones Biomédicas de la Universidad nacional autónoma de México, explicó que este mecanismo de transporte fue descubierto alrededor de los años 50 del siglo pasado. El siguiente paso fue descubrir cómo se pueden mover las vesículas y llegar al sitio adecuado.
TRANSPORTE VESICULAR Transporte vesicular Muchas vesículas se originan principalmente desde el Aparato de Golgi, sin embargo también pueden provenir de los retículos endoplasmáticos, o se forman a partir de partes de la membrana plasmática. El cruce a través de la membrana celular, con o sin ayuda de proteínas de transporte, es uno de los principales modos en que las sustancias entran y salen de la célula, otro tipo de proceso de transporte que involucra vesículas se forman a partir de la membrana celular o se fusionan con ella.
EXOCITOSIS Las vesículas se mueven desde los complejos de Golgi a la superficie de la célula. Cuando una vesícula alcanza la superficie celular, su membrana se fusiona con la membrana citoplasmática y expulsa su contenido al exterior. La Exocitosis es el proceso mediante el cual se secretan diferentes tipos de moléculas contenidas en una vesícula citoplasmática de una célula al espacio extracelular, expresándose en todas las células eucariotas. La exocitosis implica la fusión de la membrana vesicular a la membrana plasmática, de manera calcio dependiente. La exocitosis se ha especializado grandemente en células secretoras y neuronas, es altamente regulable y se denomina exocitosis regulada. Posterior a la exocitosis la vesícula es recuperada por el mecanismo de endocitosis que también se ha especializado y es regulable en cierto tipo de células. (Jaffe, 2014) La gemación de vesículas nuevas de diferentes compartimentos de la célula como el aparato de Golgi y el retículo endoplasmático también es un proceso constitutivo expresado en todas las células.
Hay que diferenciar la exocitosis regulada de la exocitosis constitutiva por la cual las células transportan elementos de membrana y proteínas continuamente a la membrana plasmática. Sin embargo hay muchos pasos en los cuales estos dos mecanismos se asemejan.
ENDOCITOSIS En la endocitosis el material que se incorporará a la célula induce una invaginación de la membrana, produciéndose una vesícula que encierra a la sustancia. Esta vesícula es liberada en el citoplasma. Las moléculas pequeñas pueden atravesar la membrana por difusión simple o facilitada, o por procesos de transporte activo. activo.
La entrada de grandes moléculas (macromoléculas) o de partículas complejas en el interior de la célula se lleva a cabo mediante procesos de endocitosis, estos procesos suponen un gasto energético y el tránsito controlado de vesículas a través de la célula. La endocitosis es un proceso por el cual la membrana plasmática de la célula se invagina englobando las partículas del medio y forma una vesícula. Una vez en el interior de la célula, las vesículas de endocitosis pueden seguir dos caminos: Digestión. En general, las vesículas de endocitosis se fusionan con lisosomas primarios para formar vacuolas digestivas. Los productos de la digestión se incorporarán posteriormente al metabolismo celular. Tránsito intracelular o transcitosis. Algunas vesículas de endocitosis simplemente transportan su contenido desde un punto a otro de la célula. Por ejemplo, en las células que revisten los vasos sanguíneos se transportan sustancias desde la sangre hasta los tejidos periféricos. (Bsu, 2010)
Algunos procesos de endocitosis (endocitosis mediada por receptor) implican la selección de macromoléculas específicas, especialmente importantes para el organismo, para lo cual se produce la asociación de las mismas a puntos determinados de la membrana. La cara externa de la membrana contiene receptores específicos de la molécula en cuestión, mientras que su cara interna está asociada a una proteína filamentosa (la clatrina). Las vesículas así formadas se denominan vesículas revestidas. El revestimiento se pierde una vez que se internaliza la vesícula, que posteriormente se unirá unirá a distintos compartimentos compartimentos celulares.
PASOS PARA EL TRANSPORTE VESICULAR Todas las proteínas que son procesadas en el retículo pasan al aparato de Golgi gracias a vesículas transportadoras, teniendo lugar un transporte anterógrado (del retículo al Golgi). Una vez en la cara cis del Golgi las proteínas permanecen en este pasando por las distintas fases de maduración (pasa de cara cis a cara media, y de esta a cara trans), no dándose un transporte vesicular entre las distintas caras del Golgi, sino que tiene lugar una maduración de las cisternas (proceso conocido como progresión cisternal). Al trans Golgi llegan distintos tipos de proteínas, proteínas lisosomales, proteínas de membrana, proteínas del retículo endoplasmático, proteínas de secreción, etc. En cuanto a las proteínas de secreción, estas son transferidas hacia el exterior envuelto en vesículas de secreción que parten del trans Golgi. Podemos distinguir dos tipos de secreción:
Constitutiva. Se da la secreción de estas proteínas de forma continua. Estas proteínas son sintetizadas continuamente y suelen tener como finalidad la renovación proteica de la membrana. Regulada La proteína a ser excretada permanece en la vesícula hasta que se reciben unas señales determinadas que estimulan su secreción. Es lo que ocurre con hormonas.
ORGANELOS DEL TRANSPORTE VESICULAR Las vesículas son organelas que forma un compartimento, separado del citosol por una bicapa lipídica similar a la Membrana Plasmática. Son por lo general una membrana que se forma de manera natural como resultado de las propiedades de los distintos lípidos de membrana (como los fosfolípidos por ejemplo). Este tipo de estructuras estructuras lipídicas son son similares a las micelas micelas (formadas por una sola capa de fosfolípidos), pero reciben el nombre de liposomas (por tener dos capas de fosfolípidos)
La mayoría de las vesículas se han especializado en funciones concretas las cuales dependen de los materiales que contienen. En general la función de las vesículas es almacenar, transportar o digerir productos y residuos celulares. Son una herramienta fundamental de la célula para la organización del metabolismo. metabolismo. Muchas vesículas se originan principalmente desde en el Aparato de Golgi, sin sin embargo también pueden provenir de de los retículos endoplasmáticos, o se forman a partir de de partes de la membrana plasmática.
El cruce a través de la membrana membrana celular, con o sin ayuda ayuda de proteínas de transporte, transporte, es uno de los principales modos en que las sustancias entran y salen de la célula, pero no es el único. Hay otro tipo de proceso de transporte que involucra involucra vesículas que se forman a partir de la membrana celular o se fusionan con ella. (D.R.A, 2017)
CLASIFICACIÓN DEL TRANSPORTE VESICULAR En general se confunde la clasificación del transporte por vesículas, se clasifica de acuerdo a dos criterios: LA SUSTANCIA TRANSPORTADA: Pinocitosis y Fagocitosis LA DIRECCIÓN DEL TRANSPORTE: Exocitosis y Endocitosis
CLASIFICACIÓN SEGÚN LA SUSTANCIA TRANSPORTADA Se reconocen dos formas distintas:
FAGOCITOSIS ("cuerpo comiendo")
PINOCITOSIS ("cuerpo bebiendo")
FAGOCITOSIS. Es una función de células especializadas del sistema inmune, capaces de remover cuerpos extraños y combatir infecciones del sistema inmune como primera línea de defensa natural. En muchos organismos superiores, la fagocitosis es tanto un medio de defensa ante microorganismos invasores como de eliminación e incluso el reciclaje de tejidos muertos, además es como una forma de nutrición para las células que realizan ésta función. (Herrera, 2010) La fagocitosis se lleva a cabo en células especializadas llamadas fagocitos, varias células en el cuerpo humano ejercen funciones fagocitarias principalmente las células blancas como:
Neutrófilos
Eosinófilos
Basófilos
Monocitos
Macrófagos
En la FAGOCITOSIS, se da el transporte (hacia afuera o hacia adentro) de sustancias sólidas o partículas de gran tamaño.
En la entrada de sustancias el contacto entre entre la membrana plasmática y una partícula partícula sólida induce la formación de prolongaciones prolongaciones celulares (pseudópodos, lobópodos lobópodos o alguna otra otra variación), que
envuelven la la partícula, englobándola englobándola en una una vesícula. Luego, uno o varios lisosomas lisosomas se fusionan con la misma y vacían sus ENZIMAS ENZIMAS HIDROLÍTICAS en el interior.
PINOCITOSIS La PINOCITOSIS PINOCITOSIS es un proceso que permite a determinadas células y organismos unicelulares obtener del exterior, para alimentarse o para otro fin, líquidos orgánicos y sustancias disueltas en éstos. En la pinocitosis, la membrana celular se invagina, formando una vesícula alrededor alrededor del líquido del medio externo externo que que será incorporado a la célula. Se puede observar en células células especializadas en la función nutritiva, nutritiva, por ejemplo ejemplo las de la mucosa intestinal.
La célula engulle fluido extracelular, incluyendo moléculas como azúcar y proteínas. Estos materiales entran a la célula dentro de una vesícula, aunque no se mezclan con el citoplasma. Las células epiteliales en los capilares, usan la pinocitosis para tomar la porción líquida de la sangre en
la superficie capilar. Las vesículas resultantes viajan a través de las células capilares y liberan su contenido al tejido alrededor, mientras los glóbulos rojos permanecen en la sangre. (Maph, 2010)
TRANSCITOSIS Es el conjunto de fenómenos que permiten a una sustancia atravesar todo el citoplasma celular desde un polo al otro de la célula. Implica el doble proceso endocitosis-exocitosis. Es propio de células endoteliales que constituyen los capilares sanguíneos, transportándose así las sustancias desde el medio sanguíneo hasta los tejidos que rodean los capilares
CLASIFICACIÓN SEGÚN LA SUSTANCIA DIRECCIÓN El transporte vesicular según la dirección se divide en:
EXOCITOSIS (cuerpo afuera)
ENDOCITOSIS (cuerpo adentro)
ENDOCITOSIS La endocitosis es un proceso celular, por el que la célula c élula introduce moléculas grandes o partículas, y lo hace englobándolas en una invaginación de la membrana plasmática, formando una vesícula que termina por desprenderse e incorporarse al citoplasma.
EXOCITOSIS La exocitosis es el proceso celular por el cual las vesículas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmática y liberan su contenido. Esto sucede cuando llega una señal extracelular. La exocitosis se observa en muy diversas células secretoras, tanto en la función de excreción como en la función endocrina.
RELACIÓN ENTRE EL TRANSPORTE VESICULAR Y LAS PATOLOGÍAS Son varias las patologías que pueden estar involucradas en un mal funcionamiento de todo el sistema de transporte y secreción de proteínas, como pueden ser el tétanos, que afecta la liberación de vesículas, así como algunos tipos de epilepsias. Un trastorno del tráfico celular puede producir diabetes. En esta patología tan frecuente especialmente en la población mexicana, se encuentran trastornos en la secreción de la insulina en el páncreas como en la captación celular de la glucosa circulante. Otro padecimiento relacionado con este inadecuado tránsito vesicular es el botulismo, producido por la bacteria Clostridium botulinum, la cual impide la liberación de un transmisor en las sinapsis que regula la actividad muscular; al no liberarse este transmisor los músculos no se contraen adecuadamente pudiendo producir parálisis respiratoria. Asimismo, otro problema generado por el transporte celular está relacionado con la respuesta inmune, ya que las moléculas producidas por el aparato inmunológico para detectar al agente infectante tienen que ser liberadas para atacarlo y proteger el organismo; si esto no ocurre se dice que el individuo tiene bajas sus defensas. (Santillán, 2013)
La práctica totalidad de las funciones vitales depende de la correcta distribución de las proteínas a destinos celulares específicos. Tradicionalmente se ha considerado que las alteraciones en la localización subcelular de las proteínas y las manifestaciones clínicas asociadas eran primariamente debidas a mutaciones que afectaban a la estructura y plegamiento de las proteínas o a su procesamiento postraduccional con la consiguiente alteración en su transporte. Más recientemente, se ha tomado conciencia de que mutaciones en los genes directamente implicados en el tráfico de membranas pueden ser también responsables de anomalías en la localización de las proteínas. En la actualidad se han descrito más de un treintena de enfermedades hereditarias relacionadas con alteraciones en el tráfico de membranas y vinculadas a defectos en la biogénesis de las vesículas, las proteínas Rab y otras GTPasas, las proteínas del citoesqueleto, el atraque vesicular o la fusión de membranas. Aunque los fenotipos observados en los pacientes son muy diversos, frecuentemente incluyen hipopigmentación, alteraciones en la respuesta inmune de base celular y anomalías neurológicas. Se trata de enfermedades de muy baja incidencia (enfermedades raras), lo que no debe ser obstáculo para su estudio ya que, como veremos más adelante, su mejor conocimiento reportará un beneficio no sólo a los pacientes afectados de ellas sino también a los que padecen enfermedades de carácter multifactorial y considerable prevalencia en la población.
Conclusiones: Si no funciona el sistema de transporte vesicular esencial para su funcionamiento y supervivencia, la célula deja de ser una compleja y precisa máquina biológica y colapsa en un caos. Hay dos grandes rutas de comunicación por vesículas entre los orgánulos. La primera se inicia en el retículo endoplasmático, el cual envía vesículas al aparato de Golgi, que a su vez envía también vesículas a la membrana plasmática en un proceso denominado Exocitosis, esta es la ruta exportadora y otra gran ruta es la importadora y comienza en la membrana plasmática donde se forman vesículas por un proceso denominado endocitosis. un mal funcionamiento de todo el sistema de transporte y secreción de proteínas podría ser causado por enfermedades como el tétano o algún tipo de epilepsia y originar debates a causa de trastornos trastornos en la secreción de insulina insulina mutaciones en los genes directamente implicados en el tráfico de membranas pueden ser también responsables de anomalías en la localización de las proteínas.
Trabajos citados Allison, M. (28 de 10 de 2013). cinabrio.over-blog.es. Recuperado el 22 de 11 de 2017, de cinabrio.over-blog.es: http://cinabrio.over-blog.es/article-nobel-de-medicin htt p://cinabrio.over-blog.es/article-nobel-de-medicina-aa-adescubridores-de-maquinaria-molecular-que-regula-trafico-celular-120479529.html Bsu. (2010). biologiasur.org. Recuperado el 22 de 11 de 2017, de biologiasur.org: http://biologiasur.org/index.php/la-celula/organizacion-y-fisiologia-celular/celulaeucariotica-ii/138-apuntes-de-biologia/celula-eucariotica-ii/296-2-5-2-2-endocitosispinocitosis-y-fagocitosis D.R.A. (1 de 10 de 2017). elprofedebiolo.blogspot.com. Recuperado el 22 de 11 de 2017, de elprofedebiolo.blogspot.com: http://elprofedebiolo.blogspot.com/2017/06/transportepor-vesiculas.html Herrera, V. L. (16 de 04 de 2010). lafagocitosis.blogspot.com. Recuperado el 22 de 11 de 2017, de lafagocitosis.blogspot.com: http://lafagocitosis.blogspot.com http://lafagocitosis.blogspot.com/2010/04/fagocitosis.html /2010/04/fagocitosis.html Jaffe, E. (2014). caibco.ucv.ve. Recuperado el 21 de 11 de 2017, de c aibco.ucv.ve: http://caibco.ucv.ve/caibco/vitae/VitaeCuatro/Articulos/Neurociencias/exocitos.htm Maph. (2010). www.maph49.galeon.com . Recuperado el 23 de 11 de 2017, de www.maph49.galeon.com: http://www.maph49.galeon.com/memb2/phagocyt http://www.maph49.galeon.com/memb2/phagocytosis.html osis.html Santillán, M. L. (10 de 22 de 20 13). ciencia.unam.mx . Recuperado el 24 de 11 de 2017, de ciencia.unam.mx: http://ciencia.unam.mx/leer/275/Trafico_dentro_de_las http://ciencia.unam.mx/leer/275/Trafico_dentro_de_las_celulas _celulas
