Histología vegetal y animal

Del RETÍCULO al GOLGI

El destino mayoritario inmediato de las moléculas sintetizadas en el retículo endoplasmático es el lado cis del aparato de Golgi. Retículo endoplasmático y aparato de Golgi están comunicados mediante vesículas. ERGIC es un compartimento intermedio entre los dos orgánulos. COPI y COPII son cubiertas proteicas en la cara citosólica de las membranas que se encargan de formar las vesículas y seleccionar las moléculas que transportan. COPI actúa en el compartimento ERGIC y lado cis del aparato de Golgi, mientras COPII lo hace en el retículo endoplasmático.  La mayoría de las proteínas y de los lípidos que abandonan el retículo endoplasmático lo hacen en vesículas o en otros compartimentos membranosos con formas tubulares que se desprenden del retículo. Tienen como destino inmediato el aparato de Golgi. Las vesículas y los procesos tubulares se forman y salen desde regiones especializadas del retículo endoplasmático denominadas zonas de transición o dominios de exportación reticular. Estas zonas son numerosas, carecen de ribosomas y se encuentran dispersas por las cisternas del retículo endoplasmático rugoso. Tienen unos 0.5 µm de diámetro y, en células de mamíferos, son bastante estables e inmóviles en el tiempo. Las zonas de transición están físicamente asociadas a las pilas del aparato de Golgi. Siempre están físicamente proximas. Esto tiene sentido porque aumenta la eficiencia, no es necesario que las vesículas recorran largas distancias, o porque la generación y mantenimiento del aparato de Golgi realmente se produce a partir de las vesículas que provienen del retículo. Se ha comprobado que cuando se forma una zona de transición nueva se crea un aparato de Golgi en las proximidades, y si una zona desparece también lo hace la pila de cisternas asociadas. A veces, las zonas de transición se fusionan o se separan, haciéndolo también las pilas de cisternas de Golgi. Formación y fusión de vesículas. En la formación de las vesículas y de los compartimentos tubulares que saldrán del retículo endoplasmático participan al menos tres tipos de proteínas citosólicas que conjuntamente forman una cubierta denominada COPII: las GTPasas Sar1, sec 23-24 y sec 13-31. Éstas se ensamblan en este orden en la superficie citosólica de las membranas de la zonas de transición. En estas zonas del retículo se crean las condiciones propicias para el ensamblaje de COPII: tienen una composición lipídica diferente al resto del retículo y hay una acumulación de la proteína sec16, la cual tiene afinidad por las proteínas COPII. Las proteínas que forman COPII parecen realizar dos funciones: cooperan en la formación de las vesículas y participan, directa o indirectamente, en la selección de las cargas, las cuales son proteínas que han de ser incluidas en las vesículas. a) La cubierta de COPII, sobre todo la capa externa formada por sec-13-31, provoca la curvatura y evaginación, creando tensiones y pliegues en la membrana para formar la vesícula. Además, COPII parecen intervenir en la escisión de la vesícula. b) Hay dos tipos de cargas que han de ser transportadas: las que están en la membrana y las que son solubles. Las que son solubles han de ser reconocidas y "pescadas" por receptores transmembrana. Tanto estos receptores como las otras proteínas de membrana necesitan unirse por su dominio citosólico a la cubierta de COPII para ser incluidas en la vesícula. Esta interacción parece mediada por la proteína sec-24. Por tanto, las proteínas COPII son necesarias para incorporar a la vesícula las moléculas que van a ser transportadas. Independientemente de ello, cualquier proteína que vaya a ser exportada debe estar apropiadamente plegada. Las que no lo están son eliminadas antes de que sean englobadas para su exportación. Es decir, en el retículo endoplasmático se lleva a cabo un control de calidad. Las vesículas recubiertas con COPII parten desde la zona de transición del retículo endoplasmático y se fusionan formando el compartimento ERGIC, el cual se desplaza guiado por los microtúbulos hacia el lado cis del aparato de Golgi. En el lado cis, los compartimentos ERGIC provenientes de diferentes zonas de la célula se fusionan para formar las primeras cisternas del aparato de Golgi. Desde los compartimentos ERGIC se forman vesículas de reciclado recubiertas por COPI que van de vuelta al retículo endoplasmático. Las vesículas recubiertas con COPII liberadas desde las membranas del retículo pierden parcialmente su cubierta y se fusionan entre sí para formar un compartimento intermedio denominado transportador túbulo vesicular o ERGIC (endoplasmic reticulum-Golgi intermediate compartment), que es dirigido por los microtúbulos (componentes del citoesqueleto) hacia el lado cis del aparato de Golgi, con el que se fusionará. Aun siendo el transporte mediado por proteínas COPII descrito el más frecuente entre el retículo endoplasmático y el aparato de Golgi, debe haber variaciones para llevar ciertas moléculas de un orgánulo al otro. Por ejemplo, una vesículas típica COPII, de unos 60 a 90 nm de diámetro, no puede englobar a una molécula de procolágeno, que son proteínas a modo de barras rígidas de unos 300-400 nm de longitud. Parece que mediante la modificación e incorporación de ciertas moléculas a la cubierta se pueden fabricar vesículas COPII de unas 500 µm de diámetro, en las que se acomoden las moléculas grandes como las de procolágeno. De vuelta al retículo El tráfico bidireccional tiene dos misiones, devolver moléculas residentes del compartimento fuente y mantener el tamaño de los orgánulos fuente y diana. El compartimento ERGIC madura durante el camino hacia el aparato de Golgi. Esta maduración supone una modificación de las moléculas de su membrana y permiten la asociación de otras proteínas citosólicas que forman una cubierta denominada COPI. COPI muestra el mismo mecanismo que COPII pero su función es formar vesículas y seleccionar moléculas que se devolverán al retículo endoplasmático. De esta forma, mientras el compartimento ERGIC se mueve hacia el aparato de Golgi libera vesículas que retornarán al retículo, transportadas por los microtúbulos. Es una vía de reciclado. El sentido de este reciclado es devolver las proteínas que han escapado del retículo y que realmente tienen su misión en este orgánulo. A estas moléculas se les denomina residentes del retículo. Además de las vesículas COPI, parece haber otras maneras de devolver moléculas desde el Golgi al retículo, como por ejemplo formaciones tubulares que forman puentes directos entre ambos orgánulos. En el caso de las COPI, la presencia de la carga estabiliza la cubierta, por lo que cuanto más moléculas haya para transportar retrográdamente más vesículas se formarán. Las vesículas COPI, además de membrana para reemplazar a la que se usó para formar las vesículas COPII, deben ir cargadas con las SNARE-v y con los receptores que seleccionaron a las moléculas trasnportadas en el retículo, pero además deben regresar a las proteínas residentes del retículo que entraron en las vesículas de manera no selectiva. La selección de las proteínas residentes del retículo en el compartimento ERGIC se realiza de dos maneras. Las proteínas transmembrana son reconocidas por COPI, mientras que las solubles son reconocidas por una proteína transmembrana denominada receptor KDEL. Las proteínas residentes, tanto transmembrana como solubles, poseen secuencias de aminoácidos que han de ser específicas. Una vez empaquetadas, las vesículas COPI llegan al retículo y se fusionan con él, dejando allí sus moléculas. El receptor KDEL alterna entre el retículo y el compartimento ERGIC, puesto que también viaja en las vesículas recubiertas por COPII, pero en este caso sin unir ligando alguno. El proceso de unir un ligando en un orgánulo y liberarlo en el otro es posible porque hay un gradiente de pH entre estos dos compartimentos, más básico en el retículo, que le impide unirse a sus ligandos (y por tanto los libera), y más ácido en el aparato de Golgi, que le permite unirse a sus ligandos. Es decir, la variación de pH entre compartimentos modifica la afinidad del receptor KDEL por sus ligandos. https://mmegias.webs.uvigo.es/5-celulas/5-reticulo-golgi.php APARATO de GOLGI El aparato de Golgi es un orgánulo formado por grupos de cisternas apiladas localizadas cerca del centrosoma en las células animales. Es una estructura polarizada: el lado cis, por donde entran las moléculas provenientes del retículo endoplasmático, cisternas intermedias, donde se procesan dichas moléculas, y el lado trans, desde donde se reparten a otros compartimentos. Las moléculas viajan en las cisternas que se desplazan y maduran desde el lado cis al lado trans y durante este viaje se van procesando. Funciones: principal centro de glicosidación, también se completa la síntesis de esfingolípidos, sulfatación, fosforilación, etcétera. Es un centro de reparto de moléculas. Estación de reparto. Desde el aparato de Golgi salen vesículas con moléculas procesadas hacia la membrana celular y hacia los endosomas tardíos.  El aparato de Golgi fue descubierto por Camilo Golgi en 1889 cuando observaba neuronas y fue cuestionado durante décadas. Su estructura membranosa fue descrita en detalle por primera vez al microscopio electrónico por Dalton y Felix (1954), quienes introdujeron el concepto de complejo del Golgi. En las células animales es un orgánulo que se localiza generalmente próximo al centrosoma, el cual suele estar en las cercanías del núcleo. Esta posición central depende de la organización del sistema de microtúbulos, que en las células animales parten en su mayoría del centrosoma de forma radial. El aparato de Golgi está formado por cisternas aplanadas que se disponen regularmente formando varias pilas o dictiosomas. Generalmente las cisternas están ensanchadas en los bordes (como una pizza) y curvadas teniendo las pilas de cisternas una parte cóncava y una convexa. En una célula suele haber varios de estos dictiosomas y algunas cisternas localizadas en dictiosomas próximos están conectadas lateralmente. El número (normalmente de 3 a 8) y el tamaño de las cisternas en cada dictiosoma es variable y depende del tipo celular, así como del estado fisiológico de la célula. A todo el conjunto de dictiosomas y sus conexiones se le denomina complejo o parato de Golgi. Imagen tomada con un microscopio electrónico de transmisión de un complejo de Golgi con varios dictiosomas. En las células animales el complejo del Golgi está formado por varios dictiosomas, localizados próximas al centrosoma, cerca del núcleo. Algunas de los dictiosomas adyacentes están conectados lateralmente. En las células animales, entre las cisternas, dentro de cada dictiosoma, existen numerosas proteínas fibrosas en las que se encuentran embebidas las cisternas. Este entramado, denominado matriz, podría ayudar en el mantenimiento de la estructura del orgánulo. Sin embargo, se ha demostrado que la posición e integridad del aparato de Golgi depende principalmente de la organización de los microtúbulos. La posición del complejo de Golgi parece depender de los microtúbulos nucleados desde el centroma, mientras que la integridad de cada dictiosoma se cree que depende de microtúbulos generados desde las propias cisternas. La actina y la miosina ayudarían también de una manera más fina en la organización de los dictiosomas. Además, el aparato de Golgi depende del tráfico vesicular desde el retículo endoplasmático. Si éste se detiene el Golgi también desaparece. En las células de las plantas, que no tienen centrosoma, hay numerosas estructuras similares a dictiosomas del Golgi poco desarrolladas, o incluso cisternas individuales dispersas por el citoplasma. Cada una de estas pilas de cisternas actúan de manera independiente. Es como si el complejo de Golgi estuviera distribuido por toda la célula. En las células vegetales las cisternas del aparato de Golgi son más pequeñas que en las células animales, aunque el número de cisternas dispersas puede variar entre decenas y más de cien. Hay otras diferencias en las plantas respecto a los animales: no se ha observado compartimento ERGIC (ver más abajo), y el TGN está muy desarrollado. Las cisternas o grupos de cisternas son móviles gracias a los filamentos de actina y parecen moverse por zonas de producción de vesículas del retículo endoplasmático, como si fueran recolectándolas. Estos movimientos no alteran la morfología de las pilas de cisternas. Los filamentos de actina son también los que dirigirán las vesículas que salen del Golgi hacia las vacuolas. En las plantas, ni estos grupos dispersos, ni las cisternas, desaparecen durante la división celular puesto que son necesarios para crear la pared celular nueva que separará a las dos células hijas. Hay variaciones morfológicas en el aparato de Golgi dependiendo del tipo celular y de la especie. Por ejemplo, en las células de la mosca del vinagre, aunque tienen centrosoma, poseen una organización similar de cisternas del Golgi a la de las plantas. Las conexiones laterales de las pilas de cisternas sólo se han observado en células de mamíferos. Organización del aparato de Golgi en una célula animal y en una vegetal. La diferencia más llamativa es la dispersión de los dictiosomas y el papel predominante de la actina en las células vegetales respecto a los animales. Las flechas indican el sentido del movimiento de la vesícula más próxima. Es un orgánulo polarizado y cada dictiosoma contiene dos dominios, un lado cis y un lado trans. Entre ambos se encuentran las cisternas intermedias. En el lado cis existe un proceso continuo de formación de cisternas con material procedente de la fusión de compartimentos túbulo vesiculares denominados ERGIC (endoplasmic reticulum Golgi intermediate compartment), los cuales se forman con material proveniente del retículo endoplasmático. El lado trans también posee una organización túbulo-vesicular denominada TGN (entramado trans del aparato de Golgi o trans Golgi network), donde las cisternas con las moléculas procesadas se deshacen en vesículas que se dirigen a otros compartimentos celulares. Por tanto se da un trasiego constante de moléculas desde el lado cis al trans, pasando por las cisternas intermedias. Es un orgánulo en constante renovación y el flujo de moléculas afecta a su organización y a su tamaño. Este orgánulo está especialmente desarrollado en células con fuerte secreción. La dirección del flujo de sustancias determina una polarización de la distribución de las enzimas en las cisternas que están próximas al lado cis o al trans. El aparato de Golgi se divide en varios dominios. El lado cis es donde el compartimento ERGIC y las vesículas se fusionan para formar las primeras cisternas. El compartimento ERGIC no se puede considerar como un compartimento perteneciente al aparato de Golgi, sino que es intermedio entre el retículo endoplasmático y el propio aparato de Golgi. Las cisternas que se encuentran en la zona intermedia de la pila se denominan intermedias. En el lado trans es donde las cisternas se deshacen en vesículas y estructuras tubulares que contienen moléculas ya procesadas. El TGN es este complejo de vesículas y estructuras tubulares que se forman en el lado trans. Desde las partes laterales de las cisternas se forman vesículas que viajan y se fusionan con cisternas más próximas al lado cis, son vesículas de reciclado. Las flechas laterales indican el sentido del reciclado y las centrales el sentido que siguen las moléculas en su tránsito por el aparato de Golgi. Modelos para explicar el transporte de sustancias a través del aparato de Golgi desde el lado cis al lado trans: a) Modelo de la maduración de cisternas. Se postula que los cuerpos túbulo vesiculares (ERGIC) provenientes del retículo endoplasmático se fusionan formando una cisterna en el lado cis. Esta cisterna se mueve progresivamente y madura hasta llegar al lado trans donde se descompone en vesículas para su reparto a otros compartimentos celulares. Hoy en día se tiende a aceptar este modelo porque hay observaciones que son explicadas por él pero no por otros modelos. b) Modelo de los compartimentos estables. En este modelo los cuerpos túbulo vesiculares (ERGIC) provenientes del retículo endoplasmático se unen al lado cis y desde esas cisternas salen vesículas que transportan material a la siguiente cisterna, y así sucesivamente hasta llegar al lado trans donde son empaquetadas en vesículas para su reparto. Este modelo no tiene actualmente muchos seguidores. c) Modelo de la conexión de túbulos. Se ha visto con el microscopio electrónico que en ocasiones existen conexiones tubulares entre cisternas adyacentes. Estas conexiones parecen pasajeras y dependientes del tipo de material a secretar. Este modelo no es incompatible con el de maduración de cisternas y ambos procesos podrían ocurrir simultáneamente. Modelos de transporte de moléculas (color naranja) a través del aparato de Golgi. En el modelo de maduración de cisternas (arriba) las cisternas se crean en el lado cis y se desplazan, mientras van madurando, hacia el lado trans donde se transforman en vesículas. En el modelo de cisternas permanentes (abajo) las moléculas viajan de una cisterna a la cisterna contigua, en dirección hacia el lado trans, englobadas en vesículas (vesículas de color naranja). Funciones a) Es uno de los principales centros de glucosidación en la célula. Se añaden y modifican glúcidos que formarán parte de las glucoproteínas, proteoglucanos, glucolípidos y polisacáridos como la hemicelulosa de las plantas. Entre los azúcares específicos que se añaden en el aparato de Golgi está el ácido siálico. En el aparato de Golgi se añade oligosacáridos con unión tipo O a los grupos hidroxilos de aminoácidos como la serina, la treonina y la hidroxilisina. Este tipo de glucosilación ocurre en los proteoglicanos. También en el Golgi se añaden los grupos sulfatos a los glicosaminoglucanos. En el aparato de Golgi también se producen otras modificaciones además de la glicosidación y sulfatación, como son fosforilación, palmitoilación, metilación y otras. En las plantas su papel es crucial, puesto que sintetiza los glicoconjugados que forman parte de la pared celular, menos la celulosa que se sintetiza en la membrana plasmática. Todas las funciones relacionadas con los glúcidos las llevan a cabo las enzimas glicosiltransferasas (añaden glúcidos) y las glicosidasas (eliminan glúcidos). Pueden existir unos 200 tipos de estas enzimas en el aparato de Golgi. Las diferentes cisternas del aparato de Golgi tienen papeles específicos dentro del procesamiento de los glúcidos, que es una reacción secuencial. Hay evidencias de que existe un gradiente de enzimas relacionadas con la glicosidación desde el lado cis al trans, estando más concentradas cerca del lado cis aquellas enzimas implicadas en los primeros pasos del proceso de glicosidación. b) En el aparato de Golgi se terminan de sintetizar los esfingolípidos como las esfingomielinas y los glicoesfingolípidos. La ceramida sintetizada en el retículo endoplasmático es la molécula sobre la que trabajan las enzimas del aparato de Golgi para formar dichos tipos de lípidos de membrana. En el aparato de Golgi también se ensamblan las apoliproteínas como las VLDL. c) Es un centro de reparto de moléculas que provienen del retículo endoplasmático o que se sintetizan en el propio aparato de Golgi. Unas vez procesadas en el aparato de Golgi, las diferentes moléculas son seleccionadas y empaquetadas en vesículas diferentes para dirigirse a sus respectivos destinos. El TGN es la plataforma desde la cual salen las vesículas para los distintos compartimentos (ver figura). Desde el lado trans saldrán vesículas con moléculas seleccionadas hacia la membrana plasmática en dos rutas: la exocitosis constitutiva y la excocitosis regulada. También desde el TGN se envía vesículas hacia la ruta de los endosomas tardíos/cuerpos multivesiculares/lisosomas, o las vacuolas en el caso de las plantas y se envían vesículas de reciclado hacia cisternas del propio aparato de Golgi. Pero el TGN es también un compartimento que recibe vesículas de los endosomas y parece participar en los procesos de reciclado de moléculas entre la membrana y compartimentos internos como los endosomas. En las plantas también puede recibir vesículas de endocitosis. Por tanto este dominio participa en las vías de exocitosis y endocitosis. Formación y fusión de vesículas. Las vesículas que se forman en el TGN no son típicamente redondeadas sino con forma diversa y surgen de expansiones tubulares membranosas. El reparto de moléculas para las diferentes rutas supone una selección de las cargas. En el caso de las moléculas que van a los endosomas (y a membranas basolaterales) se seleccionan por una secuencia específica que poseen las proteínas transmembranas en su lado citosólico. Sin embargo, las moléculas que se dirigen hacia la membrana celular (o apical en las células polarizadas) son seleccionadas por selectinas que reconocen los enlaces glucosídicos tipo O y N. En los animales estas vesículas son conducidas a todos sus destinos por los microtúbulos, mientras que en las plantas son los filamentos de actina los que llevan las vesículas hasta las vacuolas, mientras que se desconoce lo que las conduce hasta la membrana plasmática. d) Hay otra serie de funciones no "convencionales" en las que recientemente se ha descubierto que participa el aparato de Golgi. Éstas incluyen ser centro de almacenamientos de calcio, actuar como una plataforma de señalización intracelular, participa en el control de los niveles de estéroles en la célula, en el se da parte de la respuesta de las células a la falta de alimentos, centro nucleador de microtúbulos en la células que se desplazan, etcétera. El aparato de Golgi es un orgánulo presente en todas las células eucariotas. Pertenece al sistema de endomembranas. Está formado por unos 80 dictiosomas (dependiendo del tipo de célula), y estos dictiosomas están compuestos por 40 o 60 sáculos (cisternas) aplanados y rodeados de membrana que se encuentran apilados unos encima de otros, y cuya función es completar la fabricación de algunas proteínas. Funciona como una planta empaquetadora, modificando vesículas del retículo endoplasmático rugoso. El material nuevo de las membranas se forma en varias cisternas del aparato de 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, al igual que los peroxisomas, que son vesículas de secreción de sustancias. La síntesis de polisacáridos de la matriz extracelular. Fue reportado por primera vez por el científico español Santiago Ramón y Cajal en el 1897,1​ y luego descrito en gran detalle por el científico italiano Camillo Golgi, al cual debe su nombre y quien fue Premio Nobel de Medicina en 1906 junto a Santiago Ramón y Cajal. Imagen del núcleo, del retículo endoplásmico y del aparato de Golgi. (1) Núcleo. (2) Poro nuclear. (3) Retículo endoplasmático rugoso (RER). (4) Retículo endoplasmático liso (REL). (5) Ribosoma en el RER. (6) Proteínas trasportadas. (7) Vesícula trasportadora. (8)Aparato de Golgi (AG). (9) Cisterna del AG. (10) Transmembrana de AG. (11) Cisterna de AG. (12) Vesícula secretora. (13) Membrana plasmática. (14) Proteína secretada. (15)Citoplasma. (16) Matriz extracelular. El aparato de Golgi está compuesto por estructuras denominadas sáculos. Estas se agrupan en número variable, habitualmente de 4 a 8, formando el dictiosoma en las plantas. 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.2​ Normalmente se observan entre 4 y 8, pero se han llegado a observar más de 60 dictiosomas.3​ 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 plasmática. 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.4​ Sin embargo, aún no se han logrado determinar en detalle todas las funciones y estructuras del aparato de Golgi.