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Aparato de Golgi

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Fue descubierto por Golgi en el citoplasma de las neuronas de Purkinge, empleando técnicas de impregnación argéntica. Se presenta en todas las células, excepto en los eritrocitos.

A. MORFOLOGÍA.

Varía de unas células a otras, e incluso en una misma célula depende del ciclo funcional.

- En hiperactividad está muy desarrollado.

- En células envejecidas llega casi a desaparecer.

Su localización varía según el tipo de célula:

- Células exocrinas: se sitúa en el polo secretor y encima del núcleo.

- Células neuronales: alrededor del núcleo.

- Células endocrinas: varía de unas células a otras, excepto en el tiroides que se sitúa entre el núcleo y la cara basolateral.

Se pueden considerar tres valores de organización:

1º. Cisterna o unidad básica.

2º. Dictiosoma o sistema lamelar formado por el apilamiento de cisternas .

3º. Aparato de Golgi constituido por el conjunto de dictiosomas.

 

clip image002 thumb Aparato de Golgi

B. CISTERNA.

Es la unidad básica del dictiosoma. Es un saco o cavidad lleno de contenidos fluidos que

tiene forma de disco y consta de una sola membrana de superficie lisa. Posee una región central plana denominada SÁCULO (15 a 20 nm) que continua con un sistema periférico de túbulos y vesículas. El sáculo puede llevar fenestraciones o poros y sus extremos pueden estar dilatados.

Las cisternas aparecen adosadas unas a otras formando el dictiosoma.

C. DICTIOSOMA.

1. DEFINICIÓN.

Es un sistema lamelar formado por el apilamiento de varias cisternas, cuyo número varia según especie, función, tipo celular y el estado funcional de la célula.

El número de cisternas varia de:

- 5 a 8 en organismos superiores.

- Más de 30 en organismos inferiores

El dictiosoma está rodeado por una región citoplasmática denominada zona de exclusión, en la cual están ausentes ribosomas, glucógeno, mitocondrias y cloroplastos y son abundantes el REL y las vesículas recubiertas con clatrina u otro tipo de proteína.

2. POLARIDAD.

En el dictiosoma hay polaridad:

- La cara proximal, de formación, de entrada, convexa o CIS: composición de la membrana similar al RER y membrana nuclear.

- La cara distal, de maduración, de salida, cóncava o TRANS: relacionadas con vesículas secretoras. La membrana es de composición química similar a la membrana plasmática.

clip image004 thumb2 Aparato de Golgi

Cada cisterna tiene un equipo enzimático característico. La glicosiltransferasa es la enzima más característica. Se puede considerar que hay tres compartimentos en el aparato de Golgi formado por:

- Cisternas cis (primeras): hay fosforilación de oligosacáridos lisosomales.

- Cisternas mediales: eliminación de manosa y adición de N-acetil-glucosamina a las glicoproteínas destinadas a la secreción.

- Cisternas trans (últimas cisternas): adición de galactosa y de N-acetil-neuramínico a las glicoproteínas destinadas a la secreción.

Desde el compartimento trans, las proteínas se desplazan a la red del trans Golgi (TGN); en este retículo tubular se segregan diferentes vesículas de transporte, que pueden estar cubiertas clatrina u otra proteína no conocida.

3. TIPOS DE VESÍCULAS.

Existen dos tipos de vesículas asociadas:

- Vesículas de TRANSICIÓN (10 nm de diámetro): se sitúa en la cara convexa o CIS y entre las cisternas. Se las llama vesículas de transferencia o intermedias.

- Vesículas SECRETORAS (40 a 100 nm de diámetro): se sitúan en la superficie lateral y en la cara cóncava o TRANS. Su contenido va destinado a otros orgánulos, membrana citoplasmática o a la secreción.

Las vesículas pueden ser lisas o cubiertas. Las cubiertas son las responsables del transporte de proteínas entre los orgánulos membranosos y la membrana plasmática.

D. PROCESAMIENTO DE LAS CADENAS DE OLIGOSACÁRIDO.

Es un proceso altamente ordenado, de forma que cada uno de los pasos depende de las reacciones anteriores.

clip image006 thumb1 Aparato de Golgi

Tres tipos de enzimas glucosiltransferasas actúan de forma secuencial, utilizando como sustratos, azúcares que han sido activados mediante su unión a determinados nucleótidos. Las membranas de las cisternas del Golgi contienen proteínas transportadoras transmembrana específicas que permiten a cada azúcar-nucleótido entrar por intercambio con su producto nucleótido monofosfato que es liberado después que el azúcar se une a la proteína en la cara luminal.

clip image008 thumb Aparato de Golgi

La glicosilación de proteínas está compartimentalizada en el Complejo de Golgi.

clip image010 thumb Aparato de Golgi

1. N-OLIGOSACÁRIDOS.

En el RE se añade un mismo tipo de N-oligosacárido a muchas proteínas diferentes, y este oligosacárido se modifica posteriormente en el RE y A. de Golgi. En las glicoproteínas maduras se encuentran dos tipos de N-oligosacáridos:

- N-oligosacáridos complejos: pueden tener más de dos moléculas de N-acetilglucosamina, varias galactosa y residuos de ácido siálico, y en algunos casos fucosa. Se genera por modificaciones del oligosacárido original, y por la adición de nuevos azucares.

- N-oligosacáridos ricos en manosa: contienen nuevos azucares que son añadidos en el complejo de Golgi. Contiene dos restos de N-acetilglucosamina y el resto es manosa.

clip image012 thumb2 Aparato de Golgi

Algunas veces, estos dos tipos se encuentran sobre la misma cadena polipeptídica.

Ciertas drogas y antibióticos pueden inhibir este proceso: tunicamicina, castanoespermina, bromoconduritol, Swainsonina.

2. O-OLIGOSACÁRIDOS.

Algunas proteínas tienen O-oligosacáridos sobre las cadenas laterales de residuos de Ser y Thr.

En el caso de los glucosaminoglicanos, los residuos de azúcar son sulfatados inmediatamente después de que los polímeros se hallan formado. El sulfato se añade a partir de un dador activado, el 3-fosfoadenosina-5-fosfosulfato (PAPS) que es transportado desde el citosol al lumen del último compartimento del Golgi. El sulfato también puede ser transportado hasta residuos de Tyr.

E. TRANSPORTE DE PROTEÍNAS DESDE EL COMPLEJO DE GOLGI A LOS LISOSOMAS.

1. FOSFORILACIÓN DE LOS RESIDUOS DE MANOSA DEL N-OLIGOSACÁRIDO.

Las ENZIMAS se sintetizan en RER y aquí son glicosiladas (N-oligosacárido).

Los precursores de las hidrolasas son marcados con grupos manosa-6-fosfato en el cis Golgi y separados de las demás proteínas en el trans Golgi. Las vesículas recubiertas con clatrina que emergen del trans Golgi presentan elevadas concentraciones de receptores específicos de manosa-6-fosfato, presentan elevadas concentraciones de receptores específicos de manosa-6-fosfato, los cuales unen las hidrolasas lisosomales.

clip image014 thumb1 Aparato de Golgi

En este proceso intervienen dos enzimas:

- N-acetil-glucosamina-N-acetil-fosfotransferasa: une un residuo de N-acetilglucosamina fosfato al 6-OH de la manosa.

- N-acetil-glucosamina-N-acetil-fosfoglucosidasa: elimina el residuo de N-acetil-glucosamina y deja el grupo fosfato en 6-OH.

clip image016 thumb1 Aparato de Golgi

La enzima GlcNAc fosfotransferasa, que reconoce las hidrolasas lisosomales en el Golgi, tiene un lugar catalítico y un lugar de reconocimiento separados.

El lugar catalítico une N-oligosacáridos ricos en manosa y UDP-GlcNAc. El lugar de reconocimiento se une a una zona señal que unicamente se encuentra sobre la superficie de las hidrolasa lisosomales.

clip image018 thumb3 Aparato de Golgi

La deficiencia de alguna de estas dos enzimas produce la enfermedad de las células I o enfermedad de inclusión celular. En está enfermedad, la mayoría de los enzimas lisosomales han desaparecido y sus sustratos no digeridos se acumulan formando grandes inclusiones. Las hidrolasas lisosomales han pasado a sangre porque hay un fallo en el proceso de clasificación durante su paso por el aparato de Golgi, error que provoca que las hidrolasas sean secretadas en lugar de transportadas a los lisosomas.

1.2. RECEPTORES DE MANOSA-6-FOSFATO.

Las glucoproteínas llegan a la región TRANS del aparato de Golgi y se unen a proteínas receptoras (PROTEÍNAS TRANS-MEMBRANA) que reconocen los restos de manosa-6-fosfato, seleccionando de esta forma las hidrolasas lisosomales del resto de glicoproteínas que van destinadas a la secreción.

En la cara trans del aparato de Golgi se liberan vesículas recubiertas de CLATRINA (prelisosoma) que contienen el receptor incorporado a la membrana y al que se han unido las hidrolasas. Estas vesículas recubiertas pierden sus cubiertas y se fusionan con ENDOLISOSOMAS (vesículas ácidas, pH=5). Al bajo pH de los endolisosomas, las hidrolasas ácidas se separan de sus Rc, los cuales se reciclan hacia el complejo de Golgi para ser reutilizados en siguientes rondas de transporte. Las hidrolasa ácidas pierden los grupos fosfato de la manosa, para evitar su vuelta al Golgi.

Al mismo tiempo, se forman unas vesículas forradas que contienen el receptor, y que se desprenden de la vesícula ácida para reciclarse (es un proceso similar al de endocitosis mediada por receptor, donde intervenían las vesículas CURL).

clip image020 thumb2 Aparato de Golgi

De estos endolisosomas, se liberan vesículas recubiertas de CLATRINA por gemación, que contienen los receptores (reciclaje) que pierden su cubierta de clatrina y se unen a las membranas de la cara TRANS del Golgi. La perdida de la cubierta de clatrina es dependiente de ATP e intervienen proteínas tipo hsp70.

3. TIPOS DE VESÍCULAS

Hay tres tipos de vesiculas correspondientes a los tres tipos de cubierta conocidas (proteína de cubierta del citosol (COP)-I, COP-II y clatrina) e involucradas en el transporte de proteínas en las vía secretoria, tráfico vesicular y en la endocitosis.

clip image022 thumb1 Aparato de Golgi

Las vesículas que brotan del RE están cubiertas con proteínas COP I o COP II, mientras que las vesículas que nacen de la cara CIS del Aparato de Golgi están cubiertas con proteínas COP I, y las vesículas que nacen del TRANS están cubiertas con clatrina.

clip image024 thumb Aparato de Golgi

• Las proteínas y los lípidos viajan de un compartimiento a otro en vesículas que emergen de una organelo y se fusionan con otro

• Las proteínas del lumen son empaquetadas en las vesículas y liberadas en el lumen del próximo compartimiento. Las proteínas de membrana viajan como parte de la membrana en la vesícula

• Si bien algunas proteínas deben seguir la vía secretoria. Otras deben ser retenidas en el ER (GT, GLS2, Bip, CNX)

• Salida del ER es otro punto de sorting. Señal proteínas solubles HDEL y KKXX las de membrana

clip image026 thumb1 Aparato de Golgi

F. EVOLUCIÓN DE LAS CISTERNAS.

Hay dos modelos para explicar el paso de la cara cis a la trans:

1. MODELO DE CISTERNA ESTACIONARIA.

Cada compartimiento de los sacos del AG es una estructura estable.

El trafico entre sucesivas cisternas es mediado por vesículas que van y vienen, que nacen desde una cisterna y se fusionan en otra, que suele ser la siguiente, en la secuencia Cis. Trans.

Las proteínas destinadas al Trans-Golgi (TGN) serán almacenadas y empacadas dentro de vesículas blanco para varios destinos, no necesariamente hay una selección y concentración, simplemente son llevadas hacia fuera por vesículas nacientes. Por otra parte, las moléculas que pertenecen al RE son activamente retenidas y retraídas.

clip image028 thumb Aparato de Golgi

2. MODELO DE MADURACIÓN CISTERNAL.

En éste las cisternas del AG son compartimentos de tránsito que gradualmente cambian desde la CGN a través de las cisternas medias a cisternas TGN. En este modelo, las vesículas que transitan desde el RE convergen para formar el Cis-Golgi (CGN), éstas vesículas del CGN acumulan enzimas específicas para los pasos tempranso de procesamiento de proteínas. Paso por paso, la cisterna Cis es transformada en la cisterna media y después en la cisterna Trans y así se va obteniedo enzimas adicionales. Las enzimas que no necesitan ser tan grandes y se encuentran en las cisternas de adelante, retornan en vesículas a los compartimentos tempranos.

Por último, la forma TGN transporta vesículas o gránulos de secreción de diferentes contenidos, hacia varios destinos desde el AG.

Los dos modelos no son mutuamente excluyentes, ambos se aplican en algún grado, dependiendo del organismo y tipo de célula.

Algunos componentes observados en las cisternas media son tan grandes como para viajar en las pequeñas vesículas encontradas en la célula. Por ejemplo, polisacaridos producidos por varias sps de algas. 1o. Aparecen en compartimentos tempranos del AG, y posteriormente son encontrados en los compartimentos tardios del AG, los cuales se fusionan eventualmente con la membrana plasmática y liberan el producto finalizado por incorporación dentro de la pared celular.

Un proceso similar de maduración ocurre con procolágena en fibroblastos y caseína en células de glándula mamaria, viajando a través del AG.

clip image030 thumb Aparato de Golgi

El movimiento del material sintetizado en el RE y modificado en el AG y que fluye hacia la membrana plasmática, es denominado Anterogrado (antero deriva del latín “en frente” y grade “ir”). Además de los lípidos y proteínas llevados por vesículas, están las moléculas esenciales para el envase y carga de vesículas que serán dirigidas a sus destinos.

Cada vez que un gránulo de secreción se fusiona con la membrana plasmática y descarga su contenido al exterior por exocitosis, un trozo de membrana RE se convierte en parte de la MP. Para balancear el fluído de lípidos hacia la MP y para asegurar un suplumento de componentes para formar nuevas vesículas, la célula recicla lípidos y proteínas no mas grandes de lo necesario durante los últimos estados del transporte anterogrado.

Acompaña al movimiento anterogrado el transporte Retrógrado (retro del lat. “regresar”), donde el fluído de vesículas desde las cisternas del Golgi regresan hacia el RE.

En el modelo de cisterna estacionaria el fluído retrógrado facilita la recuperación de lípidos y proteínas que pasan desde el RE a la cara Cis del AG, o el retorno de proteínas específicas de compartimentos regresa de diferentes cisternas medias de los sacos de Golgi al RE, aún no es claro.

En el modelo de maduración de cisternas, el fluído retrógrado lleva material de regreso hacia compartimentos que se forman nuevamente, después de que receptores y enzimas no son tan necesarios en los compartimentos mas maduros.

clip image032 thumb Aparato de Golgi

G. CLASIFICACIÓN Y PROCESAMIENTO DE LAS PROTEÍNAS DE SECRECIÓN.

1. TIPOS DE SECRECIÓN.

Hay dos tipos de secreción que tienen dos tipos de vesículas secretoras:

- Secreción constitutiva (glucoproteínas de membrana y ciertas proteínas de secreción): independiente de estímulos.

clip image034 thumb Aparato de Golgi

- Secreción regulada (hormonas y neuropéptidos): son almacenadas en vesículas especiales y se secretan tras un estímulo nervioso u hormonal.

clip image036 thumb Aparato de Golgi

Las proteínas se clasifican para ir hacia vesículas de secreción controlada o hacia vesículas de secreción constitutiva en la red trans del A. de Golgi.

2.HIDRÓLISIS PROTEOLÍTICA DURANTE LA FASE TARDÍA DE LA MADURACIÓN (HORMONAS, NEUROPÉPTIDOS, PROTEÍNAS DE MEMBRANA Y CIERTAS PROTEÍNAS DE SECRECIÓN).

Durante la formación de las vesículas secretoras, las proteínas son procesadas proteolíticamente para generar las moléculas activas (hormonas, neuropéptidos). Se cree que estas hidrólisis empiezan en la red del trans Golgi (TGN).

- HORMONAS PEPTÍDICAS: las hidrólisis iniciales son realizadas por proteasas unidas a la membrana que cortan cerca de pares de residuos básicos. Estas proteínas son sintetizadas como pre-pro-proteínas.

- NEUROPÉPTIDOS: son fabricados como poliproteínas, conteniendo múltiples copias de la misma secuencia de aminoácidos, separados por señales de corte. Estas poliproteínas pueden ser procesadas de distinta manera según el tipo de célula, dando distinta proteína final (ej:encefalinas, endorfinas, etc).

H. ANÁLISIS QUÍMICO.

Para aislar el aparato de Golgi se puede hacer un homogeneizado:

- Enérgico: se obtiene la fracción microsomal y después se separa por centrifugación en gradiente de densidad.

- Suave: se obtienen los dictiosomas enteros y se aíslan del REL.

Composición química:

- Composición en lípidos intermedia entre RER y membrana citoplasmática

- Abundancia de glicosiltransferasa.

- El contenido de los sáculos varía con el tipo de célula.

a) 35-40% de lípidos:

- 26% de fosfolípidos.

- 3% de lípidos neutros.

- 0.4% de glucolípidos.

b) 60% de proteínas:

- Alto porcentaje en glicosiltransferasa y sulfotransferasa.

- Fosfatasa.

- Citocromo b5 de forma eventual y no hay citocromo P450, glucosa-6-fosfatasa, enzimas de la síntesis de lípidos.

- Sí hay 5-nucleotidasa como en la membrana plasmática.

- Las porciones glicosiladas de lípidos y proteínas están hacia el lumen.

I. FUNCIONES.

- Transformación, almacenamiento y transferencia de glicoproteínas.

- Formación de nuevas membranas y reciclaje.

- Síntesis de polisacáridos y glicoproteínas que comienza en el RER.

- Parte del anabolismo celular.

- Formación de lisosomas.

- Selección y distribución de proteínas.

- Formación del tabique telofásico y pared celular en los vegetales.

- Formación del acrosoma en el espermatozoide.

J. EL APARATO DE GOLGI BAJO CONTROL NUCLEAR.

El núcleo controla la formación del aparato de Golgi, la forma, la función, la formación de nuevas cisternas y la organización de los dictiosomas dentro de la célula. El aparato de Golgi desaparece en prometafase y se forma de nuevo al final de telofase.

K. GERL.

Se debe su nombre a Novikoff. Surgió para designar la relación existente en el aparato de Golgi, RE y lisosoma. Estos tres orgánulos están relacionados y funcionan coordinadamente. Está muy desarrollado en células secretoras.

El GERL concentra y empaqueta fosfatasa ácida enzimas lisosómicas y otras enzimas y proteínas no enzimáticas. Se le considera el origen de lisosomas, vesículas cubiertas, tirosinas, y gránulos de adrenalina, gránulos beta del tiroides, y gránulos de peroxidasa del paratiroides.

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