5. Aparato de Golgi

5. Aparato de Golgi

5.1 ¿Qué es?

El aparato de Golgi es la planta procesadora de la célula. Está compuesto por dictiosomas, los cuales consisten en cisternas membranosas aplanadas parecidas a discos con bordes dilatados y vesículas y túbulos asociados. Cada cisterna guarda una distancia entre sí de 20-30 nm y tiene un diámetro entre 0.5 y 1.0 micrómetros.

5.2 Biogénesis

 Apariencia del Aparato de Golgi durante las diferentes fases celulares:

Interfase:

Cisternas paralelas yuxtapuestas a la red trans y se localiza en la vecindad de los centriolos.

Fase M:

§  Profase: La actividad del Aparato de Golgi decrece y éste se disgrega en múltiples estructuras tipo vesicular, las cuales se separan del área que contiene el huso mitótico y adoptan una distribución perinuclear.

§  Telofase: El proceso de disgregación se revierte y se reactiva el tráfico vesicular.

§  Citocinesis: Se inicia la reconstrucción del organelo, antes de la separación de las dos células hijas.

A pesar de la obvia transformación morfológica de las pilas interfásicas del AG hacia las estructuras tubulovesiculares durante la mitosis, la polaridad cis-trans de las proteínas residentes del AG permanece en los cúmulos mitóticos. Se propone que estos cúmulos son la unidad hereditaria del AG durante la mitosis.

5.3 Estructura

El aparato de Golgi se divide en varios compartimientos con funciones diferentes dispuestos a lo largo de un eje, desde la cara cis (más cercana al RE) hasta la cara trans (en el lado opuesto de la pila).

Se cree que la red cis de Golgi (CGN) funciona como una estación de clasificación que distingue entre las proteínas que deben enviarse de regreso al RE y aquellas a las que se les permite avanzar hasta la siguiente estación de Golgi.

En el compartimiento intermedio por su parte, se eliminan manosas (por manosidasas I y II) y se añade N-acetilglucosamina (por las N-acetil-glucosamina transferasas I y II).

Mientras que la red trans de Golgi (TGN) es considerada la estación de clasificación en la que las proteínas se separan en distintos tipos de vesículas que se dirigen a la membrana plasmática a varios destinos intracelulares. En él se produce la adición de galactosa y de ácido siálico por las transferasas correspondientes y, posiblemente, la adición de los glucosaminoglucanos a los proteoglucanos.

Su membrana tiene una estructura trilaminar y su espesor es menor que el de la membrana celular. Algunos autores refieren que el grosor de la membrana va aumentando de la cara cis a la trans.

Las modificaciones en los oligosacáridos realizadas en el complejo de Golgi también afectan a los que forman parte de la propia membrana, y que luego acabarán dando lugar a la membrana plasmática.

Además en el complejo de Golgi se forman la esfingomielina y los glucoesfingolípidos a partir de la ceramida, sintetizada en el retículo endoplasmático liso junto con los demás lípidos de la membrana

5.4 Funciones 

Las proteínas recién sintetizadas, así como las proteínas lisosómicas y las secretoras, salen del RE y entran al Aparato de Golgi por su cara cis y luego pasan a través de la pila hasta la cara trans. Conforme avanza por la pila, las proteínas originales sintetizadas en el RER sufren varias modificaciones específicas

Glucosilación en el Aparato de Golgi

Conforme las nuevas glucoproteínas solubles y de membrana pasan por las cisternas cis y media de la pila de Golgi, la mayor parrte de los resiudos de manosa también se retira de los oligosacáridos centrales y se agregan otros azúcares en forma secuencial por acción de varias glucosiltransferasas.

La secuencia en la que se incorporan los azúcares en los oligosacáridos depende de la disposición espacial de las glucosiltransferasas específicas que entran en contacto con la proteína recién sintetizada a medida que se mueve por la pila de Golgi.

El N-acetilglucosamina se incorpora tanto en el Retículo Endoplásmico rugoso como en el Aparato de Golgi. No obstante, sólo en el Aparato de Golgi se pueden incorporar la galactosa y el ácido siálico, este último por la sialiltransferasa, enzima ubicada en el extremo trans de la pila de Golgi.

Los oligosacáridos unidos a nitrógeno (con enlaces N) sufren modificaciones que dan origen a cuatro tipos diferentes de oligosacáridos:

§  

• Enzimas lisosómicas: Las dos manosas terminales incorporan un radical fosfato que sirve de marcador del destino de las enzimas (marcador manosa-6-P) y evita que éstas sufran nuevos cambios en su recorrido por el complejo de Golgi. La adición de estos dos fosfatos se produce a partir del compuesto N-acetil-glucosamina- P-P-U, del cual el grupo N-acetil-glucosamina-P se transfiere a una manosa terminal del oligosacárido mediante la enzima N-acetil-glucosamina fosfotransferasa. Esta enzima presenta un lugar de reconocimiento para la N-acetil-glucosamina y otro para los péptidos señal de la proteína. La N-acetil-glucosamina es liberada por una fosfoglucosidasa, quedando un fosfato terminal en cada una de las dos manosas terminales del oligosacárido.
• Oligosacáridos ricos en manosa: Los oligosacáridos procedentes del retículo endoplasmático rugoso pierden otras dos manosas por la acción de manosidasas, quedando dos residuos de N-acetilglucosamina y seis manosas. Los oligosacáridos complejos. Provienen de los anteriores, que sufren las siguientes modificaciones:

1.    Eliminación de otras tres manosas quedando, por tanto, dos residuos de N-acetil-glucosamina y tres manosas

2.    Adición de tres residuos de N-acetil-glucosamina, tres de galactosa y otros tres de ácido siálico, por acción de tres tipos diferentes de glucosil transferasas, uno para cada tipo de azúcar mencionado. Pueden contener también fucosa.

•  Oligosacáridos híbridos: Son ricos en manosa y también en N-acetil-glucosamina. Esos últimos residuos, en número variable, son añadidos en el complejo de Golgi.

Los oligosacáridos unidos a oxígeno (con enlaces O) se articulan por completo en el aparato de Golgi. En estos, el oligosacárido se une con un grupo hidroxilo de los aminoácidos serina, treonina o hidroxisilina.

Estos oligosacáridos suelen comenzar por N-acetil-glucosamina, pueden contener entre uno y 20 monosacáridos (10 por término medio) y son mucho más heterogéneos que los unidos a nitrógeno, de los que difieren en varios aspectos, como los siguientes:

1. No hay un grupo inicial común sino, al menos, seis grupos diferentes
2. No hay glucosa ni manosa
3. Su síntesis parece acaecer por completo en el complejo de Golgi mediante la actuación secuencial de múltiples glucosiltransferasas.

Se subdividen en:

•      Glucoproteínas de tipo mucina: La unión se efectúa entre los aminoácidos serina o treonina y N-acetil-glucosamina.
•      Colágeno: La unión se produce entre hidroxilisina y galactosa.
•    Glucoproteínas de poros nucleares y algunas del hialoplasma: La unión tiene lugar entre serina y N-acetil-glucosamina.

El complejo de Golgi interviene también, aunque indirectamente, en relación con compuestos lipídicos y sus derivados.

Los lípidos unidos a proteínas (lipoproteínas), como los quilomicrones producidos en los enterocitos y las lipoproteínas hepáticas, pasan por el complejo de Golgi, desde donde emigran en vesículas que se vierten por exocitosis al exterior. Lo que se ignora aún es si, en estos casos, el complejo de Golgi sirve únicamente de embalaje para el transporte o si desempeña algún papel bioquímico importante en la liberación de estas sustancias. Sin embargo, la liberación de las hormonas esteroideas a la sangre no se realiza a través de vesículas de exocitosis procedentes del complejo de Golgi, sino por difusión desde el hialoplasma, unidas a proteínas de transporte de lípidos, hasta la membrana plasmática, desde donde se vierten fuera de la célula mediante transportadores de membrana del tipo ABC.

Enfermedades

•     Enfermedad de Parkinson

En una célula modelo de la enfermedad de Parkinson in células PC12, la fragmentación de Golgi que ha sido observada como dependiente en la expresión de niveles de ciertos miembros de la familia de proteínas GTPasa (Rab family) que une proteínas.

A nivel celular, la enfermedad de Parking es asociada con la acumulación presinaptica de la proteína α-sinucleina y un bloqueo en el transporte RE-Golgi. En este nuevo estudio, la fragmentación fue correlacionada con cambios en los niveles de RAB1, RAB2, RAB8 y en la fusión SNARE (an acronym derived from "SNAP (Soluble NSF Attachment Protein) REceptor") proteica sintaxina 5 (STX5), pero que el fenotipo podía ser rescatado cuando RAB1 y RAB8 fuese sobreexpuestos y RAB2 y STX5 fuesen disminuidos.

Todas estas proteínas son bien establecidas al ser secretadas con anterioridad, sin embargo el estudio indicó que la fragmentación de Golgi ocurre previamente a la agregación de α-sinucleina y tal vez en efecto la promueva, de este modo liderando a la formación de cuerpos de inclusión.

•     Displasia Smith-McCort

La displasia Smith-McCort (DMC) es una osteocondrodisplasia autosómica recesiva rara que se caracteriza por extremidades cortas y tronco con cofre en forma de tonel. El fenotipo radiográfico incluye anormalidades como la platispondilia, generalizadas de las epífisis y metáfisis, y una apariencia distintiva de encaje de la cresta ilíaca, características idénticas a las de la enfermedad de Dyggve-Melchior-Clausen (DMC). La compresión de la médula espinal debido a la inestabilidad atlantoaxial ocurre tanto en SMC como en DMC.

La displasia-2 de Smith-McCort (SMC2; 615222) es causada por una mutación en el gen RAB33B (605950) en el cromosoma 4q31.

•     Síndrome RIN2

Anteriormente conocido como síndrome MACS (macrocefalia, alopecia, cutis laxa y escoliosis), es un trastorno hereditario muy raro del tejido conectivo caracterizado por macrocefalia, pelo ralo, piel redundante e hiperextensible, hipermovilidad de las articulaciones y escoliosis. Los pacientes experimentan tosquedad progresiva de los rasgos faciales con inclinación descendente de las fisuras palpebrales, plenitud del párpado superior / pliegues infraorbitales, labios gruesos o evertidos, sobrecrecimiento de las encías y posición anómala de los dientes. También se han registrado manifestaciones más raras, tales como voz aguda anómala, bronquiectasias, hipergonadismo hipergonadotrópico y braquidactilia (véanse estos términos).