TEMA 5 (2014)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura BIOLOGÍA CELULAR
Año del apunte 2014
Páginas 17
Fecha de subida 20/10/2014
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TEMA 5. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO.
El retículo endoplasmático es una estructura intracelular situada al lado del núcleo, porque sus membranas se continúan. Está compuesto por una seria de sacos, vesículas, comienzan en el núcleo y va hasta la membrana plasmática. El retículo es una estructura con movimiento, no estática. Está en casi todas las células, solo que más desarrollada en unas que en otras. Puede crecer y decrecer en volumen según las necesidades fisicoquímicas de la célula.
Hay dos tipos de retículos endoplasmático, distinguidos funcional y morfológicamente: - Retículo endoplasmático rugoso: se denomina así por tener adheridos a su membrana, en su cara citosólica, ribosomas. Está formado por sacos aplanados unos sobre otros. Sus funciones principales son la síntesis de proteínas, la modificación de proteínas (para que tengan una configuración final funcional) y el control de calidad de proteínas (si no son correctas van al citosol a ser degradadas). Por eso son más abundantes en aquellas células dedicadas a la secreción proteica.
50 - Retículo endoplasmático liso: no porta ribosomas en su membrana y está formado por túbulos, que suelen situarse en zonas de transición entre un trozo de RER y otro, además que de él suelen salir las vesículas del aparato del Golgi.
Sus funciones principales son la síntesis de fosfolípidos, la destoxificación y el almacenamiento de calcio en células musculares (retículos sarcoplasmático: el retículo liso de la musculatura esquelética). Está menos desarrollado que el RER menos en hepatocitos, células leidig (hormonas lipídicas) y células del músculo esquelético (retículo sarcoplásmico).
Retículo endoplasmático liso.
1. Destoxificación: muchas sustancias tóxicas son hidrofóbicas y se acumulan en la membrana. En la membrana del REL hay en su membrana una cadena de transporte de electrones que se oxidan, haciendo a la sustancias tóxicas hidrofílicas.
2. Síntesis lipídica: los lípidos se pueden sintetizar en distintos lugares según su tipo.
51 Síntesis de fosfolípidos.
Los fosfolípidos son los componentes principales de las membranas biológicas, y en la membrana del RER se sintetizan los nuevos lípidos. Los fosfolípidos están formados por dos colas de ácidos grasos, un glicerol, un fosfato y una molécula polar. Estos componentes que necesitamos, se obtienen del citosol. Además se necesitan unas enzimas que se sitúan en la membrana del RER con el centro catalítico hacia el citosol.
La síntesis de fosfolípidos se puede resumen en dos pasos: 1. Crecimiento de la membrana por la entrada de dos colas de ácidos grasos: estos ácidos están en el citosol unidos a unas proteínas (protegidas así del agua) que lo acercan por el citosol al RER. Por la primera reacción las dos colas de ácidos grasos se sitúan en la monocapa citosólica del RER (esta monocapa crece respecto a la otra monocapa).
2. Por una seria de reacciones, las colas de ácidos grasos de van modificando hasta convertirse en fosfolípidos; actúan varias enzimas. Por ejemplo, en la fosfatidilcolina: - Dos coenzimas son añadidas, una a cada cola.
- Otras enzimas las retiran y colocan el glicerol-3 fosfato.
- Otra enzima elimina el fosfato.
- Se añade la cabeza polar: la enzima añade, en este caso, un fosfato y la colina.
52 Desde esa membrana del RER, han de distribuirse a todos los demás orgánulos. Al RE y al núcleo se distribuyen por difusión. A otros orgánulos llegan por vesículas que se forman y que contienen a los nuevos lípidos, luego estas vesículas se insertan en la membrana diana y se fusionan. Por ejemplo las flipasas y flopasas pueden mover a esos fosfolípidos.
En aquellos orgánulos que no estén conectados al RER, como las mitocondrias y cloroplastos, los fosfolípidos pueden llegar por proteínas transportadoras que seleccionan el lípido que hay que mover y lo mueven por el citosol. También hay una hipótesis que dice que si dos membranas se sitúan muy cerca, la presencia de proteínas en cada una de ellas podría transportar los lípidos de la monocapa de un orgánulo a la monocapa de otro.
53 Síntesis de proteínas.
Como ya dijimos todas las proteínas comienzan a sintetizarse en el citosol, pero hay algunas que acaban ahí su síntesis y hay otras que acaban su síntesis en el RER, debido a la existencia de un péptido señal, que hace que todo el complejo (ribosoma, mRNA, tRNA,..). Y cuando acaban su síntesis, pueden haber surgido dos tipos de proteínas: proteínas solubles o proteínas de membrana.
Para que el complejo sea reconocido y se una al RER, se necesitan: 1. Secuencia señal: es una secuencia de aminoácidos, al menos 20, hidrofóbicos. Está en el extremo N-terminal, y es el primero en ser sintetizado.
2. SRP: receptor de la secuencia señal: es una partícula de reconocimiento del péptido señal. Una ribonucleoproteína (RNA y proteínas), y cada una de las proteínas que las forma, tiene una función (una se une a la señal, otra interacciona con el ribosoma,..). Tiene un bolsillo hidrofóbico que interacciona con el péptido señal, y cuando esto ocurre, hace un cambio conformacional y se pliega, interaccionando la proteína con el ribosoma y bloqueando el lugar de entrada del tRNA, haciendo que se detenga la síntesis de la proteína.
3. Para que las proteínas entren en la membrana, se necesita un poco, un canal de traslocación, un complejo multiproteico con lugares donde interaccionan el ribosoma, proteínas con otras funciones,.. Es un canal regulado que se abre solo 54 cuando el ribosoma se engancha. Puede abrirse de arriba abajo o lateralmente (para fijar cosas a la bicapa lipídica).
Una vez tienen los tres elementos necesarios, los ribosomas, el tRNA, el mRNA, el receptor del SRP, y el receptor de este en la membrana, puede comenzar la traslocación.
La SRP interacciona específicamente con la señal, todo en presencia de GTP (no se sabe cuadno se une exactamente); la SRP está cargada de GTP cuando reacciona con la señal, al igual que está cargado con GTP el receptor del SRP, por lo que hay mayor afinidad entre ellos.
Cuadno ambos están cargados de GTP, la SRP se acerca hasta el receptor de la membrana del RER. Después ambos GTP se hidrolizan, al tiempo que el ribosoma se desplaza al canal de translocación que se ha abierto al producirse la interacción SRPreceptor y al haberse unido también el ribosoma. La hidrólisis se produce entonces para romper la interacción entre la SRP y el ribosoma, así la proteína comienza la traslocación.
55 Así que en un primer momento se produce la unión del SRP con la secuencia señal y por tanto con el ribosoma entero; aquí se produce una parada temporal de la síntesis proteica. Luego el SRP con GTP, la secuencia señal y el ribosoma se unen al receptor alfa SRP con GTP; se produce entonces la hidrólisis de los GTP, y se transfiere la secuencia señal y el ribosoma al translocón, este se abre y se reinicia entonces la síntesis proteica y la translocación de la proteína (co-traduccional en el caso del dibujo). Luego el GDP y un fosforo se liberan, al tiempo que se libera el SRP al citosol.
La translocación puede ser: - Co-traduccional: se traduce al tiempo que se transloca. Suele ser la que se da en eucariotas.
- Post-traduccional: se sintetiza al citosol y luego son translocadas. Es muy poco frecuente.
Proteínas solubles.
Las proteínas solubles son de distintos tipos, por eso la complejidad de su síntesis es mayor.
56 Primero se da el reconocimiento de la señal por el SRP, luego es trasportado a la membrana del RER el complejo; luego se reinicia la síntesis proteica y se inicia la traslocación. Cuando ha comenzado la traslocación, la peptidasa del señal elimina la secuencia señal. Entonces la proteína crece y se modifica, y cuando acaba la síntesis proteica, la proteína es liberada en la luz del RER, donde se pliega.
De otra forma: todo el complejo llega, la señal se coloca en el translocón tras separarse del SRP (hidrólisis del GTP). Entonces se retoma la síntesis de proteínas, a medida que esta entra, se va traduciendo; cuando acaba, entra toda en el RER y la señal se elimina por la acción de una proteína accesoria del poro de translocación (peptidasa del señal) que reconoce los aminoácidos al final de la secuencia señal, cortan por ahí y luego se degrada la secuencia señal. Cuadno la proteína ha entrado, el canal se cierra.
Estas proteínas se encuentran en la luz de los orgánulos (RE, CG, endosomas, lisosomas, vacuolas) o ser secretadas al exterior de la célula.
Proteínas integrales de membrana.
Su síntesis es más compleja que la de las proteínas solubles.
Proteínas en hélice alfa de un solo paso: para que se queden unidas a la membrana, es necesario - Que tengan una secuencia hidrofóbica, distinta al péptido señal, lo que determinará que se quede detenida en la membrana; esa secuencia detiene la translocación de la proteína, pero sigue sintetizándose. Luego el péptido señal se corta y el canal de la translocación se abre lateralmente y esa proteína 57 queda en medio de la bicapa lipídica, atravesándolo. El extremo amino terminal suele quedar al interior, y el carboxilo al citosol.
- Otras proteínas tienen la secuencia señal desplazada en lugar de tenerla en el extremo N terminal, de tal manera que esta señal no es cortada por la peptidasa del señal, ya que eso supondría cortar un trozo de proteína. Si la SS nos e corta, y queremos insertar la proteína en la membrana, cuadno acaba la síntesis de la proteína, el SS sigue anclado, y la proteína difunde lateralmente y queda en la membrana, pero queda el extremo NH3+ hacia el citosol y el COOal lumen.
Un extremo queda en un lugar o en el otro en función de la carga de los aminoácidos que flanquean cada extremo. El lumen es oxidante (+) y el citosol negativo. La SS interna ha de poner las cargas + fuera y las dentro, de tal manera que según como quede girará la proteína o no.
Proteínas multipaso: 1. Con la SS en el extremo amino terminal: han de tener varias secuencias de aminoácidos hidrofóbicos que se irán turnando: el primero detiene la traslocación, 58 2. Con SS interna: siguen el mismo mecanismo, solo varía el lugar hacia el que queda el NH3+, que varía según la carga de los aminoácidos flanqueantes. Según el número de secuencia de aminoácidos hidrofóbicos que haya, quedará el COOdentro o fuera.
Proteínas unidas covalentemente a un lípido: hay distintos tipos, y en función del tipo se unen de una forma u otra. Hacía el exterior de la célula existen unas proteínas que tiene ciertos azúcares; esto es porque han sido sintetizadas en el retículo. Cuando esa proteína se haya sintetizado, quedará colgada, unida otra proteína, en la membrana del retículo endoplasmático, mirando hacia el lumen; en esa monocapa interna hay una enzima (GPI: glucosil fosfatidil inositol) que reconoce ciertas secuencias en las proteínas y que hace esta proteína se una a un lípido concreto: corta la proteína separándola de la proteína de la membrana y se une al lípido también colocado en la membrana. Así, esa proteína va a una vesícula del CG, también colgada hacia el interior de la vesícula, de manera que ahora, al fusionarse con la membrana plasmática tras su paso por el CG, quedará hacia fuera de la célula.
59 Modificación de proteínas.
Para llegar a su configuración funcional, las proteínas sufren muchas modificaciones desde su síntesis hasta llegar a su función y lugar. Las proteínas que se mueven por el sistema de membranas internas también, algunas distintas de las que se dan en el citosol: - Glucosidación: añadir azúcares. También se da en el CG.
- Formación de puentes disulfuro.
- Plegamiento de proteínas.
- Escisiones proteólicas. Se da también en las vesículas de secreción.
GLUSIDACIÓN: es una modificación que sufren el 90% de las proteínas. Por este proceso se les añaden azúcares, aquellos que se puedan unir a un nitrógeno, por eso hablamos de N-enlaces. Después, lo azúcares que se han añadido a las proteínas, pueden ser modificados.
Su importancia es muy grande, ya que influye en que la proteína pueda plegarse o no.
Este proceso también se da en el CG, donde se modifican oligosacáridos N-unidos o se añaden oligosacáridos pero a los oxígenos, por lo que se los llama O-unidos. La glicosidación es un proceso co-traduccional: va ocurriendo al tiempo que la proteína se va traduciendo.
El proceso es: 1. Adicción de oligosacáridos N-unidos: una de las proteínas accesorias del translocón es la oligosacaryl transferasa, que reconoce las secuencias que 60 indican donde ha de poner los azúcares y los transfiere, haciendo que estos se unan al N de una secuencia concreta. Esta enzima transfiere siempre un bloque de 14 azúcares, siempre los mismos: 2-N-acetil-glucosaminas, 9 malosas y 3 glucosas, que s encuentran unidas al dulicol, un lípido muy hidrofóbico de la membrana del RER. En una proteína puede haber varias secuencias de aminoácidos que determinen la unión de azúcares, de tal manera que se unirán tantos bloques de 14 azúcares a la proteína como secuencias de esas haya.
2. Esos azúcares añadidos en bloque, se van procesando: ocurre una eliminación secuencial de tres glucosas realizada por las glucosidasas, que van quitando de una en una, y también se eliminan una malosa. Todas las proteínas salen del RER con 8 malosas y 2-N-acetil-glucosaminas. Esto ocurre así por dos razones, la primera para indicar que la cadena de azúcares está completa, y segundo para hacer un control de calidad de las proteínas que determine cuales están bien plegadas.
61 FORAMCIÓN DE PUENTES AZUFRES: solo se hace dentro de RER, CG, en vesículas y fuera de la célula. En el citosol no es frecuente que haya cisteínas formando estos enlaces. La formación de los puentes de azufre es co-traduccional.
Dentro del RER, hay enzimas que lo promueven, las PDI (proteína disulfuro isómera).
Cuando los tioles se oxidan se generan los puentes, y cuando se reducen, se rompe. Las PDi se encuentran en la membrana en estado oxidante y van a ir reduciéndose a la vez que los tioles se oxidan; se reduce para que los tioles se oxiden y así induce la formación de puentes en la cisteínas. Luego la otra proteína, ERO 1, se oxida por la acción del oxígeno que entra por difusión y está así para hacer que cuando se reduzca la PDI, se oxida y pueda seguir funcionando el mecanismo.
Las PDI puede además reorganizar los puentes disulfuro si están mal, ya que estos intervienen en la estabilidad: por ejemplo, una cisteína del extremo N-terminal ha de hacerlo con una del C-terminal, entonces n podría hacerlo hasta que no acabe la síntesis, por eso se hacen con otras y luego se reorganizan.
PLEGAMIENTO DE PROTEÍNAS: las proteínas mal plegadas se retienen, se retrotranslocan y al citosol y ahí se degradan. Hay diferentes tipos de chaperonas dentro del RER.
- BiP: por hidrólisis de ATP inducen cambios conformacionales en las proteínas. Al tiempo 62 - que se sintetizan, se van formando los puentes de hidrógenos, se añaden azúcares y la BiP la mantiene desplegada hasta que acaba de sintetizarse.
Reconoce zonas hidrofóbicas de las proteínas.
Otras chaperonas reconocen azúcares, se unen a determinados carbohidratos de los unidos a las proteínas. Son la calnexina y la calreticulina.
Proteína disulfuro isomerasa: también ayudan a dar la configuración final nativa.
Otras proteínas.
CONTROL DE CALIDAD DE PROTEÍNAS SINTETIZADAS: Una vez se acaban la traducción y la translocación, la BiP se libera y la proteína se pliega, y ha de hacerlo de forma correcta para que pueda salir del RER hacia el CG. Si no lo está bien plegada, es enviada al citosol.
Este control lo hacen básicamente la calnexina y la calreticulina: cuando solo queda una glucosa del bloque de azúcares, esta es reconocida por la calreticulasa y se une. La glucosidasa quita la última glucosa, la calreticulina se libera permitiendo así que la proteína adquiera la configuración final. Si está bien, se quita la manosa y la proteína sale del RER, sino está bien, una enzima reconoce las proteínas anómalas y añade una nueva glucosa, haciendo que se vuelva a unir la calreticulina. Si se acumulan las proteínas mal conformadas se da paso al citosol para que se degraden.
Existe una enzima de acción lenta, que cuando una proteína está bien, dado que salen rápido, no puede actuar sobre estas, pero cuadno la proteína está mal, si tiene tiempo de actuar y la enzima de acción lenta le quita manosas, y al tener menos manosas de la cuenta, está señalizada y es sacada al citosol, no se sabe porque canal; en el citosol, pierdes los azúcares y es 63 degrada en el proteosoma.
Esto ocurre en la fibrosis quística por ejemplo: algo hace que una proteína no vaya donde tiene que ir, porque no deja que llegue a su configuración final nativa.
Distribución de proteínas al complejo de Golgi.
El RE y el CG se comunican entre sí por una serie de vesículas que van del RE al CG y otras en el sentido contrario. Las que salen del RE están cubiertas de COP II, y las que salen del CG del COP I. Pero ha de haber un mecanismo de selección d que proteínas salen y cuáles no, ya que por ejemplo la BiP ha de estar dentro de RER.
64 La selección es una característica del transporte, y la otra característica es que la membrana de la vesícula de transporte, ha de ser de la misma composición que la membrana de destino.
La selección de que moléculas van a cada lugar puede ser por varios mecanismos: - - Reconocimiento por secuencia de aminoácidos: esta secuencia es reconocido por un receptor específico que coloca la proteína en la vesícula correspondiente.
Por receptores que reconocen la presencia o no de determinados carbohidratos.
Por cantidad: si hay muchas proteínas de un tipo, es más probable que entre más cantidad de estas es una vesícula que lleva otro contenido. Es poco específico.
Las vesículas recubiertas por COP II pueden fusionarse entre sí y formar ERGIC, una gran vesícula se asocia a proteínas motoras que lo transporta hacia el CG, si el CG está muy lejos de RE; si están muy cerca las vesículas pueden difundir fácilmente.
De la misma forma que se identifican proteínas que han de salir, se pueden identificar también las proteínas propias del RER: - Marcarlos de tal manera que se clasifiquen: las solubles tienen una secuencia específica al extremo C-terminal KDEL; las proteínas transmembrana tienen una secuencia hacia el citosol KKXX.
- Mediante agregaciones que formen las proteínas agregarse entre sí, formando un gran cuerpo que no se mueve.
65 Son necesarios receptores de membrana que reconozcan cada secuencia y que sepan dónde van cada proteína. Pero estos receptores no fijan las proteínas para que no se vayan, sino que muchas de ellas salen del RER, llegan al ERGIC y llegan al CG. Hacia el CG el pH se hace cada vez más ácido, y estos cambios de pH modulan los cambios de afinidad de un receptor con su sustrato, por eso las proteínas que escapan del RER en vesículas, que también contienen receptores, cuando llegan al CG son afines, se une el receptor con la proteína y reconoce que la proteína es del RER, y hace que vuelvan por las vesículas recubiertas de COP I.
Al igual que algunas se escapan, hay otras que se ven obligadas a Salir y llegar al CG, donde seguirán teniendo cambios en sus azúcares para ser funcionales.
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