Tema V BioCel (2014)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 1º curso
Asignatura Biologia Celular
Año del apunte 2014
Páginas 7
Fecha de subida 01/11/2014
Descargas 10
Subido por

Descripción

Apuntes para asignaturas de Biologia Celular de todos los grados de biociencias (biologia, genetica, microbiologia, biomedicina, nanotecnologia y biotecnologia).

Vista previa del texto

Bloque V: Retículo Endoplasmatico.
El retículo endoplasmatico es un orgánulo membranoso cuya membrana es continua con la membrana nuclear. Esta formado por una serie de cisternas interconectadas continuas, y puede moverse, crecer y decrecer en función de sus necesidades. Podriamos separar el RE en dos: Detoxificacion: consiste en la oxidación de sustancias toxicas insolubles, que se convierten en sloubles, para su posterior eliminación a través de la orina.
Sintesis de lípidos: Cada tipo de lípido tiene su forma de sintetizarse. El camino a seguir para los fosfolípidos –formado, recordemos, por 2 acidos grasos, 1 glicerol, 1 grupo fosfato y un alcohol de cadena larga –es el siguiente: 1) Debemos disponer de los componentes necesarios para fabricarlos, los cuales se extraen del citosol, asi como las enzimas necesarias. Los ácidos grasos, debido a su calidad hidrofóbica, se encuentran protegidos por proteínas en el citosol.
2) Después de ser liberados, los ácidos grasos se insertan en la monocapa externa del RE liso.
3) Una enzima añade co-A en ambos ácidos. Una segunda enzima elimina el co-A y adhiere el glicerol y el fosfato.
4) El fosfolípido queda formado, y es entonces cuando puede ser modificado para construir otros fosfolípidos. Por ejemplo, añadiendo distintas cadenas de alcoholes (colina, serina, etanlamina) conseguiremos crear el abanico de fosfolípidos que constituyen la bicapa.
Pero el proceso no termina ahí. Los lípidos recién sintetizados se encuentran en la monocapa externa, y tienen que ser trasladados a la monocapa interna para poder compensar el crecimiento, así como difundirlos por toda la membrana. Las proteínas ATPasas son las encargadas de realizar el movimiento flip-flop necesario para que el lípido recién sintetizado intercambie membrana. Además, los lípidos pueden moverse por translocación y difusión lateral a través de la membrana del RE, la cual se encuentra conectada con la membrana nuclear, llegando por lo tanto a poder aumentar el tamaño de esta última.
El colesterol se sintetiza en parte en el citosol y parte en el RE, y otros lípidos como los esfingolipidos se terminan de sintetizar en el aparato de Golgi, gracias al sistema endomembranoso que comunica el aparato de Golgi con el RE y el exterior celular. De este modo, no solo pueden ser transportadas proteínas, sino que también se consigue que crezca la membrana citoplasmática y la de otros orgánulos. Pero hay otros como las mitocondrias y cloroplastos que no se encuentran en este sistema y que también necesitan lípidos para su membrana. Existen dos hipótesis que expliquen tal fenómeno: que reciban los lípidos mediante proteínas transportadoras o que intercambien fosfolípidos entre membranas cuando estas se encuentran muy muy cerca.
Sintesis de proteínas solubles: La síntesis de proteínas comienza en el citosol, cuando dos subunidades ribosómicas se unen y comienzan a traducir el mRNA. Mientras se forma la cadena de aminoácidos que conformara la proteína, se va integrando en el RE para poder ser sintetizada completamente. El proceso sigue los siguientes pasos: 1) Una cadena de aminoácidos con una secuencia señal en el extremo N-terminal formada por 8 o más aminoácidos específicos hidrofóbicos es reconocido por el SRP. El SRP está formado por un RNA y varias proteínas específicas. Las proteínas encargadas de reconocer la secuencia señal forman un bolsillo hidrofóbico, que es lo que le da afinidad hacia la secuencia.
2) El SRP tiene un mecanismo que para la traducción de los codones en aminoácidos, con lo cual la proteína deja de sintetizarse. Además, posee un GTP 3) El complejo ribosoma-mRNA-SRP se adhiere a un receptor de SRP situado en la membrana del RE rugoso, el cual también contiene un GTP. Este factor de similitud aumenta la afinidad del receptor por su sustrato.
4) El GTP se hidroliza y por consiguiente se separa el SRP, dejando vía libre para que la proteína pueda volver a traducirse. El lugar por el cual dicha proteína entra es un traslocon (una proteína canal), el cual se abre cuando detecta la secuencia señal de aminoácidos. A medida que estos se traducen se translocan, es decir, se introducen en el RE. Por eso decimos que es un proceso de TraducciónTranslocación.
5) Una vez se introduce totalmente se elimina la secuencia señal, gracias a la peptidasa señal, que la corta. A partir de ahí puede comenzar a replegarse en su estructura secundaria y terciaria.
Síntesis de proteínas de membrana: Hemos visto como se sintetizan las proteínas solubles. Las proteínas de membrana siguen un proceso muy similar, con algunas diferencias. Este tipo de proteínas contienen otras secuencias de aminoácidos hidrofóbicos (diferentes a la señal, aunque esta también sea hidrofóbica) repartidas por la cadena peptídica.
Esta secuencia para la translocación, es decir, evita que la proteína se sumerja en el RE, pero la traducción continua en el citosol. De este modo la proteína queda anclada en la membrana lipídica gracias a esta fracción hidrofóbica. Al final de la traducción, la secuencia señal se corta, al igual que sucedía con las proteínas solubles. El translocon se abre lateralmente para poder liberar la proteína recién sintetizada a la membrana. El extremo N-terminal queda siempre en el interior del RE, ya que es ahí donde se encontraba la secuencia señal.
Mediante este proceso conseguimos proteínas α-hélice.
Puede darse el caso de que la secuencia señal se encuentre desplazada, y por lo tanto que no pueda ser cortada por la peptidasa señal, ya que con ello eliminaríamos una parte de la proteína. Se forma entonces una proteína transmembrana, ya que también queda anclada a la membrana del RE. En esta situación pueden darse dos casos: que el extremo N-terminal quede fuera –en el caso de que fuese positivo, ya que el interior del RE es positivo también; o que el extremo N-terminal quede en el interior –en el caso de que fuese negativo, ya que el carácter positivo de la luz del RE lo atrae.
También puede suceder que haya varias secuencias hidrofóbicas a lo largo de la cadena de aminoácidos. En ese caso se formaran proteínas complejas como por ejemplo la permeasa, constituido por 12 α-hélice que atraviesan la membrana. En este caso existen 13 secuencias hidrofóbicas, una de ellas es la secuencia señal, que será eliminada al finalizar el proceso. En este caso las secuencias hidrofóbicas se van alternando: la primera (después de la señal) para el proceso de translocación, la segunda lo retoma, la tercera lo para, la cuarta lo retoma… y así sucesivamente para conseguir crear el complejo permeasa.
Síntesis de proteínas unidas covalentemente a un lípido: Cuando la proteína aún se encuentra ancorada a la membrana lipídica, la enzima GPI transamidasa corta la proteína y la une covalentemente a un glicofosfato llamado GPI anchor. La proteína queda anclada a la monocapa interna del RE, pero cuando este dé lugar a una vesícula que vaya al exterior celular y se fusione con la membrana plasmática, las proteínas con GPI anchor quedaran fuera de la celula. Este tipo de proteínas son muy comunes en las balsas lipídicas, como ya hemos visto.
Modificación de proteínas ya sintetizadas: Hasta ahora hemos estudiado como se sintetizaban proteínas partiendo del mRNA, pero para que estas puedan cumplir su función tienen que modificarse, proceso que incluye varios orgánulos. Las distintas modificaciones que tienen lugar son las siguientes:  Glucosilacion---------------------------- RE y aparato de Golgi.
 Puentes de azufre----------------------RE  Plegado y oligomerizacion-------------RE  Escisiones proteolicas------------------Vesículas de secreción.
Glucosilacion: Podemos unir oligosacáridos mediante un enlace N-glucosidico y O-glucosidico. En el RE añadiremos y modificaremos los N-unidos, mientras que en el aparato de Golgi modificaremos N-unidos y añadiremos Ounidos, sin modificarlos.
1) Adición azucares N-unidos: El trasferon –proteína canal por la cual entraban las proteínas que estaban siendo sintetizadas en el RE –tiene proteínas accesorias ligadas. Una de ellas es la oligosacárido transferasa, que reconoce la secuencia donde se tienen que unir los azucares y le transfiere un bloque de 14 azucares formado por 3 glucosas, 9 manosas y 2 Nacetilglucosaminas. El bloque se encontraba sujeto a la membrana gracias a una molécula lipídica especial llamada dolicol. La energía necesaria para el traspaso se obtiene gracias al enlace fosfátidico, alto en energía. La adición de azucares N-unidos puede realizarse a la par que la traducción y la translocación, lo cual resulta útil porque si la proteína se plegase antes, muchos de los lugares de unión no podrían ser reconocidos. Por eso se dice que es un proceso co-traducional. Existen proteínas que a pesar de poseer las secuencias indicadas no se ligan a estos azucares, probablemente porque se plegaron de una manera en la cual no encajan.
2) Modificación de azucares N-unidos: Puesto que todas las proteínas reciben el mismo número de azucares, deberían de ser todas iguales.
Para conseguir distintas proteínas que cumplan sus funciones específicas debemos modificar esta cadena de oligosacáridos. Aunque la mayor parte de este proceso tiene lugar en el aparato de Golgi, la acción llevada a cabo por el RE es de vital importancia. En el RE son eliminadas las 3 glucosas y 1 de las manosas, lo cual sirve como control de calidad y para comprobar que están correctamente plegadas.
Puentes de sulfuro: Existen ciertas enzimas en la luz del RER, como la PDI, que reconoce cisteínas en la cadena peptídica de aminoácidos a medida que esta entra por el translocon (proteína canal) y los une mediante oxidación. La cisteína tiene una terminación SH, y lo que hace la PDI es oxidar los SHs de cada cisteína, proceso por el cual se liberan dos electrones y dos protones (uno de cada H, es decir, “disuelve” el hidrogeno), quedando estas dos unidas por los sulfuros. La proteína PDI queda entonces reducida –capta los electrones y protones liberados anteriormente –y debe volver a oxidarse para que pueda ser utilizada otra vez. Para ello existen proteínas que la oxidan.
Además, la PDI sirve también para reorganizar los puentes de sulfuro y que la proteína pueda plegarse correctamente. Puesto que todo esto transcurre a medida que la proteína está siendo traducida y translocada, decimos que es un proceso co-traduccional.
Plegamiento de proteínas: Hemos visto ya como las proteínas se van plegando a medida que se van sintetizando. Esto puede acarrear ciertos problemas, como que no se puedan añadir los oligosacáridos en los lugares acertados. Para evitar que se pliegue antes de ser sintetizada completamente, el RER cuenta con una familia de chaperonas (ver pág. 20-21), las BiP, que mantienen la celula desplegada para que pueda ser modificada debidamente. La BiP chaperona reconoce aminoácidos hidrofóbicos, que de estar plegada la proteína se encontrarían en el interior. Forman una unión transitoria, al final se liberan para que se pueda plegar.
Una clase de lectinas –chaperonas que se unen a azúcares con una elevada especificidad para cada tipo distinto – llamadas calnexina y calreticulina, reconocen los carbohidratos unidos a proteínas mediante el sistema transferasa-dolicol.
Estas lectinas se aseguran de que solo las proteínas correctamente plegadas viajen al aparato de Golgi. Antes de ser reconocidas por estas chaperonas, dos glucosidasas eliminan dos glucosas del bloque original de oligosacáridos añadidos por la transferasa en N-unidos. La calnexina reconoce entonces este bloque con dos glucosas de menos y se une a la proteína. Una tercera glucasa elimina la última glucosa y con ella la calnexina, reconociendo de este modo las proteínas correctamente modificadas y desplegando las proteínas incorrectas para que puedan volverse a plegar.
Las proteínas mal plegadas son reconocidas por un enzima llamado UGGT que añade una glucosa para que pueda volver a ser reconocida por la calnexina y pueda intentar plegarse correctamente otra vez. Dentro de la matriz reticular rugosa existen también unas enzimas de acción lenta llamadas manosilasa. Lo que hacen es eliminar poco a poco las manosas del bloque de oligosacáridos, de manera que si una proteína se pliega correctamente en un espacio corto de tiempo no sufre ninguna modificación, pero si no consigue plegarse como es debido y se mantiene dando vueltas en el ciclo de la imagen, la manosilasa termina por desintegrar sus manosas, lo cual sirve como reconocimiento para que sea enviada al citosol, donde pasara a desintegrarse.
Distribución de proteínas: Una vez modificadas y empaquetadas por el RER, las proteínas correctas pasan al complejo de Golgi mediante vesículas, las cuales actúan en ambas direcciones. Existen dos métodos por el cual unas determinadas proteínas se invaginan. El primero de ellos establece que dichas proteínas llevan una secuencia que es reconocida por un receptor en la membrana reticular y que dicha unión provocara la formación de la vesícula. También puede darse el caso de que dicho receptor reconozca carbohidratos específicos. De este modo la proteína queda sujeta a la membrana y la vesícula se forma. El segundo método afirma que las vesículas se forman de manera espontánea y en la cual entrara todo tipo de proteína soluble. Esto será más frecuente en células que creen mucha cantidad de un determinado tipo de proteína, lo que provocara que se encuentre en mayor concentración dentro del RER y que sea más probable que sea transportado por dicha vesícula espontanea.
Las vesículas viajan hacia el aparato de Golgi. Para que no se pierdan y encuentren más fácilmente su diana, se fusionan varias vesículas formando una macrovesicula conocida como ERGIC, la cual se engancha a un microtúbulo que guía su camino y la conduce hasta el aparato de Golgi. Estas vesículas esta recubiertas por COPII.
Proteínas residentes También puede darse el caso de vesículas que retornen al RE, las cuales estarán recubiertas por COPI.
Estas últimas vesículas son importantes, ya que devuelven las proteínas que se habían fugado del RE y que cumplen allí su función a su lugar de origen. El camino de vuelta hacia el RE depende de las señales de retorno, que se asocian con la envoltura de COPI de las vesículas del Golgi y se invaginan para retornar.
Para las proteínas de membrana dicha señal es una secuencia de aminoácidos llamada KKXX en el extremo C-terminal, y que se encuentra siempre en el exterior del RE (citosol). Las proteínas solubles que deben quedarse en el RER, como por ejemplo BiP, que como recordemos, mantienen la proteína que está sintetizándose desplegada, tienen la llamada señal KADEL en el extremo C-terminal. Al igual que ocurria en el RE, para que se forme una vesícula en el Golgi tienen que existir unos receptores en la membrana que reconozcan la proteína transportada. Dichos receptores son los receptores KADEL, que se encuentran inmersos en la bicapa lipídica. Puesto que están inmersos en la membrana, y esta se fusiona con la membrana diana al invaginarse, no solo encontramos receptores KADEL en el aparato de Golgi, sino que también podemos localizarlos en el RE. Por consiguiente, la afinidad de los receptores tiene que cambiar, ya que si fuese baja en el Golgi no conseguiría devolver todas las proteínas al RE y si fuese alta en el RE sería mucho más probable que las proteínas residentes se fugasen. Para poder comprender el cambio de afinidad de un mismo receptor por su sustrato entre dos orgánulos, hace falta saber que el pH cambia de neutro a acido a medida que se aleja del núcleo. Dichos cambios modulan la afinidad de un sustrato y su receptor, por eso en el RE no son tan afines, porque es más neutro. Este proceso es el que usan también proteínas residentes que deben ser primero modificadas en el aparato de Golgi para que puedan funcionar correctamente en el RE.
...