Retículo endoplasmático: Funciones y destino

Biología Celular: Distribución y Transporte de Proteínas

• BLOQUE 2: Estructura y función de las células
• Unidad Didáctica 5: Distribución y transporte de proteínas: retículo endoplásmico, aparato de Golgi y lisosomas

Guion de la Unidad Didáctica 5

• 5.1 Retículo endoplásmico
• 5.2 Aparato de Golgi
• 5.3 Mecanismo de transporte de las vesículas
• 5.4 Lisosomas

Transporte de Proteínas en Células Eucariotas

• Las células eucariotas se caracterizan por orgánulos rodeados de membrana en el citoplasma, donde se realizan actividades eficientes.
• El transporte de proteínas entre orgánulos es un proceso complejo que ocurre durante la traducción.
• Las proteínas destinadas al retículo endoplásmico (RE), aparato de Golgi (AG), lisosomas (L) membrana plasmática y a ser secretadas, se sintetizan en ribosomas unidos a la membrana del RE.
• El plegamiento y procesamiento de las proteínas tiene lugar en el RE.
• Las proteínas se transportan en vesículas desde el RE hasta el AG, donde se procesan y distribuyen para transporte a L, membrana plasmática o ser secretadas.

Distribución y Transporte de Proteínas: Retículo Endoplásmico (RE)

• El RE es una red de túbulos y sacos rodeados de membrana que se extiende desde la membrana nuclear a todo el citoplasma.
• El RE cuenta con una membrana continua y constituye el orgánulo más grande en la mayoría de las células.
• La membrana del RE constituye el 50% de todas las membranas de la célula, y su luz es el 10% del volumen celular.
• Existen dos tipos de RE:
  • RE rugoso (RER): asociado con ribosomas en su cara externa (citosólica), involucrado en síntesis y procesamiento de proteínas.
  • RE liso (REL): no asociado a ribosomas, involucrado en el metabolismo de lípidos.
• Experimento pulso-caza de George Palade (años 60) estudió el RER y la secreción de proteínas en células pancreáticas acinares.
• Las proteínas sintetizadas en ribosomas libres permanecen en el citosol o se transportan al núcleo, mitocondrias, cloroplastos o peroxisomas.
• Las proteínas sintetizadas en el RER se translocan al interior del RE a través del traslocón.
• Las proteínas en el RE pueden quedar retenidas o transportadas a las membranas del núcleo, peroxisomas, aparato de Golgi y desde este, a los endosomas, lisosomas, membrana plasmática o secretadas a través de vesículas.
• Los ribosomas implicados en la síntesis de proteínas que van a secretarse se dirigen al RE mediante una secuencia señal en el extremo amino terminal.
• La secuencia señal contiene aminoácidos hidrófobos y se escinde en la luz del RE.
• En rotura celular el RE se fragmenta en microsomas.
• Güter Blobel y David Sabatini (1971) propusieron que la señal que dirigía a los ribosomas al RE se encontraba en el extremo terminal de la cadena polipeptídica.
• La secuencia señal contiene entre 15-40 aminoácidos, incluyendo 7-12 aminoácidos hidrófobos, precedidos por aminoácidos básicos como la Arginina (Arg).

Dirección Cotraduccional de Proteínas de Secreción al RE

• Las proteínas pueden ser translocadas al RE durante la síntesis (cotraduccional) o después de la traducción (postraduccional).
• El primer paso en la vía cotraduccional es la asociación del complejo ribosoma-ARNm con el RE.
• Una secuencia 'marca' el ribosoma para unirse a la membrana del RE, contenida en la secuencia primaria de aminoácidos de la cadena polipeptídica.
• Los ribosomas libres y unidos a la membrana son indistinguibles, la síntesis proteica se inicia en ribosomas libres en el citosol.
• A medida que salen del ribosoma, las secuencias son reconocidas y unidas a una partícula de reconocimiento de la señal (PRS), constituida por 6 polipéptidos y un ARN citoplásmico pequeño.
• La PRS detiene la traducción y acompaña al complejo hasta la membrama del RE, donde se une al receptor de la PRS.
• La PRS se libera y el ribosoma se une al translocón.
• La traducción se reanuda y la peptidasa señal escinde la secuencia señal.
• El polipéptido, una vez completado se libera a la luz del RE.

Translocón y la Inserción de la Proteína Transmembrana

• En células de levadura y mamífero los translocones que atraviesan la membrana del RE son complejos de tres proteínas transmembranas denominadas Sec61.
• La secuencia señal abre translocón retirando un canal que permite la transferencia polipeptídica a medida que avanza la traducción.
• La síntesis proteica directamente produce la transferenciancia cadenas polipeptídicas nacientes al RE.
• Una peptidasa señal escinde la secuencia señal al producirse la translocación y se libera a la luz del RE.
• Las proteínas destinadas a incorporarse en la membrana plasmática o en la membrana del RE, Aparato de Golgi o lisosomas se insertan inicialmente en la membrana del RE en lugar de ser liberadas en la luz del RE.

Translocación Postraduccional

• Las proteínas se traducen por ribosomas citosólicas libres.
• Su incorporación postraduccional no requiere de una PRS.
• Sus secuencias señal son reconocidas por el complejo Sec62/63 asociadas con el translocón en la membrana del RE.
• Se requieren las chaperonas Hsp70 para mantener a las cadenas polipeptídicas en su conformación primaria para que puedan penetrar el translocón.
• Otras chaperonas Hsp70 en el interior del RE (denominadas BiP) son necesarias para permitir que la cadena polipeptídica atraviese el canal hasta el interior del RE.
• Las proteínas destinadas a incorporarse en la membrana plasmática, RE, Aparato de Golgi o lisosomas se insertan en la membrana del RE.
• Desde la membrana del RE continúan hasta su destino final por la misma ruta que las proteínas secretoras.

Inserción de Proteínas Integrales en la Membrana del RE

• Sigue la misma topología que las proteínas secretoras.
• Se incluyen regiones hidrofóbicas que atraviesan la membrana lipídica.
• Estas regiones suelen ser hélices α constituidas por 20-25 aminoácidos hidrófobos.
• La hélice α maximiza los puentes de hidrógeno entre los enlaces peptídicos, mientras las cadenas laterales hidrófobas interaccionan con las colas de ácidos grasos de fosfolípidos.
• Diferentes proteínas integrales difieren en cómo se insertan, algunas atraviesan la membrana una sola vez y otras múltiples veces.
• Algunas proteínas son orientadas con el extremo carboxi-terminal citosólico; otras tienen el extremo amino terminal citosólico.
• La orientación de las membranas insertadas se establece a medida que las cadenas polipeptídicas en crecimiento se translocan en el RE.
• La luz del RE es topológicamente equivalente al exterior celular, los dominios de la membrana plasmática expuestos en la superficie celular corresponden a las regiones de la cadena polipeptídica translocadas al interior del RE.

Inserción de Proteínas al RE vía Cotraduccional SRP/Sec61

• La mayor parte de las proteínas insertadas en la membrana del RE lo hacen por la vía cotraduccional SRP/Sec61.
• Proteínas insertadas son aquellas que presentan secuencias transmembrana internas, de la cadena polipeptídica,que son reconocidas directamente e insertadas en la pared del RE a través del translocón.
• La cadena hélice α sale del translocón lateralmente y fijan la proteína al RE.
• La secuencia transmembrana hidrófoba señala cambio en el translocón, provocando la apertura hélices extendidas permitiendo a dominio transmembrana salga al membrana.
• Dependiendo orientación secuencia señal, proteínas insertadas tendrán extremo amino o carboxilo expuesto citosol.
• Las proteínas se extienden varias veces en la membrana y se insertan por secuencias transmembrana orientaciones alternas.

Proteínas con Secuencia Transmembrana en su Extremo Carboxi-Terminal

• Algunas proteínas con secuencia transmembrana extremo C insertan membrana RE una vía postraduccional alternativa:
  • No son reconocidas por la PRS, su dominio transmembrana no emerge hasta que termina la traducción y se libera la cadena polipeptídica.
  • El TRC40 escolta la proteína a la membrana del RE, donde se inserta por el receptor GET1-GET2.

Plegamiento y procesamiento de la proteínas del RE

• En caso de proteínas secreción, ocurren durante translocación a través de la membrana RE o interior luz del RE.
• La rotura polipeptídica péptido secuencia señal mientras cadena se transloca la membrana RE.
• El RE también es sitio de plegamiento, ensamblaje proteínas de varias subunidades, formación puentes disulfuro, N-glicosilación,y adición de anclajes glicolipídicos.
• La función principal es catalizar el plegamiento y ensamblaje polipéptidos recién translocados.

Plegamiento de Proteínas en el RE

• Las proteínas se translocan a través de la membrana del RE como cadena polipeptídica sin plegar mientras prosigue la traducción.
• Estos polipéptidos se pliegan su conformación tridimensional en el RE asistidos por chaperonas facilitar plegamiento cadenas polipeptídicas.
• Las chaperonas Hsp70 (BiP) unen cadena polipeptídica sin cuando atraviesa membrana RE y media plegamiento y ensamblaje proteínas subunidades interior-
• Las proteínas correctamente ensambladas liberadas de BiP y otras chaperonas para ser transportadas al Aparato de Golgi.
• Formación enlaces disulfuro cadenas laterales residuos Cys aspecto importante plegamiento y ensamblaje proteínas en RE.
• Enlaces disulfuro no suelen formarse en citosol, ambiente reductor que mantiene residuos Cys (-SH).
• En RE, ambiente oxidante, promueve formación puentes disulfuro (S-S).

Glicosilación en el RE

• Proteínas también son glicosiladas residuos Asparagina (Asn), N-Glicosilación en el RE.
• Adición de unidades de oligosacáridos residuos azúcar Asn durante la translocación al RE.
• El oligosacárido sintetiza transportador lipídico (Dolicol) y transfiere a residuos Asn aceptores, mediante enzima denominada Oligosacaril-transferasa.
• Tres residuos glucosa eliminados en la luz RE y modificadas aparato Golgi: la glucosilación evita agregación y promueve plegamientoy distribución.
• Las proteínas anclan a la membrana plasmática mediante glicolípidos regiones polipeptídicas transmembrana.
• Glicolípidos anclados son fosfatidilinositol (GFI)dos cadenas ácidos grasos, un resto oligosacárido inositol y etanolamina.
• Anclajes GFI ensamblan en membrana RE unen polipéptidos, C-terminal escindido, así enlace glicolipídico.
• Orientació proteínas GFI expuestas exterior , unidas membrana por glicolípidos.

Control de Calidad Proteínas en el RE

• Proteínas sintetizadas degradadas porque no se pliegan
• Proteínas mal plegadas son retiradas del RE (ERAD), identificadas degradadas por el sistema ubiquitina-proteosoma.
• Chaperonas y enzimas actúan como sensores en la luz del RE, detectando defectos de plegamiento.
• Vía plegamiento glicoproteínas usa chaperonas calnexina y calreticulina, reconocen procesados tras eliminar residuos terminales glucosa.
• Calnexina/calreticulina junto disulfuro-isomerasa y peptil-propil isomerasa facilitar plegamiento glicoproteína.
• Las proteína tras la eleiminación de las glucosas terminaleses si es reconocida por un sensor plegamiento glucosa continua con su curso, en caso contrario un residuo de glucosa la manda a calnexina/calreticulina.
• En caso que la glicoproteína no logra ser plegadas, se utiliza EDEM1 degradación irreversible,
• EDEM1 elimina residuos de manosa.
• Eliminación manosa evita que la glicoproteína sea devuelta calnexina/calreticulina y trasladadas citoso.

UPR

• La cantidad de no plegadas vigilada, señalización coordina RE plegar con necesidades célula.
• Vía nombrada Respuesta a las Proteínas no Plegadas (UPR, Unfolded Protein Response) activas.
• Activación UPR da lugar expansión RE para satisfacer demanda plegar proteínas, reducción cantidad proteínas sintetizadas nuevo
• Modificaciones insuficientes, muerte programa elimina organismos incapaces pleglar.

Componentes UPR Mamíferos: IRE1, ATF6 y PERK

• IRE1: activa ARNm para XBP1 en cara citosólica RE, un factor transcripción induce expresión chaperonas y enzimas y proteínas ERAD..
• ATF6: es un retenido el , trasladado a Golgi y, tras ser escindido, va al núcleo e induce expresión genes respuetas no plegadas..
• PERK: quinasa fosforila e inhibe el F2 el factor de iniciación de la traducción lo que contribuye a la producción proteínas implicadas en el UPR.

RE Liso (REL) y Síntesis de Lípidos

• El REL es el sitio principal donde se sintetizan los lípidos de las membranas celulares eucariotas.
• Los lípidos hidrófobos sintetizar asociados membranas celulares transportadas vesículas o proteínas.
• Lipidos abundantes en la membrana tales comofosfolípidos (derivados glicerol)cara citosólica y sintetizan membrana REL y glicolípidos.
• Síntesis fosfolípidos se transfiere ácidos grasos desde Coa (trans) a glicerol 3 fosfato.
• Despues de la fosfatasa, los ácidos grasos Ác. fosfatídico diacilglicero y catalizan diferentes gupos de la cabeza polar(fostadilcolina) se transfieren al otro mitad gracias flipasas.
• Esta translogación, polar permite facilidades trans locación
• REL también lugar principal síntesis de los otos lípidos, como el esterol y también ceramida por medio de glicolipidos.

Exportación de Protéinas en REL

• Moléculas exportadas desde el RE en gemación regiones SSER formar compartimiento CIREG.
• Protéinas membrana transportan manera similar, luminales direccionadas se unen proteínass marca KDEL.

Este cuestionario explora en profundidad las funciones del retículo endoplasmático liso y rugoso en la célula eucariota. Cubre la síntesis de proteínas, el destino de las proteínas sintetizadas y el papel del RE en la secreción de proteínas.