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SÍNTESIS DE PROTEÍNAS SECRETORAS,
LISOSOMALES
1. EN RIBOSOMAS UNIDOS AL RER
Se realiza por lo general mediante translocación translacional. En este proceso, las proteínas recién formadas se depositan en la luz del ER mediante un ribosoma que está unido a la membrana del ER. La síntesis del polipéptido comienza después de que un RNA mensajero se une a un ribosoma libre, es decir, uno que no está unido a una membrana citoplásmica. A. Síntesis, procesamiento y transporte de proteínas secretadas (solubles) i. Contienen una secuencia de señal —que típicamente incluye un tramo de 6-15 restos de aminoácidos hidrófobos— que dirige al polipéptido naciente a la membrana del ER y lo deposita en la luz del ER (un polipéptido naciente es aquel que está en el proceso de ser sintetizado.) ii. A medida que emerge del ribosoma, la secuencia de señal hidrofóbica es reconocida por una partícula de reconocimiento de señal (SRP, signal recognition particle ) iii. El SRP se une tanto a la secuencia de señal en el polipéptido naciente y el ribosoma (paso 1, figura 8-12a), deteniendo por un tiempo la síntesis adicional del polip.ptido. El complejo polipeptídico SRP-ribosoma- naciente se recluta luego a la membrana del ER a través de una interacción entre el SRP y el receptor SRP en la membrana del ER (paso 2). iv. El ribosoma (con su polipéptido naciente) se transfiere del SRP al translocón (paso 3). El translocón es un canal de prote.na incrustado en la membrana del ER a trav.s del cual el polip.ptido naciente puede moverse en su paso del ribosoma a la luz del ER. v. Tras la uni.n del ribosoma al transloc.n, se reconoce la secuencia de se.al, y el polip.ptido naciente se inserta en el canal acuoso estrecho del transloc.n (etapa 3) Varios de los pasos implicados en la s.ntesis y el tr.fico de prote.nas secretoras est.n regulados por la uni.n o hidr.lisis de GTP. las proteínas GTP unidas (o proteínas G) desempeñan funciones reguladoras clave en muchos procesos celulares diferentes. VER ESTE VIDEO! https://www.youtube.com/watch?v=NDIJexTT9j
L
La luz de la cisterna del ER proporciona un entorno local especializado que favorece la modificación, el plegamiento y el ensamblaje de un subconjunto seleccionado de las proteínas de la célula. La segregación de estas proteínas recién sintetizadas en las cisternas del ER las elimina del citosol y les permite ser modificadas y enviadas a su destino final, ya sea fuera de la célula o dentro de uno de los organelos membranosos del citoplasma A. Luego de que entra a las cisternas, el polipéptido inicia su procesamiento para convertirse en una proteína funcional. i. Enzima peptidasa elimina la señal N terminal de reconocimiento ii. La enzima oligosacariltransferasa añade carbohidratos/azucares al polipéptido iii. Proteína disulfuro isomerasa (PDI, protein disulfide isomerase), ayuda al plegamiento de la proteína añadiendo puentes di sulfuro iv. Tanto la señal peptidasa como la oligosacariltransferasa son proteínas de membrana integrales asociadas con el translocón que actúan sobre las proteínas nacientes cuando ingresan en la luz del RE. v. Para ayudar en todo el procesamiento de las proteína la luz del RER está repleto de chaperonas. vi. En resumen, el RER participa también en: modificación, plegamiento y ensamblaje de proteínas y luego, segregación de estas proteínasreciénsintetizadas en las cisternas del ER las elimina del citosol y lespermite sermodificadas y enviadas a su destino final, ya sea fuera de lacélula o dentro deuno de los organelos membranosos del citoplasma B. SÍNTESIS DE PROTEÍNAS INTEGRALES DE MEMBRANAS EN RIBOSOMAS UNIDOS AL ER Proteínas integrales de membrana, hay también en mitocondrias y cloroplastos, también se sintetizan mediante translocación translacional utilizando la misma maquinaria descrita parala síntesis de proteínas secretoras y lisosomales.
son 1) esfingomielina y glucolípidos, cuya síntesis comienza en el ER y se completa en el complejo de Golgi, y 2) algunos de los lípidos únicos de las membranas mitocondriales y cloroplástica, que son sintetizados por enzimas que residen en esas membranas. A medida que la membrana se mueve de un compartimiento al siguiente, sus prote.nas y l.pidos son modificados por las enzimas que residen en los diversos organelos de la c.lula. Estas modificaciones contribuyen a dar a cada compartimiento de membrana una composici.n .nica y una identidad distinta. Los fosfolípidos recién sintetizados se insertan en la mitad de la bicapa mirando al citosol. Algunas de estas moléculas de lípidos son luego volteadas en la valva opuesta a través de la acciónde las enzimas llamadas flipasas. Los lípidos se transportan desde el ER al complejo de Golgi y a la membrana plasmática como parte de la bicapa que forma las paredes de las vesículas de transporte. 8.6 Glucosilación en el RER Casi todas las proteínas producidad en ribosomas ligados a RER se convierten en glicoproteínas después de todo el procesamiento. Los carbohidratos/azúcares que se unen a las proteínas les confieren funciones específicas:
- Sitios de unión/interacción con otras macromoléculas
- Plegamiento y estabilización de las proteínas
- Para hacer esto, los azúcares son muy específicos.
- Lla disposici.n de az.cares en las cadenas de oligosac.ridos de una glucoprote.na depende de la localizaci.n espacial de enzimas particulares en la línea de ensamblaje. ii. Las enzimas que catalizan estas reacciones son las glucosiltransferasas, y están unidas a membranas. Las enzimas transfieren un monosacárido (GDP-manosa o UDP-N-acetilglucosamina) a la vez hasta crecer la cadena glucosídica específica N- acetilglucosamina, luego nueve manosa y tres unidades de glucosa en el patrón preciso. La cadena/bloque completa de azucar es la que se une al polipéptido, catalizado por un transportador de lípidos, que se llama dolicol fosfato, incrustado en la membrana del ER. Los azúcares se unen al transportador por medio de una enzima glucosiltransferasa. Después de que se ha unido la cadena de tres azucares, la célula hace un control de calidad. Comienza en el RE retirando 2 de los 3 glucosa por medio de una enzima. En este punto, la cadena de oligosacáridos tiene una sola glucosa, aquí comienza el control de calidad. A la glucosa que queda en cada una de las proteínas, se une una proteína chaperona llamada calnextrina. Aquí, la glucosa restante es liberada por una glucosidasa (II) y le libera a la proteína de la chaperona. Si una glucoprote.na en esta etapa no ha completado su plegamiento o se ha plegado mal, es reconocida por una enzima que confirma la conformaci.n (llamada UGGT que le pone una glucosa de vuelta), se une otra chaperona y le da tiempo a que la proteína se pliegue bien y esté bien conformada, y así, again and again hasta que la célula decide que ya mejor le degrada. Las glucosidasas, en este reciclaje de proteínas, siguen tratando de modificar la proteína y le llegan a quitar una manosa, en este momento la proteína ya se destina a ser dergadada. PERO no se degrada en el RE, sino en el citoplasma.
Las mutaciones que conducen a la ausencia total de N-glucosilaci.n provocan la muerte de los embriones antes de la implantaci.n. Sin embargo, las mutaciones que conducen a una interrupci.n parcial de la v.a de glucosilaci.n en el ER son responsables de trastornos hereditarios graves que afectan a casi todos los sistemas org.nicos. Estas enfermedades se llaman enfermedades cong.nitas de la glucosilaci.n o CDG (congenital diseases of glycosylation). La enfermedad se puede tratar proporcionando a los pacientes suplementos orales de manosa. 8.7 Mecanismo que aseguran la destrucción de proteínas mal plegadas Las proteínas mal plegadas no se destruyen en el ER, sino que se transportan al citosol por un proceso llamado dislocación. •En el citosol, las cadenas de oligosacáridos se eliminan, y las proteínas mal plegadas se destruyen en los proteasomas en un proceso conocido como degradación asociada a ER ( ERAD, ER-associated degradation ) •La acumulación de proteínas mal plegadas, que es potencialmente letal para las células, desencadena un “plan de acción” integral dentro de la célula conocida como respuesta de proteína desplegada ( UPR, unfolded protein response ). Generalmente los sensores están en estado inactivo por medio de chaperonas, BiP. Pero cuando hay demasiadas proteínas mal plegadas, las BiP se unen a ellas y ya no pueden mantener los sensores apagado. Al prenderse los sensores se desencadena la expresión de cientos de genes para degradar las proteínas: 1) chaperonas moleculares en el ER que pueden ayudar a las proteínas mal plegadas a alcanzar el estado nativo, 2) proteínas involucradas en el transporte de las proteínas fuera del ER y 3) proteínas involucradas en la destrucción selectiva de proteínas anormales como se discutió antes. Y además se produce la Fosforilación de una proteína clave (eIF.) requerida para la síntesis de proteínas. Esta modificación inhibe la síntesis de proteínas y disminuye el flujo de proteínas recién sintetizadas en el ER. Esto le da a la célula la oportunidad de eliminar las proteínas que ya están presentes en la luz del ER. 8.8 Transporte de las vesículas desde el ER hasta el complejo de Golgi Si la proteína ha sido señalizada para ser transportada fuera del RE, estas salen en forma de vesículas (secretoras) recubiertas de membrana. Cómo funciona? El producto (proteína) ingresa a la vesícula de membrana, esta se cierra y se produce una gema, en esta forma son llevadas desde el RE al Golgi. Estas vesículas se forman solo en lugares específicos del RER en donde no hay ribosomas. Luego de que se desprenden del RER, algunas vesículas se van uniendo para formar vesículas más grandes y ocupan un espacio entre el RER y el Golgi que se llama retículo endoplásmico del compartimiento intermedio de Golgi (ERGIC, endoplasmic reticulum Golgi intermediate comparment). En este espacio, las vesículas tambien forman portadores tubulares vesiculares y se mueven hacia el Golgi. 8.9 El Complejo de Golgi Formado por cisternas aplanadas en forma de discos membranosos y vesículas y túbulos asociados. Se puede decir que tiene la forma de una pila de pancakes, en
específicos y también se quitaron tres glucosas. Bueno, en el Golgi, se eliminan las manosas en las cisternas cis y medial y se añaden otros azúcares dependiendo de la disposición espacial de las enzimas glucosiltransferasas (las que unen azúcares). A diferencia de los oligosacáridos ligados a N, cuya síntesis comienza en el RE; los ligados a O se ensamblan totalmente en el Golgi. El complejo de Golgi es también el sitio de síntesis de la mayoría de los polisacáridos complejos de una célula, incluidas las cadenas de glucosaminoglucanos del proteoglucano. Modelos de movimiento en el Golgi Ya sabemos que las proteínas se mueven en sentido una vía cis-trans. Hay dos modelos propuestos: a. Modelo de maduración cisternal. En este se supone que las cisternas en el lado cis se forman por las fusión de los portadores membranosos del RE y del ERGIC. Luego, la cisterna completa se mueve hacia el lado trans secuencialmente. Asi, cada vez que una cisterna se mueve, madura. Este modelo se abandonó en los 90. b. Desde 90 se adopta el model de transporte vesicular. Este es el modelo que ya conocemos, en el cual las proteínas de membrana, secretadas, lisosomales se transportan en vesículas membranosas desde la red CGN hacia la red TGN (cis Golgi Network/trans Golgi Network), en ciclos contínuos de gemación y fusión (de membranas). c. Actualmente se ha vuelto a tener consenso sobre el modelo de maduración con base en varias técnicas. Pero en esta actualización, si se habla del movimiento entre cisternas por medio de vesículas. Lo que difiere es que ya no se cree que el movimiento sea en una sola dirección de cis a trans (llamada anterógrada) sino que puede ser retrógrada (de trans a cis). En este modelo, las cisterna del Golgi son transportadoras anterógradas primarias.Mientras que algunas enzimas pueden moverse hacia atrás (trans-cis, a la vez que la cisterna se mueve/madura hacia adelante (cis-trans). 8.10 ipos de vesículas de transporte. Mediante el análisis de micrografías de células y tinción se pudo ver que las vesículas se forman de una capa proteica formada a partir de proteínas solubles que se ensamblan en la superficie citosólica de la membrana del donante en los sitio donde tiene lugar la gemación. Cada una de estas se libera como una gemación o brotación.
Las capas proteicas tienen al menos dos funciones distintas:
- actúan como un dispositivo mecánico que hace que la membrana se curve y forme una vesícula en gemación, y 2) proporcionan un mecanismo para seleccionar los componentes que transportará la vesícula. Los componentes seleccionados incluyen a) carga que consiste en proteínas secretoras, lisosomales y de membrana para ser transportadas y b) la maquinaria requerida para dirigir y acoplar la vesícula a la membrana correctora aceptora (sección 8.13). Se han identificado varias clases distintas de vesículas recubiertas que se distinguen por las proteínas que componen su cubierta, su apariencia en el microscopio electrónico y su papel en el tráfico celular.
1. Las vesículas recubiertas con COPII – mueven los materiales desde el RE hacia el ERGIC y hacia el Golgi. Se determinó que se función es en la primera etapa, es decir desde el RE hacia ERGIC y Golgi usando anticuerpos que bloquean la gemación de vesículas en el RE pero no causan ningun otro efecto en otros partes de la vía secretora.Determinan que proteínas van a ser secretadas por que interactúan con la señal de exportación de la cola citosólica del polipéptido. Las proteínas con COP II son: 1) enzimas que actúan en etapas posteriores de la vía biosintética,como las glucosiltransferasas; 2) proteínas de membrana implicadas en el acoplamiento y la fusión de la vesícula con el compartimiento objetivo, 3) proteínas de membrana que pueden unir carga soluble (como las proteínas secretoras) 2. Las vesículas recubiertas de COPI – movimiento retrógrado, es decir en sentido trans-cis. Desde ERGIC y pilas hacia el RE y desde cisternas trans a cisternas cis. Las vesículas COPI-recubiertas han estado implicadas más claramente en el transporte retrógrado de proteínas, incluido el movimiento de 1) enzimas residentes de Golgi en una dirección trans a cis, y 2) las enzimas del ER residentes del ERGIC y el complejode Golgi que regresan al ER Los estudios sugieren que las proteínas se mantienen en un organelo mediante una combinación de dos mecanismos:
- Retención de moléculas residentes que están excluidas de las vesículas de transporte. La retención puede basarse por lo general en las propiedades físicas de la proteína. Por ejemplo, las proteínas solubles que forman parte de grandes complejos o proteínas de membrana con dominios transmembrana cortos no es probable que entren en una vesícula de transporte.
- Recuperación de moléculas “escapadas” de vuelta al compartimiento en el que normalmente reside.
- Anclar las vesículas al compartimiento blanco. Se cree que los Contactos iniciales entre una vesícula de transporte y su membrana blanco, como uncisterna de Golgi, están mediados por una diversa colección de proteínas “de anclaje” formadas por proteínas fibrosas y grandes complejosmultiprotéicos. Por ejmplo las golginas, que actúan como tentáculos para atrapar las vesículas. Gran parte de la especificidad entre la vesícula y el objetivo puede ser conferida por una familia de pequeñas proteínas G llamadas Rab
- Acoplamiento de vesículas en el compartimiento blanco. Las membranas de la vesícula y el compartimiento objetivo entran en contacto íntimo entre sí como resultado de una interacción entre las regiones citosólicas de las proteínas integrales de las dos membranas. Las proteínas clave que participan en estas interacciones se llaman SNARE (son 35 proteínas de membrana) localizados en compartimentos sub celulares específicos. Todas las proteínas SNARE tiene un motivo citosólico de 60 a 70 aminoácidos. Funcionalmente los SNARE se dividen en dos categorías, v-SNARE, que se incorporan a las membranas de las vesículas de transporte durante la gemación, y t-SNARE.
- Fusión entre las vesículas y las membranas objetivo. Las interacciones entre t- y v-SNARE son capaces de unir dos bicapas de lípidos con suficiente fuerza para hacer que se fusionen. Siempre se van a fusionar una vesícula v- SNARE con una t-SNARE, nunca entre vesículas del mismo tipo. Para que se de la fusión efectivamente debe haber un cambio en concentración de calcio intracelular. 8.14 EXOCITOSIS
La fusión de una vesícula secretora o gránulo secretor con la
membrana plasmática y posterior descarga de su contenido se llama
exocitosis.
•La exocitosis puede producirse de forma continua en la mayoría de las
células, pero algunos ocurren durante la secreción regulada,
especialmente la liberación de neurotransmisores en la hendidura
sináptica.
•La fusión de la membrana produce una abertura a través de la cual el
contenido de la vesícula o gránulo se libera en el espacio extracelular.
• Neurotransmisores : La llegada de un impulso nervioso al axón
terminal de una neurona conduce a un aumento en la afluencia de
Ca2+ y la posterior descarga de moléculas de neurotransmisores por
exocitosis.
En otros tipos de células, la exocitosis por lo general se desencadena
por la liberación de Ca2+ desde las reservas citoplásmicas.
Independientemente del mecanismo, cuando una vesícula citoplásmica
se fusiona con la membrana plasmática, la superficie luminal de la
membrana vesicular se convierte en parte de la superficie externa de la
membrana plasmática, mientras que la superficie citosólica de la
membrana vesicular se convierte en parte de la superficie interna
(citosólica) de la membrana plasmática.
8.15 LISOSOMAS
Los lisosomas son organelos digestivos de una célula animal con al
menos
50 enzimas hidrolíticas diferentes producidas en el ER rugoso y
dirigidas a
estos organelos.
En conjunto, las enzimas lisosomales pueden hidrolizar virtualmente
todo
tipo de macromolécula biológica.
El papel mejor estudiado de los lisosomas es la degradación de los
materiales traídos a la célula desde el entorno extracelular. Muchos
organismos unicelulares individuales ingieren partículas de alimentos,
que
luego se desensamblan enzimáticamente en un lisosoma.
Todas las enzimas lisosomales tiene un pH óptimo ácido (4.6) – son hidrolasas ácidas. Las membranas lisosomales también contienen una variedad de proteínas integrales altamente glucosiladas cuyas cadenas de carbohidratos se cree que forman un revestimiento protector que protege a la membrana del ataque de las enzimas encerradas Varias funciones:
- Descomposición de los materiales traídos a la célula desde el entorno extracelular. Los nutrientes resultantes pasan a través de la membrana lisosomal hacia el citosol.
- En mamíferos, las células fagocíticas, como los macrófagos y los neutrófilos, funcionan como carroñeros que ingieren desechos y microorganismos potencialmente peligrosos
- Las bacterias ingeridas generalmente se inactivan por el pH bajo del lisosoma y luego se digieren enzimáticamente.
4. Papel clave en el recambio de organelos (ejemplo
mitocondria), es decir, la destrucción regulada de los propios
