reticulo endoplásmico rugoso
SÍNTESIS DE PROTEÍNAS EN EL RETÍCULO ENDOPLÁSMICO RUGOSO. Las proteínas que requieren empacarse para su descarga hacia el exterior de la célula o, simplemente quedar aisladas del citosol, deben identificarse y descargarse cotraduccionalmente (durante el proceso de síntesis) hacia el interior de la cisterna del RER. El modo de identificación reside en un pequeño segmento del RNAm localizado inmediatamente después del codón de inicio, que codifica una secuencia de aminoácidos que se conoce como péptido de inicio.
Empieza a traducirse el RNAm mediante la secuencia que se acaba de describir para la síntesis de proteínas en el citosol, con lo que se forma el péptido de inicio (fig 2-15e). Un complejo de proteína y RNA localizado en el citosol reconoce a este péptido, y se llama partícula de reconocimiento de señal (PRS). La PRS conectada al péptido de señal y que ocupa el sitio P de la subunidad pequeña del ribosoma detiene la traducción; a continuación dirige al polisoma para que emigre hacia el RER.
La proteína receptora de la PRS (proteína de acoplamiento) en la membrana del RER hace contacto con la PRS , y la proteína receptora del ribosoma hace contacto con la gran subunidad del ribosoma, con lo que une al polisoma a la superficie citosólica del RER. A continuación sobrevienen los siguientes acontecimientos casi de manera simultánea.
Retículo endoplasmático rugoso
El retículo endoplasmático rugoso se denomina así porque lleva ribosomas adheridos a la cara citosólica de sus membranas. La adhesión de los ribosomas se lleva a cabo por su subunidad mayor, estando esta unión mediada por la presencia, en la membrana reticular, de unas glucoproteínas transmembranosas del grupo de las riboforinas, que no se encuentran en el retículo endoplasmático liso.
- ¿De qué está constituido el retículo endoplasmático rugoso?
El retículo endoplasmático rugoso está constituido por sacos aplanados o cisternas de 40 a 50 nm de espesor y vesículas de tamaño muy variable, desde 25 a 500 nm de diámetro. Su lumen está ocupado, en general, por un material poco denso, aunque en ocasiones puede presentar inclusiones densas o cristales.
- ¿Dónde se encuentra muy desarrollado?
El retículo endoplásmico rugoso se encuentra muy desarrollado en aquellas células que participan activamente en la síntesis de proteínas, como las células acinares del páncreas o las células secretoras de moco que revisten el conducto digestivo. Está presente en todas las células, excepto en las procarióticas y en los glóbulos rojos de mamíferos, aunque su distribución depende del tipo celular del que se trate.
- Funciones de las enzimas del retículo endoplasmático rugoso
Las funciones del retículo endoplasmático rugoso están relacionadas con la composición bioquímica de sus membranas, que es diferente a la de la membrana plasmática o la del retículo endoplasmático liso. El retículo endoplasmático rugoso contiene en su membrana enzimas implicadas en diversas funciones:
+ Síntesis y almacenamiento de proteínas
Las enzimas implicadas se sitúan de manera simétrica, siendo distintas las de la cara citosólica de las de la cara luminal. Las proteínas se sintetizan en los ribosomas que van adheridos a la membrana citosólica del retículo endoplasmático rugoso. Al mismo tiempo que se sintetizan, y mediante un complejo mecanismo, pueden quedarse en la membrana como proteínas transmembrana o pasar al lumen intermembranoso para ser exportadas a otros destinos, incluido el exterior celular.
+ Glucosilación de las proteínas
La mayor parte de las proteínas sintetizadas y almacenadas en el retículo endoplasmático rugoso, antes de ser transportadas a otros orgánulos citoplásmicos (aparato de Golgi, lisosomas), a la membrana plasmática o al exterior de la célula, deben ser glucosiladas para convertirse en glucoproteínas. Este proceso se realiza en el lumen del retículo, gracias a los oligosacáridos pueden pasar del lado citosólico al luminal debido al movimiento de flip-flop de un lípido transportador, el dolicol.
El retículo endoplasmático es un complejo sistema de membranas dispuestas en forma de sacos aplanados y túbulos que están interconectados entre sí compartiendo el mismo espacio interno. Sus membranas se continúan con las de la envuelta nuclear y se pueden extender hasta las proximidades de la membrana plasmática, llegando a representar más de la mitad de las membranas de una célula. Debido a que los ácidos grasos que que poseen suelen ser más cortos que los de otras membranas de otros compartimentos, las membranas del retículo son más delgadas que las demás.
El retículo organiza sus membranas en regiones o dominios que realizan diferentes funciones. Los dos dominios más fáciles de distinguir son el retículo endoplasmático rugoso, con sus membranas formando túbulos más o menos rectos, a veces cisternas aplanadas, y con numerosos ribosomas asociados, y el retículo endoplasmático liso, sin ribosomas asociados y con membranas organizadas formando túbulos muy curvados e irregulares. Independientemente de ello el espesor de una cisterna y el diámetro de un túbulo es típicamente de unos 30 a 50 nm. Las proteínas reticulon y DP1/Yop1 convierten a las cisternas en túbulos y su ausencia provoca el cambio contrario.
La membrana externa de la envuelta nuclear se puede considerar como parte del retículo endoplasmático puesto que es una continuación física de él y se pueden observar ribosomas asociados a ella realizando la traducción. El retículo endoplasmático rugoso y el liso suelen ocupar espacios celulares diferentes como ocurre en los hepatocitos, en las neuronas y en las células que sintetizan esteroides. Sin embargo, en algunas regiones del retículo no existe una segregación clara entre ambos dominios y se aprecian áreas de membrana con ribosomas mezcladas con otras sin ribosomas. La disposición espacial del retículo endoplasmático en las células animales depende de sus interacciones con los microtúbulos, mientras que en las vegetales son los filamentos de actina los responsables. Sin embargo, el citoesqueleto no parece participar en la forma de las cisternas o de los túbulos.
El retículo endoplasmático se extiende por toda la célula, llegando hasta las proximidades de la membrana plasmática. Existe una continuidad entre el retículo endoplasmático rugoso y el liso. El rugoso forma cisternas a las que se adhieren ribosomas, mientras que el liso forma un entramado de túbulos.
El dominio rugoso del retículo endoplasmático se caracteriza por organizarse en una trama de túbulos alargados o sacos aplanados y apilados, más o menos regulares en su forma, con numerosos ribosomas asociados a sus membranas. La cantidad de ribosomas asociados a sus membranas condiciona la forma de este orgánulo, de tal manera que cuando el número de ribosomas asociados aumenta los túbulos se expanden adoptando la forma de cisternas aplanadas. Esta morfología es claramente visible en imágenes tomadas con el microscopio electrónico de las células secretoras de proteínas, las cuales tienen el retículo endoplasmático muy desarrollado.
Imagen tomada con el microscopio electrónico de transmisión de una neurona. Se observan las cisternas de retículo endoplasmático rugoso que se extienden desde la envuelta nuclear hasta las proximidades de la membrana plasmática. Los ribosomas aparecen como bolitas negras asociadas a sus membranas. Obsérvese que también hay ribosomas asociados la membrana externa de la envuelta nuclear.
La principal misión del retículo endoplasmático rugoso es la síntesis de proteínas que irán destinadas a diferentes lugares: el exterior celular, el interior de otros orgánulos que participan en la ruta vesicular, como los lisosomas, o que formarán parte integral de las membranas, tanto plasmática como de otros orgánulos de la ruta vesicular. Además, el retículo endoplasmático rugoso tiene que sintetizar proteínas para sí mismo, denominadas proteínas residentes. Las proteínas transmembrana de la membrana plasmática se sintetizan en el retículo endoplasmático. Hay que tener en cuenta que las proteínas sintetizadas en el retículo que van destinadas a orgánulos concretos de la ruta vesicular deben tener unas secuencias de aminoácidos o modificaciones específicas, que actuarán como señales, para que cuando lleguen a la zona de reparto del aparato de Golgi sean reconocidas y dirigidas a sus compartimentos diana correspondientes.
Cualquier proteína que se secrete o que forme parte de los orgánulos o compartimentos de la ruta vesicular empieza su proceso de síntesis en el citosol pero terminará en el interior de una cisterna del retículo o formando parte de sus membranas. El proceso comienza con la unión de los ARNm, localizados en el citosol, uniéndose en primer lugar a una subunidad pequeña ribosomal y posteriormente a una subunidad grande ribosomal para comenzar la traducción. Lo primero que se traduce de estos ARNm es una secuencia inicial de nucleótidos a partir de la cual se sintetiza una cadena de unos 70 aminoácidos denominada péptido señal. Una molécula conocida como SRP (sequence recognizing particule), que es una mezcla de 7 ARNs y 6 polipéptidos, reconoce al péptido señal y enlentece el proceso de traducción. El complejo formado por ribosoma, ARNm, péptido señal más SRP difunde por el citosol hasta chocar con las membranas del retículo endoplasmático, a las cuales se une gracias a la existencia de un receptor de membrana que reconoce al SRP. Todo el complejo anterior interacciona con un translocador, que es una proteína transmembrana que forma un canal por el cual penetra la cadena polipeptídica naciente hacia el interior de la cisterna del retículo endoplasmático. El péptido señal queda unido al translocador mientras que el resto de la cadena que se va traduciendo y liberando hacia el interior. Una peptidasa presente en el retículo escinde el péptido señal del resto de la cadena de aminoácidos, quedando ésta libre en el interior. Una vez completada la síntesis, la cadena de aminoácidos adopta su conformación tridimensional y el ribosoma se libera de la membrana.
Si la proteína que se está sintetizando es una proteína integral de membrana no será liberada al interior del retículo. En estos casos las proteínas nacientes tienen cadenas de aminoácidos hidrófobos que cuando se traducen facilitan su inserción directamente entre los ácidos grasos de la membrana gracias a la acción del translocador. El proceso es muy complejo y diverso para los diferentes tipos de proteínas integrales puesto que en un receptor con siete cruces de membrana tienen que alternarse secuencias que han de insertarse en la membrana con otras que quedan bien en el lado citosólico o bien en el interior de la cisterna del retículo endoplasmático. Sólo en raras ocasiones el retículo importa proteínas que se sintetizan completamente en el citosol gracias a ciertos transportadores presentes en su membrana.
Las proteínas que se sintetizan en los ribosomas adosados a la membrana del retículo endoplasmático son modificadas conforme van siendo sintetizadas. a) Hay una glicosilación (N-glicosilación) de los aminoácidos asparragina. Éstos recibirán un complejo de 14 azúcares en su radical, que son transferidos desde un lípido embebido en la membrana denominado dolicol fosfato, perdiéndose algunos de estos azúcares en procesos posteriores. b) Se dahidroxilación sólo en algunas proteínas, sobre todo en aquellas que van a formar parte de la matriz extracelular. Aquí se hidroxilan los aminoácidos prolina y lisina, dando hidroxiprolina e hidroxilisina, que formarán parte del colágeno. c) Algunas proteínas asociadas a la membrana plasmática están unidas covalentemente a lípidos de la membrana, esta unión también se produce en este compartimento.
En el retículo endoplasmático se produce un control de la calidad de las proteínas sintetizadas, de modo que aquellas que tienen defectos son sacadas al citosol y eliminadas. Existen unas proteínas denominadas chaperonas que juegan un papel esencial en el plegamiento y maduración de las proteínas recién sintetizadas. Son también ellas las encargadas de detectar errores y marcar las proteínas defectuosas para su degradación. Otras proteínas con dominios tipo lectina, reconocen determinados azúcares y comprueban la adición correcta de glúcidos. El mal plegamiento de proteínas es más frecuente de lo que podría parecer. Por ejemplo, en el caso de la proteína CFRT (regulador transmembrana de la fibrosis quística) es de un 80 %.
Formación y fusión de vesículas.
Como dijimos, las proteínas que se sintetizan en el retículo endoplasmático terminan en varios posibles destinos: en el exterior celular mediante un proceso de secreción, el interior o en la membrana de alguno de los compartimentos de la ruta vesicular como el aparato de Golgi, los endosomas o los lisosomas. Sin embargo, algunas tienen su función en el propio retículo endoplasmático, son las denominadasproteínas residentes. Hemos nombrado algunas como las chaperonas, ciertas glisosidasas, el receptor para el SRP, el propio translocador, etcétera. Para ser retenidas en el retículo deben poseer una secuencia de cuatro aminoácidos concretos localizados en el extremo carboxilo (-COOH).
Retículo endoplasmático liso
Es un entramado de túbulos membranosos interconectados entre sí y que se continúan con las cisternas del retículo endoplasmático rugoso. No tienen ribosomas asociados a sus membranas, de ahí el nombre de liso. Por tanto la mayoría de las proteínas que contiene son sintetizadas en el retículo endoplasmático rugoso. Es abundante en aquellas células implicadas en el metabolismo de grasas, detoxificación y almacén de calcio.
El retículo endoplasmático liso está involucrado en una serie de importantes procesos celulares de los que se pueden destacar:
Síntesis lipídica
Las membranas del retículo endoplasmático liso producen la mayoría de los lípidos requeridos para la elaboración de las nuevas membranas de la célula, incluyendo glicerofosfolípidos y colesterol. Gran parte de la síntesis de los esfingolípidos se lleva a cabo en el aparato de Golgi, pero su estructura básica, la ceramida, se sintetiza también en el retículo. En realidad, en las membranas del retículo no se realizan todos los pasos de la síntesis de los lípidos de las membranas. Los ácidos grasos se sintetizan en el citosol y son insertados posteriormente en las membranas del retículo endoplasmático liso donde son transformados en glicerofosfolípidos. Esta síntesis la realizan proteínas de membrana que tienen sus centros activos orientados hacia el citosol y por tanto los lípidos estarán inicialmente en la hemicapa citosólica de la membrana. Como el cambio pasivo de los lípidos entre hemicapas, o movimiento "flip-flop", es difícil por el ambiente hidrófobo de las cadenas de ácidos grasos de la membrana, para que algunos de ellos lleguen a la hemicapa interna desde la externa se requiere la existencia de transportadores de lípidos. Hay varios tipos de transportadores de lípidos entre las dos hemicapas de la membrana. Unos están especializados en la transportar desde la hemicapa citosólica hasta la extracelular (el espacio interno de los orgánulos se puede considerar como extracelular), otros lo hacen en sentido contrario. A éstas se las denomina flipasas y flopasas, respectivamente, y consumen energía. Hay otras denominadas "mezcladoras" (scramblases en inglés) que transportan lípidos en ambas direcciones. Las dos hemicapas del retículo son parecidas en cuanto a composición por lo que la asimetría que se encuentra en las membranas de otros orgánulos se debe a la presencia diferencial de estas enzimas traslocadoras. Por tanto, en cuestión de lípidos, la localización asimétrica de éstos en las membranas no depende de la síntesis inicial en el retículo endoplasmático. Sin embargo, contribuyen a la asimetría de la membrana plasmática los azúcares que se sintentizan en el retículo ya que formarán la base de los glucolípidos cuya parte glucídica se ensambla primero en el interior del retículo y luego en el aparato de Golgi.
Esquema de los caminos propuestos para el transporte de lípidos desde el retículo endoplasmático hasta otras membranas celulares: en vesículas y mediante transportadores.
El colesterol es otro importante componente de las membranas, sobre todo de la plasmática, que se sintetiza mayoritariamente en el retículo endoplasmático liso. Desde aquí es transportado por la vía vesicular o por transportadores proteicos solubles. Por ejemplo, las levaduras, que poseen ergosterol en sus membranas en vez de colesterol, usan vías no vesiculares para transportar el ergosterol desde el retículo hasta la membrana plasmática. Estos transportadores son diversos y sus movimientos son independientes de ATP.
Las mitocondrias y los peroxisomas no forman parte de la ruta vesicular por lo que sus lípidos de membrana deben ser importados. Para ello utilizan los transportadores de lípidos. Por ejemplo, para los glicerofosfolípidos existen unas proteínas solubles llamadasintercambiadoras de glicerofosfolípidos que tienen la habilidad de transportarlos a través del citosol. Los toman en la membrana del retículo endoplasmático liso y los sueltan en las de estos orgánulos. Sin embargo, se ha observado que en algunos puntos las membranas del retículo están muy próximas a las de las mitocondrias y a los peroxisomas, lo que podría indicar que el retículo procura lípidos a estos orgánulos directamente de membrana a membrana. Se ha propuesto que los peroxisomas se forman inicialmente a partir de cisternas del retículo. En las células de los tejidos fotosintéticos son los cloroplastos los encargados de sintetizar sus propios glicerofosfolípidos y glucolípidos.
En el retículo endoplasmático liso también se sintetizan lípidos como los triacilglicerolesque serán almacenados en el propio retículo o en gotas lipídicas citosólicas. Este proceso es muy activo en los adipocitos, células que almacenan grasa, con dos funciones: reserva alimenticia y aislamiento térmico. También es el principal responsable de la síntesis de la parte lipídica de las lipoproteínas, de la producción de hormonas esteroideas y de ácidos biliares.
Detoxificación
Los hepatocitos, las células típicas del hígado, tienen un retículo endoplasmático liso muy desarrollado. En él se sintetizan las lipoproteínas que transportarán al colesterol y a otros lípidos al resto del organismo. En sus membranas se encuentran también enzimas, como la familia de proteínas P450, responsables de la eliminación de productos del metabolito potencialmente tóxicos, así como algunas toxinas liposolubles incorporadas durante la ingesta. La superficie de membrana del retículo se adapta a la cantidad de enzimas detoxificadoras sintetizadas, la cual depende a su vez de la cantidad de tóxicos presentes en el organismo. La fórmula de los túbulos y la carencia de ribosomas en sus membranas tendrían la ventaja de ofrecer más superficie de membrana respecto al volumen del orgánulo.
Defosforilación de la glucosa-6 fosfato.
La glucosa se suele almacenar en forma de glucógeno, fundamentalmente en el hígado. Este órgano es el principal encargado de aportar glucosa a la sangre, gracias a la regulación llevada a cabo por las hormonas glucagón e insulina. La degradación del glucógeno produce glucosa-6-fosfato que no puede atravesar las membranas y por tanto no puede abandonar las células. La glucosa 6-fosfatasa se encarga de eliminar ese residuo fosfato, permitiendo que la glucosa sea transportada al exterior celular.
Reservorio intracelular de calcio
Las cisternas del retículo endoplasmático liso están también especializadas en elsecuestro y almacenaje de calcio procedente del citosol. Este calcio puede salir de forma masiva en respuesta a señales extra o intracelulares gracias a cascadas de segundos mensajeros. Un ejemplo destacable es el retículo sarcoplásmico (nombre que recibe el retículo endoplasmático liso en las células musculares) que secuestra calcio gracias a una bomba de calcio presente en sus membranas. El secuestro y la salida de calcio desde el retículo sarcoplásmico se produce en cada ciclo de contracción de la célula muscular.
Aparato de Golgi.
El Aparato de Golgi, funciona en la síntesis de carbohidratos (de manera específica polisacáridos), lo mismo que para modificar y ordenar las proteínas elaboradas en el RER.
Las Proteínas elaboradas y empacadas en el RER siguen una vía predeterminada hacia el aparato de Golgi para su modificación y empaque post-traduccionales. Las proteínas destinadas a quedarse en el RER o a pasar a un comportamiento distinto al aparato de Golgi poseen una señal que las desviará de la vía predeterminada.
El Aparato de Golgi está compuesto por una o más series de cisternas limitadas por membranas ligeramente curvas y aplanadas, que se llaman en conjunto Apilamiento de Golgi y que parecen panes de tipo árabe uno sobre otro, pero que no tienen mucho contacto entre sí (fig 2-16e y 2-17t y 2-18e). La periferia de cada cisterna está dilatada y tachonada de vesículas que se encuentran en el proceso de fusionarse con este compartimiento en particular, o de separarse del mismo a manera de gemación.
Cada pila tiene una región más cercana al RER, que es la cara cis (convexa) o de entrada, y la superficie opuesta, la cara trans (cóncava) o de salida. Entre ambas caras e encuentran dos o más compartimientos mediales. Se ha de mostrado recientemente que, en relación con cada cara, hay una redecilla de cisternas correspondientes, la cara cis de Golgi (CCG) y la cara trans de Golgi (CTG).
Las vesículas de transporte que llegan desde el RER se fusionan, por medio de un mecanismo que requiere energía, con las membranas de la CCG y descargan su contenido proteínico en su cisterna. Es en la CCG en la que las proteínas destinadas a conservarse en el RER se devuelven de manera selectiva hacia este último a través de una vía mediada por microtúbulos.
Las pequeñas vesículas esféricas que se desprenden a manera de gemación desde el borde de la CCG transportan la proteína naciente hacia la cara Cis del apilamiento de Golgi.
¿CUÁNTOS APARATOS de GOLGI HAY en una CÉLULA y DÓNDE ESTÁN?
El Aparato de Golgi (AG) es un sistema mixto de cisternas apiladas (compartimentos rodeados de membrana,flechas rojas) y de vesículas (flechas azules) que se localiza en el citoplasma de las células.
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Una célula contiene más de un AG y puede llegar ha haber hasta 50. En la imagen inferior se muestra solo una sección del citoplasma de una célula, a la izquierda está el núcleo (N), en esta sección hay hasta 3 Aparatos de Golgi distintos (flechas).
¿CÓMO SE DIFERENCIA el APARATO DE GOLGI del RETÍCULO ENDOPLÁSMICO?
Hay varias diferencias entre el Aparato de Golgi y el retículo endoplásmico rugoso:
Las cisternas del AG (flechas rojas, abajo) están muy próximas entres si, las del RER están más separadas.
Las cisternas del RER forman complejos que se extienden por gran parte del citoplasma, mientras que las cisternas del AG ocupan un espacio discreto del citoplasma
El AG contiene vesículas asociadas (flechas azules abajo), el RER no.
Las membranas de las cisternas del AG no se asocian a ribosomas por lo que presentan un aspecto menos granuloso y oscuro que las de las cisternas del RER.
Las cisternas del AG no están comunicadas entre sí.
Las cisternas del AG (flechas rojas, abajo) están muy próximas entres si, las del RER están más separadas.
Las cisternas del RER forman complejos que se extienden por gran parte del citoplasma, mientras que las cisternas del AG ocupan un espacio discreto del citoplasma
El AG contiene vesículas asociadas (flechas azules abajo), el RER no.
Las membranas de las cisternas del AG no se asocian a ribosomas por lo que presentan un aspecto menos granuloso y oscuro que las de las cisternas del RER.
Las cisternas del AG no están comunicadas entre sí.
¿CUÁLES SON LAS REGIONES DEL AG?
Consta de una cara Cis, la más próxima al núcleo (N).
una región medial y
una cara trans, la más alejada del núcleo
una región medial y
una cara trans, la más alejada del núcleo
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EL AG ES UNA ESTRUCTURA DINÁMICA
Observa las caras cis y trans del AG ¿Es el AG una estructura que se forma, se mantiene y se renueva gracias a un mecanismo continuo de fusión y gemación de vesículas?
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