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ENDOMEMBRANAS
Compilación y armado: Prof. Sergio Pellizza
Dto. Apoyatura Académica I.S.E.S
Universidad Complutense de Madrid › Facultad de Ciencias Biológicas
Profesor: Iñigo Azcoitia
Retículos endoplasmáticos y Aparato de Golgi
Las vesículas que salen de ellos están cubiertas, lo que facilita la
vesiculización y permite uniones específicas con el cargo. Existen tres
tipos de cubiertas: COP I y II y las cubiertas de clatrina.
El RER manda vesículas a la cara cis del Golgi, formando previamente
un compartimento salvaje o ERGIC. El contenido de estas vesículas viaja
hasta la cara trans por las distintas cisternas, aunque hay varias teorías
sobre cómo lo hace. De la cara trans, salen vesículas que pueden estar
cubiertas o no hacia la membrana. Esto puede ocurrir de dos formas:
• Vía constitutiva: las vesículas no parecen tener un destino claro,
sino que son mandadas a distintas zonas según convenga.
• Vía regulada: implica polarización, es decir, las vesículas se dirigen
a sitios concretos en respuesta a una señal.
Existe además un reciclado de estas vesículas para evitar la pérdida
de membrana.
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO LISO
Es tubular, sin ribosomas asociados y muy empaquetado. Tiene
bastante glucógeno alrededor ya que desfosforila glucosa-6-P para que
pueda salir de la célula. Se encarga también de la síntesis de lípidos:
estos vienen desde el citosol, se incorporan a la membrana y por medio
de una flipasa pasan al lumen.
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Está implicado en procesos de detoxificación: es rico en bombas ABC
para poder solubilizar las toxinas con la ayuda del citocromo P450. Por
ello, el REL es abundante en los hepatocitos, muy prefundidos por el
sistema porta hepático que lleva lo que se ha absorbido en la digestión
para su detoxificación.
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO RUGOSO
Su papel principal es la síntesis de proteínas, por lo que lleva
asociados numerosos ribosomas. Las proteínas se incorporan al RER
mientras se sintetizan porque es más fácil si no están plegadas (aunque
a veces hay translocación proteica mediada por chaperonas). El
complejo ribosoma/proteína se una a un receptor en la membrana del
RER que gasta GTP. Las proteínas tienen distintas secuencias (en Nterminal, generalmente) según el orgánulo al que vayan.
Hay chaperonas tanto en la membrana como en el lumen para
ayudar al plegamiento de la proteína, como es el caso de la chaperona
BiP que mantiene la proteína con una forma apropiada pero no la pliega.
El RER también se encarga de unir proteínas a lípidos por medio del
enlace GPI.
En el RER se glucosilan proteínas: se unen azúcares en asparaginas
(glicosilaciones en N). Esto comienza con el dolicol, un fosfolípido con
azúcares que los transfiere a la proteína, y sobre ésta se modifica esa
cadena azucarada.
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El RER manda las vesículas al Golgi indiscriminadamente y no según
el tipo de proteínas: si una proteína propia del RER llega al Golgi, ésta
volverá al RER porque tiene la secuencia específica para ir a ese
orgánulo. Esto implica un transporte desde el Golgi al RER.
Si una proteína se sintetiza mal, existen 2 formas distintas para
solucionarlo:
• Reparación de proteínas: la proteína se repliega por medio de
chaperonas.
• Erradicación: la proteína se ubicuitina a la vez que se saca del RER
para su degradación en el proteasoma.
No se sabe muy bien cómo se reconocen las proteínas mal plegadas,
pero se sabe que suelen exponer zonas hidrofóbicas. También se
propone la existencia de secuencias de señalización o identificación que
no tienen porqué estar continuas sino que pueden estar separadas y por
un mal plegamiento quedar contiguas formando parches de
identificación.
CONTROL DE CALIDAD
La calnexina y la calrreticulina son chaperonas en la membrana y la
luz del RER respectivamente, y ayudan al plegamiento reconociendo sólo
proteínas glicosiladas en N cuando se produce hidrólisis, por
glicosidasas, de 2 glucosas de las 3 terminales de la ramificación de
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azúcares del dolicol. Esta hidrólisis evita que sean degradadas las
proteínas. Una vez plegada, se elimina la glucosa que queda y algunas
manosas (por medio de manosidasas) y se exporta. Si la proteína no
está bien plegada, se puede volver a poner la última glucosa ya que es
un proceso reversible; aunque no se hace indefinidamente: si tras n
veces no se pliega bien, se erradica.
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RESPUESTA AL MAL PLEGAMIENTO O ESTRÉS DEL RER
Esto se produce cuando el RER es incapaz de plegar proteínas de
forma eficiente porque hay exceso de proteínas en síntesis o en cantidad
mal plegadas. Se debe a que no hay suficientes chaperonas: por
ejemplo, hay déficit de BiP y no se puede unir a todas las proteínas mal
plegadas.
Hay unas proteínas de membrana que en condiciones normales en el
RER están unidas a BiP y no se dimerizan, y tienen actividad kinasa
intraluminal y nucleasa hacia el citosol (degrada RNA). Cuando hay
exceso de proteínas mal plegadas, BiP se suelta de estas enzimas, y
éstas se mueven por la membrana hasta que se encuentran y dimerizan.
Entonces se produce una fosforilación cruzada y se pone en marcha la
actividad nucleasa, que escinde un RNAm característico que está
transcrito continuamente en el citosol pero que en condiciones normales
no se lee por tener un intrón.
Al escindirse su intrón, el RNA se traduce originando un factor de
transcripción que hace que se expresen los genes UPR, que son genes
de chaperonas: aumenta la síntesis de BiP. Paralelamente, por otro
enzima de membrana del RER, disminuye la traducción de proteínas
excepto de las necesarias. Si esta situación persiste, la célula muere.
CLASIFICACIÓN DE PROTEÍNAS EN EL GOLGI
Las proteínas con manosa-6-P se unen a receptores que las
reconocen para que entren al Golgi. Del Golgi al RER, las vesículas están
cubiertas por COP II; en el Golgi por COP I; y las que salen del Golgi por
clatrina. Existe también un transporte del Golgi al RER. Sobre el
movimiento vesicular del Golgi, existen dos teorías:
• Las cisternas se mueven de cis a trans ya que van progresando
según maduran las proteínas, y hay un retroceso de vesículas para
mantener las proteínas propias de cada cisterna. Esta teoría es la
que prevalece hoy día.
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• Sólo las proteínas que van madurando se transportan de cisterna
en cisterna, por lo que el Golgi es estático y cada cisterna tiene su
propia dotación proteica que no hace falta renovar.
También hay proteínas preensambladas desde el RER, como el
procolágeno, que exceden el tamaño de las vesículas ya que son rígidas
y largas, lo que no se explica con ninguno de los modelos anteriores.
Vesículas
Como tienen que ser curvas, usan fosfatidil serina y lisofosfatidil
colina porque permiten esa estructura. Las proteínas de la cubierta se
unen a proteínas adaptadoras, que a su vez se pueden unir al cargo
tanto directa como indirectamente.
La clatrina tiene una estructura de tres patas que se unen como en
un balón de fútbol, y no interviene en el reconocimiento del receptor de
la membrana de destino. La dinamina favorece el estrangulamiento de la
vesícula.
La formación de las vesículas sigue estos pasos:
• La clatrina interacciona con la proteína de cargo transmembrana, lo
que facilita la formación de la cubierta porque es un proceso
cooperativo.
• La clatrina se pierde cuando se ha formado la vesícula, y ésta es
reconocida por los receptores correspondientes en la membrana de
destino.
• El reconocimiento de la vesícula no está muy conocido, pero se
sabe que es por medio de complejos de proteínas y no por una sola.
RAB es una proteína G-monomérica esencial en la fusión.
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En la fusión vesícula-membrana hay una verdadera fusión de la
membrana, habiendo continuidad entre ambas; mientras que en los
puntos de contacto de membranas, como entre el RE y la mitocondria,
hay pérdida de 2 monocapas de las 4.
La interacción entre vesícula y membrana tiene estos pasos:
• RAB-GDP está inactiva y además inhibida porque tiene unida GDI.
• RAB se ancla en la membrana del donador porque se libera de GDI
gracias a GDF.
• GEF intercambia el GDP por GTP, lo que hace que RAB se active,
reconociendo en la membrana de destino al efector.
• Las proteínas SNARE (v en el donador y t en el aceptor) son largas
y flexibles, y se unen entre ellas pasando de la formación trans (en
distintas membranas) a la formación cis (en las mismas
membranas).
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Internalización
Hay de distintos tipos:
• Fagocitosis: se engloban partículas, En vertebrados lo realizan los
macrófagos, pero en situaciones extremas cualquier célula puede
hacerlo. Se emiten pseudópodos que engloban la partícula y forma
fagosomas. También puede producirse dentro de la célula si un
orgánulo fagocita a otro defectuoso, formando autofagosomas.
• Macropinocitosis: engloba partículas de forma inespecífica
mediante una prolongación.
• Mediada por clatrina: semejante a lo visto en endomembranas.
• Dependiente de caveolina: forma caveolas, un tipo de vesículas
especiales porque no son tan dinámicas como las demás ya que se
puede quedar sin estrangular cierto tiempo, incluso se piensa que
las puede haber permanentes. Se suelen formar parches de
receptores en las caveolas ya que tienen muchos para moléculas
extracelulares. Las caveolas convergen en el caveosoma.
• Independiente de clatrina y caveolina: poco conocida.
En la formación de vesículas, es muy importante el citoesqueleto que
forma el córtex celular. Las proteínas nucleadoras de actina ayudan a la
polimerización de ésta, haciendo que se empuje la vesícula y se forme.
La dinamina se encarga del estrangulamiento.
ENDOSOMAS
Todos tienen bombas de protones que consumen ATP. Las vesículas
primero se fusionan formando el endosoma temprano, que pasa a ser el
endosoma multivesicular (MVB). El endosoma tardío recibe a su vez
vesículas con productos hidrolíticos desde el trans-Golgi y muy ricas en
bombas de H+, y estas vesículas también son llamadas lisosomas
primarios. Poseen enzimas capaces de degradar casi cualquier cosa (por
ejemplo, no pueden degradar silicio, polisacáridos grandes…).
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Los lisosomas son el producto de la fusión de las vesículas hidrolíticas
con el endosoma tardío. Siguen teniendo actividad hidrolítica y pueden
fusionarse a otro endosoma tardío más tarde. A veces quedan en ellos
restos no digeribles y que no pueden ser eliminados, como los gránulos
de lipofucsina.
La vida de los endosomas es breve, y parte del endosoma primario se
puede reciclar volviendo a la membrana o al Golgi. No siempre los
endosomas terminan en los lisosomas: en células endoteliales se puede
producir transcitosis. Esto consiste en la formación de una vesícula de
endocitosis que vierte el contenido al otro lado de la célula, como ocurre
en el paso de inmunoglobulinas de una madre al lactante; y este
transporte es en ambos sentidos y están cubiertos por clatrina.
Un ejemplo de internalización es el de las LDL (lipoproteínas de baja
densidad). La célula tiene receptores para LDL conectados por medio de
una proteína adaptadora a la clatrina. La vesícula acumula varios
receptores al unirse las clatrinas y finalmente varias vesículas se
fusionan formando el endosoma temprano. Este endosoma temprano
tiene dos elementos: el compartimento de clasificación y el de reciclado.
Tiene una zona central vesicular y varias zonas tubulares de poca
capacidad, produciéndose una clasificación geométrica según lo que
quepa en los túbulos y lo que no. Fragmentando los túbulos, se consigue
reciclar los receptores de membrana y restos de ésta.
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SISTEMA ESCRT
Es de reciente descripción. No todas las proteínas que entran siguen
el mismo patrón de internalización: algunos de los receptores son mono
o multiubicuitiados (de modo que no señaliza para degradación) y son
reconocidos por este sistema ESCRT, que provoca que estos receptores
sean endocitados dentro del endosoma, perdiendo la ubicuitina y siendo
degradados. Este sistema participa en dos procesos:
• Internalización de proteínas mal plegadas.
• Internalización de factores de crecimiento: el receptor se
internaliza y viaja por una vesícula por el citosol activando
funciones, y se internaliza dentro de la vesícula para que cesen sus
efectos.
LISOSOMAS SECRETORES
Los linfocitos T citotóxicos asesinan las células a las que se unen,
exocitando unas moléculas Fas que son recibidas por la otra célula.
Además, convierte sus lisosomas en lisosomas secretores con granzimas
(proteasas) que hidrolizan numerosos sustratos y con perforinas, que
forman poros en la membrana de la otra célula. La perforina no se
incorpora al linfocito gracias a sus propias caspasas. Lo que ocurre es
una endocitosis del poro de perforina y de las granzimas, que salen una
vez dentro de la célula.
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CAVEOLAS
Son vesículas de internalización sin clatrina que se encuentran en
músculo, tejido adiposo, endotelios… Son vesículas alargadas con una
vida media elevada, que forman huecos en la membrana y que pueden
estar ramificados. Cuando se internalizan, también se dirigen a los
endosomas.
Presentan caveolina íntimamente unida a
lípidos de membrana por palmitaciones,
dominios hidrofóbicos que deben quedar dentro
de la membrana, etc. Las membranas de las
caveolas son gruesas y rígidas, con muchos
glucoesfingolípidos y colesterol, por lo que están
en estado de gel. La caveolina se sintetiza en el
RE, y según va madurando por el Golgi se van
asociando distintas unidades, que forman los
dominios de membrana en que participan. Las
caveolas pueden estar también asociadas a
proteínas de la matriz extracelular.
Las caveolas son importantes en el metabolismo y regulación de
lípidos. De hecho, la formación de gotas lipídicas es difícil en mutantes
sin caveolina; ya que ésta está presente en la gota internalizada. Allí se
encuentra con lípidos de señalización que por fosfolipasas liberan
segundos mensajeros que activan un factor de transcripción (PPARα)
que facilita que una célula se diferencie en un adipocito.
Distribución de lípidos y proteínas
En la clasificación mediada por lípidos, éstos tienden a interaccionar
entre si de forma favorable y por ello tienen distintas proteínas
asociadas. Los fosfoinosítidos pueden presentar hasta tres fosforilaciones
en C3,4,5 que varían según el tipo de membrana, por lo que las distintas
membranas llevan asociadas distintas fosfoinositol kinasas (como Pi3K)
y fosfatasas para interconvertir los distintos fosfoinosítidos y que no se
mezclen. Esta composición diferencial permite el reconocimiento de
diferentes tipos de fosfoinosítidos por parte de los dominios específicos
de proteínas específicas: estas interacciones determinarán el destino de
las diferentes vesículas.
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Las vesículas se fusionan por factores de aproximación y proteínas
SNARE de anclaje que fundamentalmente dependen de la interacción
lípidos-proteínas. La cubierta ayuda a la reunión de proteínas específicas
por medio de las proteínas adaptadoras.
También existe una clasificación geométrica, como ocurre con el
colágeno, que necesita vesículas alargadas; o la insulina, que necesita
grandes vesículas. Además, ciertas proteínas quedan integradas en un
cierto dominio debido a la presencia de barreras, como las bandas de
unión intercelulares, que evitan el paso de la proteína de un dominio a
otro.
El movimiento de vesículas viene determinado por el citoesqueleto.
Cada vesícula puede tener todos los motores necesarios pero sólo activa
los necesarios. Estos motores son la kinesina/dineína en microtúbulos
(una u otra según el sentido) y la miosina en los microfilamentos.
Pueden darse saltos entre los distintos elementos del citoesqueleto.
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