05 – Retículo endoplasmático

CARACTERÍSTICAS GENERALES

• El retículo endoplasmático está presente en todas las células eucariotas, a excepción de los hematíes (glóbulos rojos).
• Su membrana constituye más de la mitad del total de la membrana de la célula.
• NO es un orgánulo, sino, un compartimento intracelular.
• Está organizado en una estructura reticular de túbulos ramificados y sáculos aplanados (cisternas), que se extiende por todo el citosol.
  • Los túbulos y sáculos están interconectados, de modo que la membrana del retículo endoplasmático forma una lámina contínua que define un único espacio interno: lumen del RE
    • Ocupa más del 10% del volumen celular total
  • La membrana separa el lumen del citosol, y media la transferencia de determinados compuestos.
• El retículo endoplasmático juega un papel central en la biosíntesis de células, puesto que su membrana es el lugar de producción de proteínas y lípidos, y contribuye también a la formación de membranas de mitocondrias y peroxisomas.
• La membrana del retículo endoplasmático rugoso (R.E.R) está en continuidad con la membrana externa del núcleo.
• Está muy relacionado con el Aparato de Golgi.

ESTRUCTURA

• El retículo endoplasmático se puede estudiar con el microscopio óptico de fluorescencia.
  • Utilizandounos fluorocromos determinados se es capaz de ver cómo se distribuye: como una red por todo el citoplasma.
• Pero como tiene dimensiones pequeñas, para determinar su ultraestructura se utiliza el microscopio electrónico.

ELEMENTOS FUNDAMENTALES (o TIPOS)

• RE Rugoso (RER)
  • Formado por sáculos y cisternas aplanadas en cuya membrana hay adheridos ribosomas (en la cara citosólica).
  • Tienen una forma más o menos aplanada y un grosor de unos 20-30nm de diámetro.
  • Está en contacto con la membrana externa en la envoltura nuclear –> la pared del núcleo es un sáculo especializado del RER que contiene al mismo.
• RE Liso (REL)
  • Regiones del RE que carecen de ribosomas unidos.
  • Las cisternas tienen una configuración más tubular.
  • Posee aproximadamente un grosor de 30-60nm de diámetro.
  • Muy abundante en tipos celulares cuya función principal es la síntesis de lípidos. En el resto de células suele predominar el RER.
• Elementos de transición (RE transicional)
  • Pequeña región del RE que es parcialmente lisa y parcialmente rugosa: son estructuras que tienen parte de la membrana que la delimita con ribosomas y parte desnuda –> los RE no están separados.
  • Las vesículas que van desde el RE al Aparato de Golgi nacen de estos elementos de transición.

FUNCIONES

1. Síntesis de proteínas (RER)

Generalmente las proteínas son sintetizadas por los ribosomas libres del citoplasma, pero algunas proteínas son sintetizadas en la membrana del RE (en la cara citosólica) por los ribosomas adheridos a esta.

Las proteínas glucosiladas se forman en el RE (rara vez en el citoplasma).

Se diferencian dos tipos de acciones:

A) Translocación contraduccional: la proteína es sintetizada en el RE.

B) Translocación postraduccional: la proteína ya ha sido sintetizada en el citoplasma y, después, llega al RE.

Los péptidos señal dirigen la proteína de secreción hacia la membrana del RE –> es una secuencia de reconocimiento que dirige el ribosoma hacia la membrana del RE y que actúa como señal de inicio de la translocación.

El péptido señal indica a la proteína que va a tener que sintetizarse en el RE.

La proteína es dirigida a la membrana del RE mediante dos componentes: una partícula de reconocimiento de la señal (SRP) que se une al péptido, y un receptor de SRP. La SRP es un complejo formado por 6 cadenas polipeptídicas asociadas a una pequeña molécula de RNA (por eso, además de detener la síntesis, es capaz de reconocer y dirigir).

A medida que el péptido va saliendo del ribosoma, la SRP se va uniendo a él. Esto provoca una pausa en la síntesis proteica (bloquea el proceso de traducción), lo que da al ribosoma tiempo para unirse a la membrana antes de que la síntesis se complete –> asegurando así que la proteína no se libere al citosol.

Las SRPs detienen la síntesis de proteínas que se habían iniciado en el citoplasma y «viajan» con las proteínas hasta llegar al RE.

Una vez formado el complejo ribosoma-SRP, este se une al receptor SRP, situado en la membrana del RE. La SRP y el receptor de SRP son liberados para guiar a más proteínas.

En la membrana hay otros receptores que reconocen la subunidad grande del ribosoma. De esta forma, el ribosoma, mediante la actuación de dos receptores, ya queda anclado a la membrana.

El péptido señal es reconocido por un translocador proteico, el complejo Sec61, que forma un poro en la membrana del RE a través del cual la proteína en formación atraviesa la membrana. Este translocador es una estructura dinámica que se abre cuando un ribosoma se une a la membrana y se cierra cuando el ribosoma se libera tras la síntesis proteica. Está formado por tres o cuatro complejos proteicos, cada uno de los cuales está a su vez constituido por varias proteínas transmembrana (proteínas translocadoras). Tiene la capacidad de abrirse tanto hacia el lumen como a la parte lateral del RE, para darle la posibilidad a la proteína de que una vez sintetizada sequede en la membrana del RE, para darle la posibilidad a la proteína de que una vez sintetizada se quede en la membrana del RE o emigre a otro lugar. Este aparato de translocación transfiere la cadena polipeptídica a través de la membrana, reiniciando la traducción en el ribosoma ya unido al complejo Sec61. La translocación, ya sea cotraduccional o postraduccional, requiere siempre hidrólisis de ATP.

Cuando el extremo C de la proteína ya ha pasado a través de la membrana, la proteína es liberada, y la secuencia lider (péptido señal) se desprende de la proteína mediante un enzima peptidasa (una proteína transmembrana situada en la cara luminal de la membrana del RE). La secuencia líder se degrada y el complejo translocador Sec61 se cierra.

Una vez sintetizada podrá entrar por el túnel, translocador, al lumen del RE. Aunque el lumen no es el único destino posible de la proteína, sino que también podrá formar parte de la membrana reticular. El ir a uno o a otro dependerá del péptido señal que tenga:

• Proteínas solubles en agua: son completamente translocadas a través de la membrana del RER y liberadas al lumen. Estas proteínas en el interior del lumen sufrirán procesos de glicosilación, plegamiento, etc. Y serán transportadas a otro lugar.
• Proteínas transmembrana: no son translocadas al interior del lumen sino que quedan adheridas a la membrana del RER como proteínas transmembrana. Para ello, estas proteínas tienen una secuencia denominada péptido de final de transferencia, que detiene la introducción de la proteína en el lumen, quedando atravesada.

RESUMEN: El ribosoma comienza la síntesis de la proteína en el citosol. Como esta proteína está destinada a ir al lumen del RE, en su extremo N-Terminal (que es lo que primero se traduce) aparece el péptido líder. A continuación, la partícula SRP se une al péptido líder deteniendo la traducción. Además esta partícula SRP ayudará a conducir el ribosoma hasta la membrana del RE donde quedará adherido por su subunidad grande, de forma que cuando se reinicie la traducción la proteína caiga al interior del RE a través del complejo Sec61.

Tras la síntesis de la cadena polipeptídica, la proteína tiene que plegarse. Este plegamiento se realiza en el RE gracias a la acción de las chaperonas.

Este mecanismo es fundamental pero puede tener ERRORES, por eso el RE posee sistemas para reparar esos errores (el RE tiene que asegurarse de que la proteína esté bien plegada para que adopte su estructura final, y así pueda realizar correctamente su función). Si la proteína recién formada no se pliega bien, hay una proteína anómala, tiene que ser eliminada. Para ello son identificadas como tal por unas moléculas de la membrana: chaperonas. Lo que ocurre es que son expulsadas al exterior (citosol) a través del complejo Sec61 por el que habían entrado, ayudada por otras proteínas necesarias para que el translocador actúe en sentido opuesto.

En el exterior estas proteínas podrán ser degradadas por los proteosomas, deberán pasar una serie de transformaciones:

1. Son atacadas para desglucosilarse (por medio de la N-glucanasa, una enzimaque elimina restos de azúcares).
2. La proteína desglucosilada es marcada con una proteína: la ubiquina (ubiquitinación).
3. Las ubiquitinas son reconocidas por un complejo enzimático ATP-dependiente, (proteosoma).
4. Entran en el proteosoma, el cual degradará a la proteína mal plegada.

SISTEMA UPR (DE RESPUESTA A PROTEÍNAS MAL PLEGADAS)

El RE entra en una situación de estrés, es decir, en una situación en que se están fabricando muchas proteínas. En esta situación es muy probable que haya proteínas mal plegadas, así pues los sensores del RE:

1. Se disparan.
2. Se fosforilan.
3. Mandan una señal al núcleo.
4. El núcleo empieza a fabricar muchas proteínas similares a las chaperonas.

2. Glicosilación

Este proceso consiste en la adición de azúcares a una proteína recién sintetizada. Tiene lugar inicialmente en el lumen del RE, pero finaliza en el Ap. de Golgi, mediante procesos más o menos complejos en función del destino de la proteína.

Las proteínas que necesariamente deben ser sintetizadas en el RE son justamente aquellas que deben llevar azúcares (glucoproteínas), lo cual no se les puede añadir en el citoplasma.