TEMA 10. RetÍculo EndoplasmÁtico PDF

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TEMA 10. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO 1. COMPARTIMENTOS INTRACELULARES Forma parte de las endomembranas (sistema endomembranoso). Los distintos orgánulos membranosos tienen una especialidad funcional determinada, por ello, tienen distintas características estructurales: ~ Distintas proteínas en el lumen y en la membrana. ~ Distintos mecanismosdetransporte. ~ Distintos marcadoresespecíficos de superficie → Por ejemplo, el retículo tiene marcadores para quinesinas, y el aparato de Golgi para dineínas. Además, todas las células tienen los mismos orgánulos, pero la abundancia de cada uno de ellos determina su función específica. Por ejemplo, del total de membrana de las células: 

Células pancreáticas→ Muy bajo porcentaje pertenece a la membrana plasmática, lo que significa que los orgánulos membranosos están muy desarrollados. ~ RER → Muy desarrollado, ya que necesita sintetizar muchas proteínas en su lumen. ~ REL → Prácticamente inexistente. ~ Mitocondrias → Está muchísimo más desarrollada la membrana interna que la externa.

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Células del hígado(hepatocitos) → Muy bajo porcentaje pertenece a la membrana plasmática, lo que significa que los orgánulos membranosos están muy desarrollados. ~ RER → Orgánulo bastante desarrollado. ~ REL → Tiene presencia, ya que lleva a cabo reaccionesde detoxificación, típicas del hígado. ~ Mitocondrias → Está más desarrollada la membrana interna que la externa.

Además, la teoría autógena dice que los compartimentos intracelulares, excepto mitocondrias y cloroplastos, provienen de invaginaciones de la membrana. Esto explicaría la relación entre el sistema de endomembranas, ya sea de forma directa(núcleo y RER) o mediante vesículas (RER y aparato deGolgi – aparato de Golgi y membrana plasmática).

2. LOCALIZACIÓN Y FUNCIONES DEL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO El retículo endoplasmático (RE), tanto liso como rugoso , está formado por túbulos y cisternas interconectados , entre ellos y con la membrana nuclear. De esta forma se comunican la luz del núcleo con el lumen del RER y el REL. Todos los sáculos del RER y los túbulos del REL están comunicados. 1º GRADO EN MEDICINA / Mª INMACULADA CIDONCHA LOZANO (20152016)

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El RER se encarga de la síntesis de proteínas de membrana (plasmática, ap de Golgi, lisosomas…) y de secreción. Se encuentran en muchos orgánulos, en proteínas secretoras, en la luz del retículo, en el aparato de Golgi, y en los lisosomas. Las funciones del REL son la síntesis de los lípidos de membrana y el almacenamiento y liberación de Ca2+en respuesta a determinadas señales por ejemplo→(Necesario para la contracción muscular). Se encuentran en la mayoría de orgánulos. Desde el retículo al Aparato de Golgi, y de éste a los lisosomas, peroxisomas, se produce la salida de la vesícula a través de gemación. Las subunidades de los ribosomas provienen del nucléolo, van al citosol, y según la señal que reciban, la cual, aparece al salir la cadena polipetídica de la subunidad del ribosoma, se dirigen al RER o se quedan en el citosol, para formar la proteína determinada. Cuando se ha terminado de leer el ARNm se separan las dos subunidades y dejan de estar en el RER, volviendo al citosol. El ARNm está en el citosol, y los ribosomas están pegados a la membrana del RER.

3. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO RUGOSO (RER) Formado por sáculos y cisternas aplanadas (20-30 nm de ancho ) comunicados entre sí. Su membrana tiene diversas diferencias con respecto a la membrana plasmática. ~ Más estrecha porque las cadenas de los ácidos grados son más cortas. ~ Mayor fluidez → Porque en sus lípidos tiene más insaturaciones y cadenas más cortas, dado que tiene que desplazarse por la célula y emitir vesículas. ~ Tiene ↑% de proteínas (70%) y ↓% de lípidos(30%, los más abundantes son colesterol y glucolípidos). El RER se encarga de la síntesis, almacenamiento y glucosilación (unión de glúcidos a proteínas → Glucoproteínas. N- glucosilación en el retículo, y la O- glucosilación en el aparato de Golgi) de proteínas: 

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Transmembranales → Las del RE, las intrínsecas, las periféricas externas, las de la membrana plasmática y de otros orgánulos. ~ Viajan hasta las membranas de las que formarán parte mediante vesículas. ~ Mediante la fusión de ambas membranas se incluyen en ésta. Solubles → Viajan al aparato de Golgi, y de ahí, mediante vesículas. ~ Las vesículas se fusionan con la membrana plasmática, y las proteínas sintetizadas se liberan por exocitosis.

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3.1 SECUENCIA SEÑAL Cuando la proteína está siendo sintetizada, se está leyendo el ARNm en el citosol, y la proteína que está saliendo del ribosoma manda una señal para que el translocador la introduzca en el retículo. La proteína sintetizada por los ribosomas asociados a las membranas del RER tiene incluida una secuencia señal, gracias a la cual las proteínas sintetizadas permanezcan en el lumen. Los ribosomas pueden sintetizar tanto proteínas del citosol como proteínas para el RER, dado que la señal que determina esto está en la proteína. Esta señal está en el extremo N-terminal de la proteína, y es una secuencia de aminoácidos determinada (entre 6 y 20 aminoácidos hidrofóbicos→ Colas apolares) . Nada más empieza a asomar la proteína, tiene la señal. Su función es dirigir la proteína alRER, continuando la síntesis de la proteína hacia el interior del retículo. Cuando ya se ha sintetizado dicha proteína, esta secuencia es eliminada por la peptidasa de la señal (se encuentra en la membrana del retículo, unida al translocador, corta la secuencia señal, la translocasa es eliminada por las proteasas, quedando la proteína en el interior del retículo). 3.2 PROTEÍNAS DE RECONOCIMIENTO DE LA SECUENCIA SEÑAL (PRS) Estas proteínas PRS (partícula de reconocimiento de la señal) pertenecen a todas las células, ya sean eucariotas como procariotas. La PRS se une a la proteína en la secuencia señal, y al ribosoma bloqueando la traducción de momento. También se une a un receptor en la membrana del retículo (dímero → 2 cadenas polipeptídicas), y cuando el ribosoma se ha unido al translocador del retículo, ésta PRS se desprende, al ser cortada por la peptidasa de la señal, con lo cual ya no está bloqueada la traducción. Evita la unión de factores de elongación, bloqueando así la traducción en el ribosoma. Las células procariotas no tienen RER, pero las utilizan para asociar el ribosoma a la membrana plasmática y expulsar la proteína fuera de la célula. Las PRS están formadas por 6 polipéptidos interaccionando entre ellas y con un ARN pequeño.

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La primera región sintetizada de la proteína en el citosol es el extremo N-terminal, por lo que al ser sintetizado, se une específicamente la proteína PRS. Cuando se da esta unión, tiene lugar un cambio conformacional en la PRS, lo que permite la unión del dominio de pausa de traducción de la PRS al ribosoma, de manera que se pausa la traducción. Es un mecanismo de protección, ya que evita que la proteína se siga sintetizando en el citosol, lo que podría tener consecuencias dependiendo de la función de la proteína sintetizada (hidrolasas, enzimas…). Además, evita el plegamiento de la proteína, lo que dificultaría su entrada en el RER. Una vez así, se traslada el ribosoma hasta la membrana del RER, y se une la proteína PRS a su receptor (situado en la membrana del orgánulo). La PRS se une también a un translocador de la membrana del RER, y tiene lugar la liberación de la PRS y el comienzo de la translocación. -Co- traduccional: Según se va fabricando se va traduciendo. -Post- traduccional: Cuando se ha fabricado la proteína se introduce. 3.3 TRANSLOCACIÓN A continuación se libera la PRS y se separa del receptor. Tiene lugar la apertura del traslocador, para poder translocar la proteína sintetizada a través de la bicapa. El traslocador (complejo Sec61 ) formará un poro acuoso que comunica el citosol con el interior del RER. Consta de:  

Compuerta lateral→ Formado por 3 subunidades (α, β…). ‘Guarda’ la secuencia señal. Normalmente está cerrada. Hélice alfa (poro) → Hace función de tapón. Está abierto cuando está unido al ribosoma y a la membrana del RE, y transfiriendo la proteína al interior. Cuando se abre el poro, también se abre la compuerta lateral. A través del poro va pasando la proteína.

Cuando tiene lugar la apertura del poro, se da la translocación del péptido, y cuando tiene lugar la apertura de la compuertalateral se da la eliminación de la secuencia señal, volviendo el translocador a su posición inicial para que no se escapen iones del retículo como el Ca2+ al citosol. 3.4 ELIMINACIÓN DE LA SECUENCIA SEÑAL Cuando se abre el translocador, la secuencia señal queda ‘guardada’ en la compuerta lateral, que se asocia a una peptidasa. 1º GRADO EN MEDICINA / Mª INMAC 2016)

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Cuando la proteína ha sido sintetizada, la peptidasa actúa sobre la secuencia señal y rompe el enlace peptídico que la une al resto de la proteína. Además, la secuencia señal sirve también como estímulo para el inicio de la transferencia, porque hasta que no se une a la compuerta lateral, no continúa la síntesis proteíca. La secuencia señal queda incluída en la bicapa del RER, donde las proteasas la degradan en aminoácidos.

4. SÍNTESIS DE PROTEÍNAS Lo estudiado hasta ahora hace referencia a las proteínas solubles, que tienen que entrar en el RER para sufrir una serie de cambios. Las proteínas transmembranales tienen mecanismos concretos: 4.1 PROTEÍNAS INTEGRALES UNIPASO En este tipo de proteínas la translocación tiene 3 posibilidades:  SEGMENTO HIDRÓFOBO ADICIONAL La proteína sintetizada tiene una secuencia hidrófoba, que es la secuencia de parada de la transferencia. Cuando ésta entra en el translocador, queda bloqueada la translocación (no sigue metiendo proteína). La peptidasa elimina la secuencia señal. Ambas (secuencia señal y secuencia de parada) salen por la compuerta lateral, quedando la proteína incluida en la membrana del RERy sigue el ribosoma fabricando la proteína por su extremo carboxiterminal en el citosol. El extremo aminoterminal de la proteína queda orientado hacia el interior del RER, y el extremo carboxiterminal queda orientado hacia el citosol. El canal se cierra cuando la secuencia señal se ha cortado para que no se escapen los iones.  SECUENCIA SEÑAL INTERNA La secuencia señal NO se elimina , y no está en el extremo de la proteína, sino ‘en medio’. Ésta sale por la compuerta lateral del translocador para quedar incluida en la membrana, y tiene a ambos lados, los extremos de la proteína. Según la orientación de la secuencia señal interna, queda el extremo aminoterminal hacia el citosol o hacia el retículo. En este caso la secuencia señal interna no es eliminada, no se corta. Pasa directamente a la membrana. Cuando tenemos la proteína integrada en la membrana. 1º GRADO EN MEDICINA / Mª INMACULADA CIDONCHA LOZANO (20152016)

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En función del extremo que tenga a cada lado, hay 2 tipos:

 A→ El extremo aminoterminal se sitúa hacia el citosol, por lo que a través del translocador pasa el extremo carboxiterminal. Se forma si hay más aminoácidos básicos antes del core hidrófobo que después.  B→ El extremo carboxiterminal se sitúa hacia el citosol, por lo que a través del translocador pasa el extremo aminoterminal. Se forma si hay más aminoácidos básicos después delcore hidrófobo.

Dominio luminal (hacia el retículo). Dominio citosólico (hacia el citosol). Cargado + hacia el amino queda hacia dentro del citosol el extremo amino. Si es – hacia el retículo. Cargado + hacia el carboxiterminal hacia dentro del citosol el extremo carboxiterminal. Si es – hacia el retículo. 4.2 PROTEÍNAS INTEGRALES MULTIPASO Como en los anteriores, la proteína empieza a salir y a fabricarse por el extremo aminoterminal. Se une la secuencia de la señal a la PRS, ésta al receptor Prs que está en el retículo, y éste la une al translocador, separándose la Prs. En la puerta lateral queda la secuencia de la señal, y cuando la 2ª secuencia pasa por el translocador, se para la translocación. Salen la secuencia de la señal, y la 2ª por la compuerta lateral y quedan incrustadas en la membrana, terminando por el extremo carboxiterminal de fabricarse la proteína. A diferencia de otros casos anteriores, la secuencia señal no es cortada por la peptidasa, ni eliminada por las proteasas en la membrana para su degradación. Si no vuelve a aparecer una secuencia 2ª tras la señal, queda el extremo carboxiterminal hacia el retículo. Tienen secuencias hidrófobas en su secuencia, algunas de inicio de la transferencia, y otras de parada de la transferencia. Estas zonas son las que quedarán incluidas en la membrana del RER. En el caso de las proteínas de 2 pasos → Tienen 2 secuencias hidrófobas (formando 2 dominios transmembrana) en el interior de su estructura, una de inicio, y otra de parada. 1º GRADO EN MEDICINA / Mª INMACULADA CIDONCHA LOZANO (20152016)

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La secuencia señal de inicio marca el inicio de la transferencia, por lo que comienza a translocarse. Cuando se encuentra con la secuencia de parada, acaba la transferencia, y ambas salen por la compuerta lateral, quedando incluidas en la membrana. En el caso de las proteínas multipaso → Hay muchas más secuencias de inicio y de parada consecutivas, de manera que cada vez que ambas quedan incluidas y se acaba la transferencia, salen por la compuerta lateral, y continúa la translocación hasta encontrarse con más secuencias. Así sucesivamente. Las de las mitocondrias, postraduccionalmente.

tanto

unipaso

como

multipaso,

son

translocadas

5. PLEGAMIENTO Y ENSAMBLAJE Las proteínas en tránsito son aquellas que NO tienen ninguna función en el RER, por lo que al ser sintetizadas, sufren una serie de cambios necesarios y salen. En cambio, las proteínas residentes son aquellas que sí que tienen una función concreta en el RER. (La señal de retención en el RE es: Lys – Asp – Glu – Leu – extremo carboxiterminal) (KDEL). Son aquellas que van a actuar siempre en el retículo. Las proteínas sobre la membrana se mueven lateralmente, no pueden hacer translocación en fip- flop, si se desliza laterlamente por la membrana, y sale de ella por gemación, al fusionarse con la membrana del Golgi queda orientada igual, con el extremo aminoterminal hacia el lado no citosólico, como los glúcidos, y el extremo carboxiterminal hacia la región citosólica. 

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Proteín-disulfuro-isomerasa(PDI) → Proteína residente del RER que cataliza la formación de enlaces disulfuro en el lumen del RER (gracias a su ambiente no tan reductor como el del citosol). Están del lado no citosólico porque ese ambiente reductor del citosol rompería los enlaces disulfuro. Chaperona BiP(binding-protein) → Proteína residente del RER que se unen a proteínas mal plegadas y ayudan al plegamiento correcto. El marcaje o cola de poliubiquitina se etiqueta para ser degradada por el proteasoma al no ser plegada correctamente cuando han fallado las chaperonas. Hay chaperonas para proteínas que se sintetizan en el citosol, y en el retículo están las BIP.

6. GLUCOSILACIÓN La glucosilación de proteínas se realiza tanto en el RER como en el Aparato de Golgi, pero en el lumen del RER se realiza la Nglucosilación (porque se hace la unión, el enlace, con nitrógeno). Existe un oligosacárido preformadode 14 monosacáridos (2 Nacetilglucosaminas, 9 manosas, y 3 glucosas). En el RER ese oligosacárido es el mismo, pero en el Golgi son diferentes. Por lo cual, la N- glicosilación en el RER es añadir siempre el mismo 1º GRADO EN MEDICINA / Mª INMACULADA CIDONCHA 2016)

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glúcido, el mismo oligosacárido, éste ha sido fabricado en bloque antes de la fabricación de la proteína. Cuando se une al aminoácido Asparagina (Asn) se forma el enlace N-glucosídico. No se une cualquier Asparagina, sino la de unas secuencias concretas: Asn-X-Ser Asn-X-Thr (treonina), (donde X no puede ser Pro). Los glúcidos se encuentran en el lado no citosólico y al lado del translocador. 6.1 SÍNTESIS DEL OLIGOSACÁRIDO PREFORMADO Este oligosacárido preformado está unido a la membrana mediante un enlace bifosfato a un dolicol. La oligosacaril-transferasa rompe el enlace bifosfato y libera mucha energía. Para activar el dolicol (terpeno, 22 unidades de isopreno), muy hidrófobo que se inserta en la membrana del retículo, y que pueda unirse al oligosacárido, éste sufre una fosforilación(enlaces fosfato de alta energía) en el lado citosólico. Comienzo de síntesis del oligosacárido sobre el dolicol (glucolípidos) por el citosol, con los cual el dolicol tiene que estar al revés. Después, se translocapor una flipasa, para situar el extremo fosforilado hacia el lumen. De esta manera se unenlos distintos monosacáridos que forman el oligosacárido preformado mediante reacciones sucesivas (4). 6.2 GLUCOSILACIÓN DE LA PROTEÍNA Una vez sintetizado, actúa la oligosacaril-transferasa , y rompe el enlace bifosfato con el dolicol para unir el oligosacárido a la proteína. Para activarse, 3 glucosas y 1 manosa se desanclan del oligosacárido, y una vez así, pasan al Aparato de Golgi. Cuando hay unidas las 2 acetilglucosaminas y 5 manosas, se produce el Flipping.

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Hay proteínas que llevan a cabo el control de calidad, el cual tiene lugar cuando se han quitado 2 de las 3 glucosas que había. Son la calnexina (en la membrana del retículo) y la calreticulina (soluble). Son chaperonas, las BIP ayudan a la proteína a plegarse correctamente uniéndose a ella. Y las otras además de eso, la retienen si está mal plegada. Si está bien plegada se elimina la glucosa por la glucosidasa y 1 manosa, y si no, es retirada y le pone otra glucosa la glucosiltransferasa. Éstas reconocen a las glucosas unidas al oligosacárido. El anclaje Glucosil-fosfatidil-inositol(GPI): Un tipo concreto de proteínas están ancladas a este tipo por el lado no citosólico porque han sido sintetizadas por el lado luminal. Lo ancla a la membrana. Este anclaje sucede en el retículo. Hay una enzima en el retículo que corta por la mitad de la secuencia señal y la une al fosfolípido de inositol.

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Cuando una proteína NO se pliega correctamente, los proteosomas tienen que degradarla, pero enel lumen del RER no hay proteosomas, por lo que la proteína tiene que retrotranslocarse (dislocación) al citosol de la célula, se exportan del retículo al citosol. El retrotranslocador gasta energía, y antes de que salga del translocador se le unen chaperonas que la mantienen parcialmente desplegada porque de lo contrario no cabe. Una vez ahí, se une a N-glicanasa que le quita los glúcidos,y al estar mal plegadas, el proteasoma las descompone.

7. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO LISO (REL) Su membrana se continúa con la del RER, que a su vez se continúa con la del núcleo. Es escaso en la mayoría de las células, y está formado por una red de túbulos y cisternas (3060 nm de diámetro). Tiene un contenido distinto al del RER → Contiene más lípidos y menos proteínas. En la membrana del REL, hay unas flipasas que translocan los lípidos que la forman, indiferentemente del tipo que sean, por lo que, a diferencia de la bicapa lipídica de la membrana plasmática, el componente lipídico de la membrana del REL es simétrico en cuanto a los lípidos (asimétrico en cuanto a las proteínas).  FUNCIONES ~ Síntesis de lípidos de membrana → Fosfolípidos, colesterol y ceramida(precursor de la esfingomielina y de los glucoesfingolípidos, los cuales son fabricados en el A. de Golgi). ~ Síntesis de hormonas esteroideas a partir de colesterol → Testosterona, androsterona, estrógenos, estradiol, aldosterona, corticoides, costicoesterona… ~ Síntesis de lipoproteínas (hepatocitos, como las LDL) y quilomicrones(enterocitos). ~ Síntesis de ácidos biliares. ~ Reacciones de detoxificación. ~ Reservorio...