TEMA 5 – EL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO (RESUMEN+RESPUESTAS) PDF

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Profesor: José Miguel Blasco Ibáñez; Asignatura: Biología celular

Apuntes resúmenes con las explicaciones del profesor dadas en clase + respuestas a las posibles preguntas de examen.

1. LOS RETÍCULOS ENDOPLASMÁTICOS.
2. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO RUGOSO.
2.1 DIRECC...

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BIOLOGÍA CELULAR TEMA 5 – EL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO RUGOSO. TRADUCCIÓN Y PROCESAMIENTO DE PROTEÍNAS DE MEMBRANA Y PROTEÍNAS SECRETADAS. EL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO LISO. ÍNDICE: 1. LOS RETÍCULOS ENDOPLASMÁTICOS. 2. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO RUGOSO. 2.1 DIRECCIONAMIENTO DE PROTEÍNAS. 2.2 PROTEÍNAS TRADUCIDAS EN RER. 2.3 TIPOS PRINCIPALES DE PROTEÍNAS DE MEMBRANA. 3. TRANSLOCACIÓN POST-TRADUCCIONAL Y MODIFICACIONES. 3.1 GLICOSILACIÓN DE PROTEÍNAS EN RER. 3.2 FORMACIÓN DE PUENTES DISULFURO. 3.3 ROTACIÓN DE LAS PROLINAS. 3.4 PLEGADO DE LAS PROTEÍNAS. 3.5 PROCESO PROTEOLÍTICO DE PROTEÍNAS MAL PLEGADAS. 4. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO LISO. 4.1 SÍNTESIS DE FOSFOLÍPIDOS. 4.2 ALMACENAMIENTO INTRACELULAR DE CALCIO. 4.3 DETOXIFICACIÓN. 4.4 GLUCOGENÓLISIS.

1. Los retículos endoplasmáticos. El retículo endoplasmático es un continuo de endomembranas cuyo grosor es de, aproximadamente, 6.5 nanómetros. Existe una luz o lumen entre membranas cuyo grosor es de 100 nanómetros. El retículo endoplasmático rugoso y liso son un continuo entre ellas que se están conectados con la membrana celular, pero no con el aparato de Golgi. Las funciones generales de los retículos endoplasmáticos son: · Síntesis de proteínas de membrana y de secreción. · Formación de lípidos de membrana. · Intervención en el metabolismo lipídico. · El inicio de la glicosilación de membranas · Almacenaje de calcio · La detoxificación 2. Retículo endoplasmático rugoso (RER) Se trata de un continuo de cisternas aplanadas que presenta ribosomas adheridos a su superficie. Dentro de sus funciones está la síntesis de proteínas de membrana y de secreción que se mantienen gracias al citoesqueleto y la glicosilación de estos complejos proteicos. 2.1 Direccionamiento de proteínas. La proteína es sintetizada en el citosol del cuerpo celular y esta puede tomar distintas trayectorias. Una vía citosólica y una vía mediante el retículo endoplasmática rugoso. Peroxisomas Citoplasma Proteína

NLS (Señal de localización nuclear) Cloroplasto Mitocondria

Retículo endoplasmático rugoso

Secreción Ap. Golgi

Membrana plasmática Lisosomas

Cada código de colores y flecha significa que se necesita una señal distinta para llegar hasta el destino indicado. Si la proteína escoge la vía citosólica no necesita ninguna señal específica para llegar hasta el citoplasma (se sintetiza aquí). La proteína puede quedarse aquí hasta encontrarse con una señal que la redireccione a un orgánulo o le dote de una función concreta. Por tanto, la proteína desde el citoplasma podría ser integrada en los peroxisomas, en los cloroplastos, en la mitocondria o darle una función de señal de localización nuclear. Necesitando una señal concreta y distinta para cada localización. Si la proteína sigue la ruta del RER, necesitará una señal para entrar a este. Desde aquí puede llegar al aparato de Golgi o continuar en el RER. En el aparato de Golgi puede permanecer hasta que se le asocie una

función: ser secretada, ser integrada en la membrana plasmática o, mediante una señal distinta a las de la vía citoplasmática, ser redirigida a los lisosomas. En el esquema se puede ver de una manera más citológica las direcciones y vías posibles para las proteínas sintetizadas por el RER. 2.2 Proteínas traducidas en el retículo endoplasmático rugoso. La proteína comienza a traducirse sin importar su final. Después de, aproximadamente, 20 aminoácidos hay una parada y una partícula SRP (reconocimiento de la señal) se ancla a la proteína y al ribosoma. El retículo endoplasmático presenta un receptor SRP donde se ancla el complejo formado anteriormente. Aquí se reanuda la traducción y después hay una translocación. En caso de que la señal fuera defectuosa no habría parada. Como el inicio es independiente del camino del mecanismo no hay ribosomas especiales para el retículo endoplasmático rugoso, pero es necesario aclarar que hay mecanismos de translocación postraduccional. Este proceso está esquematizado en el siguiente dibujo. 2.3 Tipos principales de proteínas de membrana.

Las proteínas siempre presentan su secuencia hidrofóbica en el interior de la bicapa lipídica con dos extremos N-terminal y C-terminal. Por lo general, el extremo N-terminal siempre se encuentra en el espacio exoplásmico (lumen del RER o del aparato de Golgi), exceptuando en las proteínas del tipo II que se encuentra en el citosol.

· Proteínas de membrana de paso sencillo tipo I Secuencia de anclaje dentro de la bicapa

· Proteínas de membrana de paso sencillo tipo II. Proteína de reconocimiento señal que empieza en el citosol y no frena. La señal es hidrofóbica y hace que se une al retículo junto al translocón.

· Proteínas transmembrana de pasos múltiples. Se insertan por bucles. Esa señal se ancla y la proteína se comienza a sintetizar hasta que esta se ancla y continúa sintetizándose en el citosol. La orientación se mantiene durante el transporte, las secuencias señal de amino terminal se eliminan, al igual que las secuencias de anclaje. Las proteínas multipaso tienen varias alfa hélices transmembrana. Cada alfa hélice funciona como una secuencia interna de señal-anclaje o de paro-anclaje dependiendo de su localización dentro del péptido. · Proteínas unidas a fosfatidil inositol No son de membrana, pero se forman igual en la cara extracitoplasmática y unidos a fosfatidil inositol. Se forman como una proteína con N-terminal al lumen. El C-terminal es muy corto y se encuentra en el citoplasma. La proteína realiza la transferencia cortando el NH del

fofatidil. El grupo N-terminal lo une al grupo NH3 del fosfatidil. La secuencia acaba en el Cterminal y el lípido se queda anclado. 3. Translocación post-traduccional y modificaciones. En levaduras, primero la proteína se sintetiza en el citosol y después es movida al lumen. En el exterior y en el interior encontramos chaperonas que son proteínas que influyen en el plegamiento de la proteína. Se sueltan en el mismo orden en el que se agregaron. Vuelve a nacer la proteína de una cierta manera. La proteína pasa por el protocol otra vez y otras chaperonas hacen lo mismo desde la otra cara de la membrana. Algunas modificaciones post-traducción: plegamiento, oligosacáridos (continua en el aparato de Golgi), formación puentes disulfuro, rotación de enlaces peptídicos de las prolinas, ensamblaje en proteínas multiméricas y procesamiento proteolítco (si la proteína no se ha plegado bien hay que destruirla). 3.1 Glicosilación de proteínas en RER. Los oligosacáridos no se forman sobre la proteína, sino que se forman sobre un lípido especial llamado dolicol y luego se transfieren por glucosil transferasa (lumen). Los azúcares están activados mediante nucleótidos y sufren flipflop gracias al dolicol, que es activado por pirofosfato. Como podemos ver en el esquema, el dodicol pirofosfato oligosacárido se sintetiza mediante la adición de manosas que se van ramificando y así se va formando el azúcar. Al final se añaden tres moléculas de glucosa. Una vez transferidos se ‘podan’ en el lumen del RER; se trata de un mecanismo posterior por el cual se van retirando glucosas. Es un proceso controlado

3.2 Formación de puentes disulfuro.

Las flechas numeradas de color rojo indican la secuencia del flujo de electrones. Un puente disulfuro (barra amarilla) se forma por la pérdida de un par de electrones de los grupos tiol de las cisteínas (SH). a) En el lumen del retículo endoplasmático de las células eucariotas los electrones de un tiol ionizado en una proteína sintetizada nueva son transferidos a un puente disulfuro del sitio activo del PDI. Este transfiere los electrones a un puente disulfuro de la proteína del lumen. b) En espacio periplásmico de las células bacterianas, la proteína soluble funciona como en las eucariota. La proteína reducida es reoxidada por otra proteína en la membrana interna de la proteína. Por último, la proteína que ahora está reducida es reoxidada mediante el transporte de electrones para oxidar la ubiquinona oxidada, un cofactor lipídica de la cadena de transporte de electrones de la membrana interna. 3.3 Rotación de las prolinas. La prolina puede presentar una disposición espacial cis o trans. Esta disposición afecta a la disposición de las proteínas. En los ribosomas siempre se añade trans. En proteínas un 40% es cis y esta rotación se realiza mediante la prolil isomerasa. 3.4 Plegado. El plegado de las proteínas se realiza con la glicosilación como señal y es un proceso bastante hermético: hasta que no se han plegado correctamente las proteínas no salen del RER. El lumen del RER es un ambiente oxidante donde se dan distintos sucesos celulares: la glucosilación, la rotación de las prolinas, el plegado y formación de las proteínas, los puentes disulfuro. Las chaperonas, anteriormente citadas, intervienen en el proceso de plegamiento facilitándolo. Actúan ensamblando las subunidades de las proteínas multiméricas. Se trata de un proceso de refinado cuyo éxito no está preconcebido, por lo que el proceso se puede repetir tantas veces hasta que se obtiene el resultado óptimo.

3.5 Procesado proteolítico de proteínas mal plegadas. Solo las proteínas bien plegadas salen del RER, las proteínas mal plegadas o subunidades no ensambladas se transportan al citosol donde son degradadas en proteasomas. Las ubiquitinas se unen a la proteína mal plegada y funcionan para señalizar que algo debe ser destruido. 4. Retículo endoplasmático liso. Son cisternas de aspecto regular con presencia de múltiples vesículas dispares. Presentan forma tubular sin ribosomas asociados. Tienen una abundancia relativa en las células. Su función principal es la formación de lípidos como fosfolípidos, esfingomielinas, colesterol, hormonas esteroideas, lipoproteínas… En algunos tipos celulares específicos tiene funciones como el almacenaje de calcio (en especial en el músculo), la degradación de glucógeno (glucogenólisis), la solubilización de compuestos hidrofóbicos ya que como no se pueden eliminar por la orina, se realiza por el REL gracia al citocromo C-150 que actúa por oxidaciones sucesivas. Los lípidos solo se forman en la cara citoplasmática del REL, cambian de cara gracias a proteínas y enzimas como las flipasas y las escramblasas que favorecen el flip-flop de fosfolípidos específicos. Pasan a otras membranas mediante proteínas intercambiadoras de fosfolípidos. 4.1 Síntesis de fosfolípidos. Los ácidos grasos del acil CoA graso son estereficados por el lomo del glicerol fosforilazado formando ácido fosfatídico, cuyas cadenas largas hidrocarbonadas se anclan a la membrana. Una fosfatasa convierte el ácido fosfatídico en a diacilglicerol. Un grupo polar que forma la cabeza es transferido del CDP-colina al grupo hidroxil expuesto. Las proteínas flipasas catalizan el movimiento de los fosfolípidos de la cara citosólica. Las membranas ocasionalmente pueden unirse sin llegar a fundirse. En el espacio no habría agua y podría pasar un fosfolípido a la otra membrana. Al parecer las proteínas solubles transportadores de fosfolípidos no explican el tránsito local de lípidos entre membranas que no se fusionan. Hay que saber que el metabolismo de los lípidos está regulado mediante dos vías principales y que todas ellas surgen del acetil CoA. En la imagen vemos el modelo del control sensitivo del colesterol por la activación de SREBP. Una proteína SREBP regula la formación de triglicéridos y otra la de colesterol. Encontramos otro complejo denominado bHLH que regula los genes que forman el colesterol. Si encontramos la presencia de mucho colesterol las proteínas están más ancladas. La función del SREBP es que trocea el complejo bHLH y uno de estos fragmentos es soluble y es transportado al núcleo donde se une y profundiza la síntesis de colesterol. En el RE no ocurre

este procesamiento porque las proteínas están muy ancladas debido a la alta presencia de colesterol, aunque si bajan los niveles de colesterol sí que se da esta sucesión. En el aparato de Golgi este proceso es dependiente del grado de plegamiento. · Lipoproteínas: están formadas por apolipoproteínas (rodean la micela), fosfolípidos, colesterol y ester de colesterol (ubicación interna). El uso de lipoproteínas es un buen uso para el transporte de lípidos por el torrente sanguíneo y la linfa. Existe una micela de fosfolípidos, colesterol y ester de colesterol donde encontramos una o varias proteínas. Es sintetizado al plasma para que llegue hasta otra ubicación. El transporte intracelular es mediante vesículas. La función de la apolipoproteína no es solo estabilizadora, sino que también funciona como una señal de reconocimiento. Los tipos de lipoproteínas son: los quilomicrones (transporte del intestino al hígado), el LDL (colesterol malo según análisis) y el HDL (colesterol bueno). La importación y exportación de lípidos celulares se realiza mediante las lipoproteínas o ya bien mediante moléculas individuales a través de transportadores de membrana. 4.2 Almacenamiento intracelular de calcio. El calcio se almacena en el REL mediante una bomba calcio-ATPasa. El calcio se concentra en el interior del retículo por la presencia de proteínas con la calsecuestrina con aminoácidos ácidos. Cuando se necesita en el citoplasma el calcio sale por canales de calcio a favor de gradiente (receptor de radioninia es el canal de calcio en los músculos, receptores de inositol trifosfato en otras células…). La mayor parte del calcio entra en el citosol y viene del REL. 4.3 Detoxificación. El citocromo P450 oxidasa del REL les dota de color y es una familia proteica muy abundante. Las sustancias hidrofóbicas son oxidadas y se vuelven solubles en agua, son eliminadas finalmente por los riñones (sistema excretor). 4.4 Glucogenólisis. El glucógeno asociado al REL es degradado por la glucosa-6-fosfatasa, una proteína de membrana sitiada en el REL. En el citosol el glucógeno es degradado con enzimas y otras sustancias como la adrenalina. Las células que son capaces de almacenar glucógeno son los hepatocitos, las glías y el músculo. 1. Describe la morfología del retículo endoplasmático. ¿cuántos RE hay por célula? ¿con qué membranas es continua y con cuáles no? ¿Cómo se comunica con otras membranas de la célula? La morfología del retículo endoplasmático es la presencia de una cisternas continuas aplanadas que pueden tener o no ribosomas adheridos a su superficie. La configuración estructural permite un espacio entre las cisternas donde encontramos la presencia de una luz o lumen de unos 100 nanómetros. Las membranas tienen un grosor de 6.5 a 10 nanómetros. El sistema de endomembranas es continuo a la membrana nuclear, pero no con el aparato de Golgi. El retículo endoplasmático rugoso y el liso está conectados mediante sus membranas, el primero muestra cisternas irregulares y ribosomas adheridos y el segundo no presenta

ribosomas, pero sus cisternas son bastante uniformes. Para llegar a otras membranas celulares puede utilizar dos vías: una vía citosólica y otra mediante el retículo endoplasmático rugoso. Estas vías son señal dependiente y, por tanto, están bien controladas. 2. Enumera los orgánulos o compartimentos celulares cuyas proteínas se forman en polirribosomas libres del citosol y aquello que se forman en polirribosomas anclados al retículo endoplasmático. Los polirribosomas libres del citosol forman proteínas que pueden ser enviadas a los cloroplastos, a las mitocondrias, a los peroxisomas, para actuar como señales de localización nuclear o, ya bien, pueden permanecer en el citoplasma. Los polirribosomas anclados al retículo generan proteínas que pueden quedarse al retículo o mediante señales ser llevada al aparato de Golgi, la proteína puede permanecer aquí o ser llevada a los lisosomas, a la membrana plasmática o pueden ser secretadas. Para cada destino se necesita una señal dependiente exclusiva y necesaria. 3. Describe el mecanismo de traducción de una proteína de secreción típica. La proteína comienza a sintetizarse sin importar su final, cuando se llevan, aproximadamente, veinte aminoácidos hay una parada y se une una partícula SRP (reconocimiento de señal), que hará que se ancle al ribosoma y a la membrana del retículo endoplasmático rugoso. Se continúa la traducción hasta finalizarla donde después habrá un proceso de translocación llevado a cabo por proteínas translocadoras. Cuando ya se haya traducido la proteína esta será llevada al aparato de Golgi mediante una señal específica y de aquí podrá ser secretada mediante vesículas. En caso de que la señal sea defectuosa no se dará la parada en la traducción. 4. Describe el mecanismo de formación de las proteínas unidas a fosfatidil inositol. Estas proteínas no son de membrana, pero se forman de manera similar, pero se encuentras unidas a fosfatidil inositol. La proteína se forma y se queda anclada por la parte hidrofóbica a la membrana del RER con el extremo N-terminal en el lumen y cuyo C-terminal es muy corto y se encuentra en el citosol. El fosfatidil inositol está anclado a la membrana y la proteína corta el extremo y se transfiere uniéndose al NH3 del fosfatidil.

5. ¿Por qué las proteínas integrales de membrana que forman poros son siempre multipaso? Las proteínas multipasos se insertan por bucles. La señal se ancla a la proteína y comienza a sintetizarse hasta que se ancla a la membrana y continúa sintetizándose en citosol. Tiene una característica especial y es que la orientación se mantiene durante el transporte y que la presencia de varias α hélice transmembrana funciona como una secuencia interna de señal-anclaje o de paro-anclaje dependiendo de su localización. En conjunto, se forma una estructura que

forma un hueco entre las diferentes hélices permitiendo el paso. En otras ocasiones, se utilizan proteínas en hoja β que presentan grupos alifáticos y aromáticos que interaccionan con los fosfolípidos de membrana. El interior que se forma es hidrofílico que permite el paso de algunas moléculas e iones. 6. Pasar una proteína formada completamente en el citosol al interior del retículo endoplasmático usando un mecanismo de translocación post-traduccional es muy desfavorable energéticamente. Además, la proteína se plegaría en el citosol y no podría atravesar la membrana. Explica cómo puede hacerse y cuáles son las fuerzas que posibilitan la translocación. La proteína se sintetiza en el c itoplasma de la célula y tanto aquí como en el lumen encontramos la presencia de otras proteínas que se denominan chaperonas. Estas se anclan a la proteína y mediante gasto de ATP la pliega y estas se van soltando por el mismo orden en el que se ha formado. Dentro encontramos más carabinas moleculares que haría que la proteína renaciera, es decir, la proteína pasa por el protocolo de plegamiento otra vez y de esta forma la proteína ha sido capaz de pasar por la membrana y recuperar su estructura. 7. Describe la formación de los oligosacáridos N-ligados en el retículo endoplasmático rugoso. Los oligosacáridos N-ligados no se forman directamente sobre la proteína sino que se realiza mediante la intervención de un lípido especial denominado dolicol y de la glucosil transferasa que encontramos en el lumen del RER. Primero, encontramos el dolicol fosfato en el citosol y a este se le unen otro fosfato y dos N-acetilglucosaminas. En este momento se une un total de cinco manosas y se produce un flip-flop que hará que el compuesto oligomérico pase a la cara de la membrana de la luz del RER. Se le une ahora cuatro manosas más y, para que finalice la formación del precursor, se le añaden tres moléculas de glucosa. Aquí ya en el interior del lumen se irán retirando las glucosas mediante un mecanismo que controla si la proteína está bien plegada. En caso de que no lo esté habrá una interconversión continua entre la última glucosa. Esta se añadirá y se quitará hasta que el plegamiento sea correcto. 8. Enumera los procesados post-traduccionales que sufren las proteínas de secreción en el interior del retículo rugoso. · El inicio de la formación de oligosacáridos N-ligados que continuará en el aparato de Golgi. Se realiza mediante la intervención de dolicol, glucosil transferasas, adición de manosas y glucosas. (Mirar pregunta número 7) · La formación de diversos puentes disulfuro por la transferencia de electrones. · L...