RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO

SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS

El sistema de endomembranas está constituido por el retículo endoplasmático, aparato de Golgi y los lisosomas, clásicamente. En la actualidad se incluye también otro orgánulo que son los endosomas.

Se caracteriza por ser un sistema de cisternas, túbulos y vesículas limitados por una unidad de membrana de Roberson y que intervienen en la síntesis y maduración de las proteínas y glúcidos y las dirigen a sus lugares correspondientes. Es una parte de los sistemas de secreción de la célula y del sistema de digestión intracelular.

Supone una ventaja para la célula eucariota (no existe en células procariotas) porque representa una serie de compartimentos celulares donde tiene lugar una serie de actividades celulares.

Todos los compartimentos hacen la distribución de proteínas, glúcidos y lípidos a sus lugares correspondientes.

La síntesis de proteínas se lleva a cabo en el retículo endoplasmático, estas proteínas pasan al aparato de Golgi y se modifican y desde el aparato de Golgi esas proteínas son distribuidas, por un lado pueden ir a los endosomas o a los lisosomas o pueden ir también a las vesículas de secreción.

RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO

-          Concepto:

El retículo endoplasmático es un orgánulo que se organiza como túbulos, cisternas y vesículas que están limitadas por una unidad de membrana de Roberson.

Tiene una distribución muy amplia por todo el citoplasma. Es el orgánulo más grande de prácticamente todas las células.

Su superficie de membrana puede representar alrededor de la mitad de todas las membranas de la célula. La luz que queda dentro de esas membranas puede representar alrededor del 10% de todo el volumen celular.

Dentro del retículo endoplasmático se distinguen dos tipos: retículo endoplasmático rugosos (RER) y retículo endoplasmático liso (REL), según presenten en su superifice ribosomas o no.

El RER suele presentar continuidad con la envuelta nuclear que participa en el procesamiento de proteínas y es muy abundante en las células plasmáticas, en los hepatocitos (células del hígado).

El RER presenta una localización más amplia que el REL

La localización del REL es má variable y está implicado en el metabolismo de lípidos.

Es abundante en células que sintetizan hormonas esteroideas.

-          Historia:

En el siglo XIX Heidenheim y Plüger vieron dentro de la célula unos grumos que se teñían con el colorante de Nissl. Con este colorante veían unos cuerpos de color azul-violeta y los denominaron cuerpos de Nissl o sustancia tigroide debido a su aspecto.

Posteriormente y en ese mismo siglo Garnier a esos cuerpos los denomina Ergastoplasma porque propone que está relacionado con la digestión intracelular, la cual sabemos hoy que es algo erróneo.

La descripción del retículo endoplasmático a microscopía electrónica se llevó a cabo en 1952 por Porter y Palade, además hicieron ensayos de marcar diferentes componentes del retículo endoplasmático para saber hacia donde se dirigían los productos que sintetizaban en el retículo endoplasmático.

Ellos vieron la continuidad que había entre el retículo endoplasmático y el complejo de Golgi y cómo el complejo de Golgi era el orgánulo dónde iban los productos sintetizados por el retículo endoplasmático.

En 1971 Sabatini y Blobel describen la “hipótesis del péptido señal” como base para explicar la síntesis de proteínas dirigida hacia el interior del retículo endoplasmático rugosos que es la base de todas las funciones de las endomembranas.

-          Estructura y ultraestructura:

A microscopía óptica lo único que se ve dentro del citoplasma son unos grumos teñidos con la técnica de Nissl.

La microscopía electrónica nos da una información de cómo es el retículo endoplasmático rugoso y el retículo endoplasmático liso.

Los dos retículos están constituidos por una unidad de membrana de Roberson que tiene un espesor de 5 nm y deja una luz interior de aproximadamente 30-50 nm por término medio. En ocasiones ese espacio puede tener hasta 300 nm, en pacientes que presentan mielomas por dentro del retículo endoplasmático de las células plasmáticas aparecen inclusiones cristalinas (cuerpos de Russell).

Esas membranas van a tener dos caras, una que está en contacto con e citoplasma (cara citoplásmica) y otra que mira hacia el interior (cara luminal o exoplásmica). Esa cara exoplásmica sería similar a la cara externa de la membrana plasmática.

El retículo endoplasmático rugosos y el liso aparecen de formas diferentes a microscopía electrónica.

El RER aparece como unas cisternas aplanadas y en la membrana tienen pegados los ribosomas.

El REL aparece como un sistema de túbulos, son estructuras más redondeadas y no presentan ribosomas adheridos a su pared.

En los hepatocitos, 2/3 de todo el retículo endoplasmático de la célula es RER y 1/3 es REL.

En las células plasmáticas el 95% de todo el retículo endoplasmático de la célula es RER.

En las células de Leydig (células que se encuentran en el testículo y secretan hormonas esteroideas) el 95% de todo el retículo endoplasmático de la célula es REL.

Dependiendo del estado funcional de la célula se encuentran más retículos endoplasmáticos rugosos o lisos o al contrario.

Retículo sarcoplásmico: es un retículo endoplasmático que almacena calcio que es necesario para realizar la contracción muscular.

-          Composición química:

a)        Membranas: 30% de lípidos y 70% de proteínas. Los lípidos tienen las colas más cortas porque tienen dobles enlaces, tienen instauraciones que hacen que su longitud sea menor. Además también tienen pocas trazas de colesterol y poca esfingomielina, que hace que las membranas sean más fluidas. Son asimétricas y así la Fosfatidilserina y Fosfatidiletanolamina son más abundantes en la cara citoplasmática mientras que lo fosfatidilcolina y la esfingomielina se encuentran en la cara luminal. En cuanto a las proteínas son muy abundantes los citocromos (cit. P 450) y también son abundantes las enzimas (NADH-reductasa). Esas proteínas que se encuentran son diferentes en el RER y en el REL. El RER va a tener unas proteínas determinadas.

b)        Luz:

lisos o al contrario.

Retículo sarcoplásmico: es un retículo endoplasmático que almacena calcio que es necesario para realizar la contracción muscular.

-          Composición química:

a)        Membranas: 30% de lípidos y 70% de proteínas. Los lípidos tienen las colas más cortas porque tienen dobles enlaces, tienen instauraciones que hacen que su longitud sea menor. Además también tienen pocas trazas de colesterol y poca esfingomielina, que hace que las membranas sean más fluidas. Son asimétricas y así la Fosfatidilserina y Fosfatidiletanolamina son más abundantes en la cara citoplasmática mientras que lo fosfatidilcolina y la esfingomielina se encuentran en la cara luminal. En cuanto a las proteínas son muy abundantes los citocromos (cit. P 450) y también son abundantes las enzimas (NADH-reductasa). Esas proteínas que se encuentran son diferentes en el RER y en el REL. El RER va a tener unas proteínas determinadas.

b)        Luz:

1 – RER: son abundantes las proteínaQs que se han sintetizado y todas aquellas enzimas relacionadas con el procesamiento de esas proteínas.

2 – REL: aparecen enzimas relacionadas con el metabolismo de lípidos, con la síntesis de moléculas lipídicas.

-          Funciones:

a)        Funciones estructurales: El retículo endoplasmático constituye un sistema de membranas que interacciona con los componentes del citoesqueleto interviniendo como un andamiaje intracelular.

b)        Funciones morfogénicas: A partir del retículo endoplasmático se va a formar el complejo de Golgi, los lisosomas, la envuelta nuclear y también interviene en la formación de las plaquetas (se forman a partir de una célula denominada megacariocito).

c)        Funciones metabólicas: La síntesis de proteínas y de lípidos y su exportación las dirige hacia otros lugares (aparato de Golgi y membrana plasmática) tanto proteínas como lípidos y además el REL interviene en procesos de detoxificación.

SÍNTESIS DE PROTEÍNAS ASOCIADA AL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO

Las proteínas se sintetizan a partir de los ribosomas que se encuentran libres en el citoplasma. Las proteínas que se van al núcleo, a las mitocondrias, cloroplastos y peroxisomas tiene lugar su síntesis en el citoplasma. Pero hay otras proteínas que se sintetizan asociadas  a las membranas del retículo endoplasmático por ribosomas y que van al retículo endoplasmático, membrana plasmática, vesículas de secreción y lisosomas.

Las proteínas tienen que pasar de las vesículas al RE y se pueden dar dos casos:

-          Que la proteína pase al RE cuando se está sintetizando; en este caso se habla de una translocación contraduccional (se lleva a cabo en células eucariotas y en levaduras), a la vez que se está traduciendo la proteína.

-          Hay otros casos en los que la proteína sólo puede traducirse una vez que se ha sintetizado la proteína, proceso denomina translocación postraduccional (la llevan a cabo levaduras).

TRANSLOCACIÓN CONTRADUCCIONAL

PROTEÍNAS SOLUBLES

           

La síntesis de proteínas se inicia en ribosomas que están libres en el citoplasma. Esa proteína lleva un péptido señal (secuencia de 20 aminoácidos) que le induce a pasar al RE. Si se está sintetizando una proteína que lleva un péptido señal, ese péptido señal es reconocido por una partícula (PRS = partícula de reconocimiento de la señal; es un complejo formado por seis aminoácidos y un ARN de 7s denominado ARN-7SL. El PRS reconoce al péptido señal.

Los ribosomas sólo están pegados a las membranas del RE cuando están sintetizando una proteína. El receptor del PRS se denomina riboforina que reconoce la PRS y el ribosoma queda pegado a la membrana del RE, el receptor del PRS lleva asociado un complejo de translocación (Sec 61), compuesto por un canal por donde se va a producir la translocación de la proteína. Pasa el péptido señal y el resto de la proteína al interior del RE. Asociada al complejo de translocación hay una proteína denominada peptidasa señal, que corta el péptido señal y el este péptido queda en la membrana. Una vez que termina la síntesis, el ribosoma se suelta de la membrana del RE y la proteína sintetizada queda en el lumen del RE.

PROTEÍNAS TRANSMEMBRANA

Se pueden dar tres casos posibles:

-          Se inicia la translocación como en el caso de las proteínas solubles, pero en un momento se sintetiza una secuencia de aminoácidos dentro de la proteína que indica que se destruya la translocación, cuando aparece esa secuencia la proteína continúa sintetizándose en el citosol. El péptido señal es cortado por la peptidasa señal y la aparición de una secuencia de terminación hace que el canal de translocación se cierre y se separe la proteína del complejo Sec 61. La proteína queda anclada dentro de la membrana del RE con el extremo amino en el interior y el extremo carboxilo en el exterior.

-          En ocasiones el péptido señal es interno, se encuentra dentro de la secuencia proteica, no está en el extremo de la proteína. Cuando aparece el péptido señal comienza la translocación. Quedando el extremo amino en el exterior (citosol) y el extremo carboxilo en la parte interna del RE. En este caso el péptido señal no se corta. Es la proporción que se ancla a la membrana del RE.

-          El péptido señal es interno, cuando se inicia la translocación lo que se transloca es la parte de la proteína ya sintetizada, lo anterior al péptido señal. Continúa la transducción quedando el extremo carboxilo de la proteína en el exterior y el extremo amino en el interior del RE. Tampoco hay escisión del péptido señal.

PROTEÍNAS TRANSMEMBRANA MULTIPASO

En este caso hay una combinación entre el péptido señal y la señal de detención de la transferencia, anclándose ambos elementos a la membrana del RE. Si aparece un segundo péptido señal u otra señal de detención de la transferencia de producen varios anclajes.

TRANSLOCACIÓN POSTRADUCCIONAL

           

La proteína se sintetiza asociada a ribosomas libres del citoplasma y una vez que está sintetizada, ésta pasa al interior del RE. La proteína no puede pasar al lumen del RE si está plegada. Según se sintetiza la proteína se una chaperona evitando el plegamiento de la proteína. Las proteínas que pasan al RE por translocación postraduccional se supone que llevan también una señal que indica que deben pasar al RE peor aún se desconoce esa señal. La proteína se pega al complejo de translocación que hay en la membrana del RE, constituido por el Sec 61 y el Sec 62/63 unidos entre sí y la proteína pasa en suforma desplegada hacia el interior del RE. Se supone que la mayor parte de las proteínas que pasan por este sistema son proteínas solubles. Dentro del RE esas proteínas sufren ciertas modificaciones.

PLEGAMIENTO Y PROCESAMIENTO DE LAS PROTEÍNAS EN EL RER

Primero se tiene que plegar según su conformación tridimensional. Ese plegamiento de las proteínas dentro del RE se lleva a cabo con la ayuda de chaperonas. La chaperona BIP normalmente va asociada al complejo de translocación, es el caso de la translocación postraduccional parece que es imprescindible esa chaperona BIP para que se produzca el correcto plegamiento de las proteínas. En un principio mantiene desplegada la cadena hasta que se sintetiza totalmente la proteína y no se pliegue. Una vez que se ha sintetizado toda la proteína, van a actuar otras chaperonas, entre las que destaca la calnexina y la calrreticulina que intervienen en el correcto plegamiento de la proteína en el lumen del RE. 

Para el plegamiento y ensamblaje correcto de la proteína tienen que formarse puentes disulfuro, que se forman entre las cadenas laterales de cisteína. La formación de los puentes disulfuro se hace por una enzima denominada disulfuro isomerasa. Hay muchas proteínas que son glucoproteínas que llevan restos glucídicos pegados a la cadena proteica. La unión del glúcido a la proteína se denomina glucosilación, que puede ser de dos tipos:

-          N-glucosilación: cuando se une el resto glucídico a la proteína a un grupo NH- de un aminoácido de la proteína.

-          O-glucosilación: cuando se une el resto glucídico al extremo hidroxilo de un aminoácido.

En el RE se inicia la N-glucosilación que después va a continuar en el complejo de Golgi. La O-glucosilación tiene lugar exclusivamente en el complejo de Golgi.

Inicio de la N-glucosilación: se necesita una proteína y un resto glucídico. El resto glucídico está anclado a la membrana del RE por una molécula que es el dolicol (es un compuesto lipídico). Siempre lleva restos de N-acetilglucosamina, manosa y glucosa en el inicio de la N-glucosilación y esos restos glucídicos se unen al dolicol en la cara citoplasmática de la membrana del RE, el dolicol por las flipasas hace un movimiento de flic-floc y los restos glucídicos pasan al interior del RE.

Cuando se une el glúcido a la proteína siempre lo hace por el extremo NH2- de la asparragina, ese proceso se realiza en un solo paso y la enzima que lo lleva a cabo es la oligosacaril transferasa que se encuentra en la membrana del RE.

-          O-glucosilación: cuando se une el resto glucídico al extremo hidroxilo de un aminoácido.

En el RE se inicia la N-glucosilación que después va a continuar en el complejo de Golgi. La O-glucosilación tiene lugar exclusivamente en el complejo de Golgi.

Inicio de la N-glucosilación: se necesita una proteína y un resto glucídico. El resto glucídico está anclado a la membrana del RE por una molécula que es el dolicol (es un compuesto lipídico). Siempre lleva restos de N-acetilglucosamina, manosa y glucosa en el inicio de la N-glucosilación y esos restos glucídicos se unen al dolicol en la cara citoplasmática de la membrana del RE, el dolicol por las flipasas hace un movimiento de flic-floc y los restos glucídicos pasan al interior del RE.

Cuando se une el glúcido a la proteína siempre lo hace por el extremo NH2- de la asparragina, ese proceso se realiza en un solo paso y la enzima que lo lleva a cabo es la oligosacaril transferasa que se encuentra en la membrana del RE.

Dentro del RE la parte glucídica se va transformando, se pierden los restos de glucosa y algunos de manosa porque se inicia un procesamiento de ese resto glucídico, de esa forma pasa al complejo de Golgi.

Algunas proteínas también se van a anclar a un glucolípido en el RER, ese glucolípido es el glucosilfosfatidilinositol (GFI). El extremo carboxilo se une a los restos glucídicos.

La proteína queda en el lumen del RE y cuando pase a la membrana va a quedar en la cara externa de la membrana.

SÍNTESIS DE LÍPIDOS QUE TIENE LUGAR EN EL REL

Los lípidos se sintetizan asociados a las membranas del REL y van a ser transportados a sus destinos finales.

Los fosfolípidos se sintetizan asociados a la parte citoplasmática de la membrana del RE y la mayor parte de ello derivan del glicerol. El glicerol se encuentra unido a la membrana del RE en la cara citosólica y se van a ir uniendo los ácidos grasos, que se transfieren a través de transportadores de Coenzima A, sufren unas transformaciones, se unen los grupos polares de cabeza para dar lugar a los distintos tipos de fosfolípidos, siempre asociados a la parte citosólica de la membrana del RE.

A través de las flipasas, por movimientos de flig-flog, esos nuevos fosfolípidos sintetizados pasan a la otra cara, a la cara interna, del REL.

Dentro de la membrana, por vesículas pasan al complejo de Golgi y a vesículas o hacia la membrana.

No sólo se sintetizan los fosfolípidos sino también el colesterol y la esfingomielina en la cara citosólica y por las flipasas pasa a la cara interna del RE.

Pero los lípidos que se necesitan en las membranas de las mitocondrias y de los peroxisomas no se transportan a través de las vesículas. Esos lípidos tienen que pasar desde donde se sintetizan a las membranas de las mitocondrias y de los peroxisomas, pero no a través de vesículas sino que se lleva a cabo a través de proteínas transportadores de fosfolípidos.

El fosfolípido está en la cara citosólica y no pasa a la membrana luminar del RE.

Esa proteína se une al fosfolípido que queda libre en el citoplasma y eso proteína lleva el fosfolípido y lo inserta en las membranas de las mitocondrias y esa proteína vuelve a quedar libre dentro del citoplasma.

TRANSPORTE DE PROTEÍNAS Y LÍPIDOS

No sólo se sintetizan los fosfolípidos sino también el colesterol y la esfingomielina en la cara citosólica y por las flipasas pasa a la cara interna del RE.

Pero los lípidos que se necesitan en las membranas de las mitocondrias y de los peroxisomas no se transportan a través de las vesículas. Esos lípidos tienen que pasar desde donde se sintetizan a las membranas de las mitocondrias y de los peroxisomas, pero no a través de vesículas sino que se lleva a cabo a través de proteínas transportadores de fosfolípidos.

El fosfolípido está en la cara citosólica y no pasa a la membrana luminar del RE.

Esa proteína se une al fosfolípido que queda libre en el citoplasma y eso proteína lleva el fosfolípido y lo inserta en las membranas de las mitocondrias y esa proteína vuelve a quedar libre dentro del citoplasma.

TRANSPORTE DE PROTEÍNAS Y LÍPIDOS

El RE va a empaquetar las proteínas y los lípidos sintetizados y los transporta hacia otros compartimentos celulares.

Desde el RE se van a formar vesículas cargadas de los productos que se han sintetizado en el RE, esas vesículas van cargadas con proteínas y en las membranas llevarán también proteínas.

Se forman vesículas por defecto, todo lo que se forma sale del RE.

Pero algunas proteínas son exclusivas del RE y parece que llevan incorporadas una señal de que tienen que volver al RE, ese indicador son restos de aminoácidos.

Las proteínas solubles que tienen que quedar en el RE llevan una secuencia de cuatro aminoácidos, denominada secuencia KDEL y es un indicador de que esas proteínas solubles tienen que quedar en el lumen.

En el caso de proteínas transmembrana llevan otra secuencia denominada KKXX.

Que también indica que esa proteína tiene que volver al RE.

Esas vesículas formadas van al complejo de Golgi, pero van a un compartimento intermedio denominado CIREG (Compartimiento Interno Retículo Endoplasmático Golgi) o también se denomina la red cis del Golgi.

PROCESOS DE DETOXIFICACIÓN (ELIMINACIÓN DE TÓXICOS)

compartimentos celulares.

Desde el RE se van a formar vesículas cargadas de los productos que se han sintetizado en el RE, esas vesículas van cargadas con proteínas y en las membranas llevarán también proteínas.

Se forman vesículas por defecto, todo lo que se forma sale del RE.

Pero algunas proteínas son exclusivas del RE y parece que llevan incorporadas una señal de que tienen que volver al RE, ese indicador son restos de aminoácidos.

Las proteínas solubles que tienen que quedar en el RE llevan una secuencia de cuatro aminoácidos, denominada secuencia KDEL y es un indicador de que esas proteínas solubles tienen que quedar en el lumen.

En el caso de proteínas transmembrana llevan otra secuencia denominada KKXX.

Que también indica que esa proteína tiene que volver al RE.

Esas vesículas formadas van al complejo de Golgi, pero van a un compartimento intermedio denominado CIREG (Compartimiento Interno Retículo Endoplasmático Golgi) o también se denomina la red cis del Golgi.

PROCESOS DE DETOXIFICACIÓN (ELIMINACIÓN DE TÓXICOS)

EL ORIGEN DEL RE: ONTOGENÉTICO Y FILOGENÉTICO

    Origen ontogenético: cuando una célula se divide, el contenido del RE se divide entre las dos células hijas.

    Origen filogenético: las células procariotas no tienen membranas en su interior. Se supone que una célula procariota se creó el RE. Había determinadas acciones enzimáticas que estaban unidas a determinadas porciones de membrana plasmática y esa membrana se invaginó hasta que se fueron separando y originaron un compartimiento en el interior de la célula que llevaba asociado reacciones enzimáticas particulares.

El REL contiene enzimas que metabolizan compuestos no solubles.

Estas enzimas inactivan un importante número de drogas que potencialmente son nocivas (barbitúricos, etanol, insecticidas, herbicida, conservantes, medicamentos, etc).

El REL convierte todos esos tóxicos en productos hidrosolubles que pueden eliminarse a través de la orina.

La degradación de esos productos se lleva a cabo en el REL de las células del riñón, hígado, intestino, piel, páncreas y pulmones.

El REL cuando hay exceso de un tóxico lo que hace es aumentar el contenido de REL, se produce una hiperplasia del REL.

Las principales enzimas son oxigenasas, es la reacción de detoxificación más importante que lleva a cabo el REL, también interviene el Citocromo P450 que también es una oxigenasa.

CONFIGURACIONES ESPECIALES DEL RE

    Retículo sarcoplásmico o sarcoplasmático: es un tipo especial de RE que aparece exclusivamente en las células musculares y está especializado en el almacenamiento de calcio necesario para que esas células lleven a cabo su función de contracción muscular.

    Cisternas hipolémicas: es una cisterna del retículo endoplasmático que se sitúa cerca de la membrana plasmática. Se sitúa en zonas de las neuronas donde hay un contacto sináptico. Esas cisternas también sirven como almacén de calcio y proteínas que intervienen en la sinapsis, en la comunicación de una neurona con otra.

    Laminillas espirales: son cisternas del REL dispuestas de forma concéntrica, estas laminillas espirales aparecen en algunas patologías en células que tienen mucho REL o después de la administración de fármacos.