TEMA 8- El Retculo Endoplsmico y la Ruta SecretoraPrincipales compartimentos intracelulares de una clula animal :

1. LAS PROTENAS INGRESAN EN LOS ORGNULOS POR MEDIO DE TRES MECANISMOS : - La sntesis de casi todas las protenas de la clula comienza en los ribosomas del citosol. Las excepciones son las escasas protenas de las mitocondrias y de los cloroplastos. - El destino de cualquier protena sintetizada depende de su secuencia de aminocidos, que puede contener una seal de distribucin que dirige a la protena hacia el orgnulo en el que se la requiere. Las protenas que carecen de esa seal se quedan en el citosol. Mapa de carreteras del transporte de protenas en la clula: 1. Las protenas que se desplazan desde el citosol al ncleo; se transportan a travs de los poros nucleares. 2. Las protenas que se desplazan desde el citosol hacia el RE, las mitocondrias, los cloroplastos o los peroxisomas; atraviesan la membrana del orgnulo mediante protenas translocadoras. Se sintetizan en los ribosomas libres en el citosol.3. Las protenas que se desplazan desde el RE (por lo tanto se sintetizan en los ribosomas unidos al RER) hacia un compartimento del sistema de endomembranas (RE, Golgi, lisosomas, m.plasmtica), se transportan por vesculas de transporte.

La cara del lumen del Golgi o del Retculo es igual a la topologa de la cara exterior de la clula; Y el citosol es igual en todo.

Dos rutas de distribucin de protenas: -Las protenas sintetizadas viajan por la clula hasta su destino. Este destino se encuentra marcado por seales (algunas en las protenas y otras en los orgnulos). La secuencia seal (la +importante) determina si la protena entra en la ruta secretora o no. Si hay secuencia seal slo va a la ruta secretora. Si no hay secuencia seal la sntesis se completar en los lisosomas libres e ir a mitocondrias, cloroplastos, peroxisomas, citosol y ncleo.

Tipos de seales de localizacin: +Lineales: Corresponden a una sola porcin de la secuencia de a. En el extremo N-terminal. Se leen con la protena desplegada En la RUTA SECRETORA+Zonales (o tridimensionales): Varias porciones/secuencias de a. Se leen con la protena plegadaAl NCLEO

La ruta secretora se ha estudiado con mutantes deficientes en secrecin: -En una clula normal: las protenas se sintetizan en el RE Golgi vesculas exterior -En las clulas mutantes, dependiendo de la T, la ruta secretora funciona normal o se detiene en algn orgnulo. En mutantes: se produce un atasco (en el Golgi o en las vesculas) NOBEL

Dnde se sintetizan las protenas? Los ribosomas son los orgnulos encargados de la sntesis de protenas. Dichos ribosomas se encuentran en 2sitios: o Ribosomas libres en el citosol: las protenas sintetizadas en los ribosomas libres permanecen en el citosol o son transportadas al ncleo, cloroplastos, mitocondrias o peroxisomas. (no ruta secretora). Se liberan al citosol una vez traducidas.

o Ribosomas unidos a la membrana del RE: estas protenas se translocan directamente al interior del RE mientras se estn traduciendo. Contina la traduccin y Plegamiento y procesamiento de las protenas por las chaperonas Formacin de puentes disulfuro por disulfuro isomerasas Primera parte de la glicosilacinDespus de esto, pueden ser retenidas en el RE o transportadas al aparato de Golgi (nuevamente procesadas), y de ah a los lisosomas, a la membrana plasmtica, o al exterior celular mediante vesculas de secrecin.

Las que se sintetizan en los ribosomas del RERTraslocacin cotraduccional (mamferos y levaduras): traslocadas al RE durante su sntesis en los ribosomas unidos a la membrana. Traslocacin postraduccional (levaduras): traslocadas al RE una vez se ha completado la traduccin en los ribosomas del citosol.

2. EL RETCULO ENDOPLASMTICO LISO Y RUGOSO - El retculo endoplasmtico (RE) es una red de tbulos y sacos (cisternas) rodeados de membrana que se extienden desde la envoltura nuclear (en contacto) por todo el citoplasma. - Su membrana es la mitad de todas las membranas de la clula juntas. - Su espacio encerrado (luz o lumen) es un 10% de todo el volumen celular. - Hay 2tipos de RE que realizan =/=funciones: REL/ SEL: no est asociado con ribosomas, est implicado en el metabolismo de lpidos (en vez de protenas). Es muy extenso en clulas como hepatocitos, clulas renales y el msculo. Funciones: --Reservorio de Ca2+. La clula esconde el calcio en el interior del retculo, por eso el nivel de Ca2+ es tan bajo en el citosol. El calcio es un ion sealizador que interviene en muchas respuestas celulares como la contraccin muscular. --Biosntesis de lpidos de membrana. --Desintoxicacin de xenobiticos (frmacos, carcingenos)

RER: Tiene ribosomas asociados a su membrana, los cuales llevan a cabo la sntesis de protenas.LA RUTA SECRETORA Y EL RER: -George Palade: realiz trabajos pioneros sobre la ruta secretora, defini las etapas de la ruta secretora. Tom clulas pancreticas, marc protenas con radiactivos y pudo detectarlas usando una placa de Ag+. As defini la ruta: REGolgiVesculas de secrecinExterior

Esto llev a preguntarse qu diferencia haba entre los ribosomas libres y los adosados al RER? - Los cientficos no se explicaban por qu las protenas podan ser sintetizadas en el citosol o en la membrana del RE. - Mediante experimentos, se determin que los ribosomas libres y los unidos al RER son funcionalmente indistinguibles, y toda la sntesis proteica se inicia en los ribosomas libres en el citosol.

*Si realizamos una centrifugacin en gradiente de densidad, las clulas se rompen y el RE se fragmenta en pequeas vesculas denominadas microsomas. Los microsomas del RER tienen mayor densidad debido a la gran cantidad de ARN en los ribosomas.

El mismo POOL de ribosomas sintetiza todas las protena celulares.

- Se formul la hiptesis de la seal: propone que una secuencia N-terminal marca y dirige la cadena polipeptdica a los microsomas*

-Las protenas pueden ser translocadas al RE durante su sntesis en los ribosomas unidos a la membrana (translocacin cotraduccional) una vez que la traduccin se ha completado en los ribosomas libres en el citosol (postraduccional).

VA COTRADUCCIONAL: - El mecanismo por el que las protenas secretadas son dirigidas al RE durante su traduccin (va cotraduccional) se conoce bien actualmente. Todo el proceso est regulado por la hidrlisis de GTP. Proceso: 1. A medida emerge del ribosoma, la secuencia seal es reconocida y unida a una partcula de reconocimiento de la seal SRP (Signal Reconigtion Particle). Y se detiene la elongacin de la protena. 2. La SRP acompaa al complejo hasta la membrana del RE, donde se une a su receptor de la SPR. Esto facilita la colocacin del ribosoma en el traslocn. 3. La SPR se libera.Y la secuencia seal se inserta en un canal de la membrana. 4. La secuencia seal abre el traslocn. Se reanuda la traduccin, y la cadena polipeptdica en crecimiento es translocada a travs de la membrana. 5. La secuencia seal es cortada por la peptidasa e impide que la protena salga del retculo.De esta manera la transferencia de la protena es unidireccional.

Una vez en el RE -> la protena se pliega: -formacin de puentes disulfuro (no suelen formarse en el citosol pues hay un ambiente reductor que mantiene la cistena en su estado reducido), formacin favorecida por la enzima disulfuro isomerasa. -La chaperona molecular BiP se une a las cadenas polipeptdicas cuando atraviesan la membrana del RE y favorece el plegamiento. -Si la protena se ha plegado mal -> se degrada.

Caractersticas de la SECUENCIA SEAL: Suele tener 3 partes. Las secuencias seal son pequeos segmentos que estn formados por unos 20 a, habitualmente en el extremo N-terminal de la cadena polipeptdica.

N-terminal H- es la regin central (hidrofbica) C-terminal

La seal es reconocida por la Partcula de Reconocimiento de la Seal SPR

-Cotraduccional la protena se lleva al retculo mientras se est sintetizando. Hay ribosoma- En el caso de la translocacin postraduccional Las protenas se sintetizan completamente en los ribosomas libres del citosol y despus se translocan; PERO la incorporacin de las protenas al RE no requiere PRS. En su lugar, sus secuencias seal son reconocidas por protenas receptoras (el complejo Sec 62/63) asociadas al translocn. Se requieren **chaperonas citoslicas (Hsp 70) para mantener la conformacin primaria de las protenas y as podrn penetrar en el translocn. ** Y otra chaperona BIP que se une a la protena, va tirando y metindola a travs del canal hasta el interior. No hay ribosoma

Sntesis de fosfolpidos, en la cara citoslica del REEnzimas que catalizan el plegamiento proteico 1. Protena disulfuro-isomerasa: cataliza la formacin de puentes disulfuro en las protenas que tienen mltiples residuos de cistena. Que se formen o no puentes disulfuro (enlace covalente) depende de la cantidad de GSH y GS-SG de manera que si hay mucho GSH no se forman. reducido oxidado

Esta catlisis est mediada por un dador de e- que existe en su forma reducida (GSH) y en su forma oxidada (GSSG): en el citosol (ambiente reductor) predomina la forma reducida, y as no se pueden formar los puentes disulfuro. En el interior del RE s se forman los puentes disulfuro. Esto explica porqu las protenas de la ruta secretora tienen S-S y porqu dichos puentes slo estn en la cara externa.

-protena recin sintetizada. -La PDI Protein Disulfuro Isomerasa interacciona con la protena y un S de la PDI ataca al de la protena. -La PDI se queda reducida y la protena con puentes disulfuro S-S-Para que la PDI vuelva a estar reducida, la protena Ero1 (oxidada) lo permite.

2. Isomerizacion Cis-Trans de la prolina: cataliza la isomerizacin de las configuraciones cis-trans de los enlaces peptdicos [en los que interviene la prolina], que podra representar un paso limitante del plegamiento de protenas. Esta reaccin es catalizada por la peptidil-prolil-isomerasa (facilita la rotacin).

BiP Otras chaperonas Disulfuro isomerasa Gran n de prot. asociadasCONTROL DE CALIDAD EN EL RE implicaEl control de calidad es el encargado de : 1) Roturas proteolticas especficas 2) Adicin y procesamiento de oligosacridos.3) Correcto plegamiento ("folding").4) Formacin de puentes disulfuro (S-S).5) Ensamblado de protenas multimricas Controla que todas las protenas se plieguen y as adquieran su capacidad funcional

Plegamiento de una protena tras su sntesis Las protenas pueden seguir distintos caminos: - Un tercio de las protenas pueden plegarse con poca o sin ayuda. Correctas -Otro tercio slo se pliegan con ayudan de Chaperonas (protenas que facilitan el plegamiento de otras protenas). Correctas-Otro tercio de las protenas no pasan el control de calidad (se encuentran mal plegadas) y son llevadas a una especie de trituradora llamada proteasoma.

- La chaperona +importante del RE es la chaperona BiP (Binding Protein)de la familia de las chaperonas Hsp70. Actan hidrolizando ATP. Su principal funcin es mantener la protena desplegada mientras est siendo sintetizada en el ribosoma.

La chaperona BiP se une a la cadena polipeptdica sin plegar cuando cruza la membrana, y despus (en el interior del RE) media el plegamiento y el ensamblaje.

- Adems de actuar como chaperona, BiP juega un papel central como sensor del estado del plegamiento proteico en el interior celular. Si se acumula un exceso de protenas sin plegar, la sealizacin va BiP inicia un proceso conocido como la respuesta a protenas no plegadas. (lo estudiamos luego)

-Tmbn lectinas: Protenas que se unen especficamente a azcares especficos calnexina y calreticulina. - Otro ej.de plegamiento de protenas est representado por los anticuerpos (son inmunoglobulinas), la protena BiP ensambla los anticuerpos hasta que contienen 2cadenas ligeras y 2pesadas de forma adecuada. Y slo los tetrmeros bien constituidos pueden salir control de calidad completo

- Protenas: -Se pliegan GOLGI -No se pliegan Proteasoma (trituradora de protenas)

Qu pasa si una protena est mal plegada? - La calreticulina reconoce las glicoprotenas mal plegadas. Conforme la protena se va plegando, se van cortando glucosas: 1 se escinden glucosas de la glicoprotena para facilitar su unin con la calreticulina y su correcto plegamiento. Si se pierden todas las glucosas se superan todos los controles de plegamiento. Si est mal plegada (pero tiene posible arreglo), se aade un residuo de glucosa y la glicoprotena regresa al ciclo.

Las protenas de plegamiento totalmente incorrecto (sin remedio) se le pone un sello, se le aade Ubiquina Y las protenas son reconocidas por el Proteosoma: -Mquina para degradas protenas, -la subunidad central tiene accin cataltica, -la S del extremo reconoce a las protenas con ubiquina y las introduce para ser degradadas.

La ubiquitina se libera de tal manera que puede ser utilizada de nuevo. Todo este proceso requiere energa en forma de ATP.

- Si se acumula un exceso de protenas desplegadas, compiten por el BiP disponible. Como respuesta, la UPR: es un mecanismo general que se da en el RE cuando se acumula un exceso de protenas desplegadas.

UPRUnos sensores (en la membrana del retculo) detectan el nivel de protenas mal plegadas, y si este nivel es elevado: -Los sensores activan a un factor de transcripcin de chaperonas. - Este factor, activado, va al ncleo y all se une al DNA favoreciendo la sntesis del gen de la chaperona BIP. -Aumenta la chaperona BIP en el lumen, y si todo va bien las protenas se plegarn adecuadamente.

Todo asegura que slo las protenas que estn bien plegadas lleguen a la superficie. Pero a veces este control es excesivo, ej: Fibrosis qustica: se produce una protena que permita el 60% de funcionamiento, pero como est mal plegada es eliminada por el control de calidad del RE.

Resumen: Si la protena es correctamente plegada con ayuda de las chaperonas vescula, Golgi Si no logra plegarse Traslocn PROTEASOMASi se pliega mal UPR. Si la UPR va mal: Apoptosis (muerte celular programada).