Retículo endoplasmático

El retículo endoplasmático o endoplásmico (RE) es, en esencia, el sistema de transporte de la célula eucariota y tiene muchas otras funciones importantes, como el plegamiento de proteínas. Es un tipo de orgánulo formado por dos subunidades: retículo endoplásmico rugoso ( RER ) y retículo endoplásmico liso ( SER ). El retículo endoplásmico se encuentra en la mayoría de las células eucariotas y forma una red interconectada de sacos aplanados rodeados de membrana conocidos como cisternas (en el RER) y estructuras tubulares en el SER. Las membranas del RE se continúan con la membrana nuclear externa. El retículo endoplásmico no se encuentra en los glóbulos rojos ni en los espermatozoides.

Los dos tipos de ER comparten muchas de las mismas proteínas y participan en ciertas actividades comunes, como la síntesis de ciertos lípidos y colesterol. Los diferentes tipos de células contienen diferentes proporciones de los dos tipos de ER según las actividades de la célula. RER se encuentra principalmente hacia el núcleo de la célula y SER hacia la membrana celular o membrana plasmática de la célula.

La cara externa (citosólica) del RER está repleta de ribosomas que son los sitios de síntesis de proteínas. El RER es especialmente prominente en células como los hepatocitos. El SER carece de ribosomas y funciones en la síntesis de lípidos pero no en el metabolismo, la producción de hormonas esteroides y la desintoxicación. El SER es especialmente abundante en el hígado y las células gonadales de los mamíferos.

El RE fue observado con microscopio óptico por Garnier en 1897, quien acuñó el término ergastoplasma. Con microscopía electrónica, las membranas de encaje del retículo endoplasmático fueron vistas por primera vez en 1945 por Keith R. Porter, Albert Claude y Ernest F. Fullam. Posteriormente, la palabra reticulum, que significa "red", fue aplicada por Porter en 1953 para describir este tejido de membranas.

Estructura

La estructura general del retículo endoplásmico es una red de membranas llamadas cisternas. Estas estructuras en forma de saco se mantienen unidas por el citoesqueleto. La membrana de fosfolípidos encierra el espacio cisternal (o luz), que se continúa con el espacio perinuclear pero está separado del citosol. Las funciones del retículo endoplásmico se pueden resumir como la síntesis y exportación de proteínas y lípidos de membrana, pero varía entre el RE y el tipo de célula y la función celular. La cantidad de retículo endoplásmico rugoso y liso en una célula puede intercambiarse lentamente de un tipo a otro, dependiendo de las actividades metabólicas cambiantes de la célula. La transformación puede incluir la incorporación de nuevas proteínas en la membrana, así como cambios estructurales. Los cambios en el contenido de proteínas pueden ocurrir sin cambios estructurales notables.

Retículo endoplasmático rugoso

La superficie del retículo endoplásmico rugoso (a menudo abreviado RER o ER rugoso ; también llamado retículo endoplásmico granular ) está salpicada de ribosomas que fabrican proteínas, lo que le da una apariencia "áspera" (de ahí su nombre). El sitio de unión del ribosoma en el retículo endoplásmico rugoso es el translocón. Sin embargo, los ribosomas no son una parte estable de la estructura de este orgánulo, ya que constantemente se unen y liberan de la membrana. Un ribosoma solo se une al RER una vez que se forma un complejo específico de proteína y ácido nucleico en el citosol. Este complejo especial se forma cuando un ribosoma libre comienza a traducir el ARNm de una proteína destinada a la vía secretora.Los primeros 5 a 30 aminoácidos polimerizados codifican un péptido señal, un mensaje molecular que es reconocido y unido por una partícula de reconocimiento de señal (SRP). La traducción se detiene y el complejo del ribosoma se une al translocón del RER, donde la traducción continúa con la formación de la proteína naciente (nueva) en la luz y/o la membrana del RER. La proteína es procesada en la luz del RE por una enzima (una peptidasa señal), que elimina el péptido señal. Los ribosomas en este punto pueden volver a liberarse en el citosol; sin embargo, también se sabe que los ribosomas que no se traducen permanecen asociados con los translocones.

La membrana del retículo endoplásmico rugoso forma grandes láminas de doble membrana que se ubican cerca de la capa exterior de la envoltura nuclear y se continúan con ella. Las láminas de doble membrana se apilan y conectan a través de varias rampas helicoidales a la derecha oa la izquierda, las "rampas de Terasaki", dando lugar a una estructura que se asemeja a un aparcamiento de varios pisos. Aunque no existe una membrana continua entre el retículo endoplásmico y el aparato de Golgi, las vesículas de transporte unidas a la membrana transportan proteínas entre estos dos compartimentos.Las vesículas están rodeadas por proteínas de recubrimiento denominadas COPI y COPII. COPII dirige las vesículas al aparato de Golgi y COPI las marca para que sean devueltas al retículo endoplásmico rugoso. El retículo endoplásmico rugoso trabaja en concierto con el complejo de Golgi para dirigir nuevas proteínas a sus destinos adecuados. El segundo método de transporte fuera del retículo endoplásmico involucra áreas llamadas sitios de contacto con la membrana, donde las membranas del retículo endoplásmico y otros orgánulos se mantienen estrechamente unidos, lo que permite la transferencia de lípidos y otras moléculas pequeñas.

El retículo endoplásmico rugoso es clave en múltiples funciones:

• Fabricación de enzimas lisosomales con un marcador manosa-6-fosfato añadido en la red cis -Golgi.
• Fabricación de proteínas secretadas, ya sea secretadas constitutivamente sin etiqueta o secretadas de manera reguladora que involucra clatrina y aminoácidos básicos emparejados en el péptido señal.
• Proteínas de membrana integrales que permanecen incrustadas en la membrana a medida que salen las vesículas y se unen a nuevas membranas. Las proteínas Rab son clave para atacar la membrana; Las proteínas SNAP y SNARE son clave en el evento de fusión.
• La glicosilación inicial a medida que continúa el ensamblaje. Esto está ligado a N (el enlace O se produce en el aparato de Golgi).
  • Glicosilación ligada a N: si la proteína se pliega correctamente, la oligosacariltransferasa reconoce la secuencia AA NXS o NXT (con el residuo S/T fosforilado) y agrega un esqueleto de 14 azúcares (2- N -acetilglucosamina, manosa de 9 ramificaciones y 3 -glucosa al final) al nitrógeno de la cadena lateral de Asn.

Retículo endoplasmático liso

En la mayoría de las células, el retículo endoplásmico liso (abreviado SER ) es escaso. En cambio, hay áreas donde la ER es en parte lisa y en parte áspera, esta área se denomina ER de transición. El ER de transición recibe su nombre porque contiene sitios de salida del ER. Estas son áreas donde las vesículas de transporte que contienen lípidos y proteínas producidos en el RE, se separan del RE y comienzan a moverse hacia el aparato de Golgi. Las células especializadas pueden tener mucho retículo endoplásmico liso y en estas células el RE liso tiene muchas funciones. Sintetiza lípidos, fosfolípidos y esteroides. Las células que secretan estos productos, como las de los testículos, los ovarios y las glándulas sebáceas, tienen abundante retículo endoplásmico liso.También lleva a cabo el metabolismo de los carbohidratos, la desintoxicación de los productos del metabolismo natural y del alcohol y las drogas, la fijación de receptores en las proteínas de la membrana celular y el metabolismo de los esteroides. En las células musculares, regula la concentración de iones de calcio. El retículo endoplásmico liso se encuentra en una variedad de tipos de células (tanto animales como vegetales), y cumple diferentes funciones en cada uno. El retículo endoplásmico liso también contiene la enzima glucosa-6-fosfatasa, que convierte la glucosa-6-fosfato en glucosa, un paso en la gluconeogénesis. Está conectado a la envoltura nuclear y consta de túbulos que se encuentran cerca de la periferia de la célula. Estos tubos a veces se ramifican formando una red de aspecto reticular.En algunas células, hay áreas dilatadas como los sacos del retículo endoplásmico rugoso. La red del retículo endoplásmico liso permite que se dedique un área de superficie aumentada a la acción o almacenamiento de enzimas clave y los productos de estas enzimas.

Retículo sarcoplásmico

El retículo sarcoplásmico (SR), del griego σάρξ sarx ("carne"), es un RE liso que se encuentra en las células musculares. La única diferencia estructural entre este orgánulo y el retículo endoplásmico liso es la mezcla de proteínas que tienen, ambas unidas a sus membranas y a la deriva dentro de los confines de sus lúmenes. Esta diferencia fundamental es indicativa de sus funciones: el retículo endoplásmico sintetiza moléculas, mientras que el retículo sarcoplásmico almacena iones de calcio y los bombea hacia el sarcoplasma cuando se estimula la fibra muscular. Después de su liberación del retículo sarcoplásmico, los iones de calcio interactúan con proteínas contráctiles que utilizan ATP para acortar la fibra muscular. El retículo sarcoplásmico juega un papel importante en el acoplamiento excitación-contracción.

Funciones

El retículo endoplásmico cumple muchas funciones generales, incluido el plegamiento de moléculas de proteína en sacos llamados cisternas y el transporte de proteínas sintetizadas en vesículas al aparato de Golgi. El retículo endoplásmico rugoso también participa en la síntesis de proteínas. El plegamiento correcto de las proteínas recién creadas es posible gracias a varias proteínas chaperonas del retículo endoplásmico, incluida la proteína disulfuro isomerasa (PDI), ERp29, el miembro de la familia Hsp70 BiP/Grp78, la calnexina, la calreticulina y la familia de la peptidilprolil isomerasa. Solo las proteínas correctamente plegadas se transportan desde el ER rugoso al aparato de Golgi: las proteínas desplegadas provocan una respuesta de proteína desplegada como respuesta al estrés en el ER. Alteraciones en la regulación redox, regulación del calcio, privación de glucosa e infección viral o sobreexpresión de proteínaspuede conducir a una respuesta de estrés del retículo endoplásmico (estrés ER), un estado en el que el plegamiento de las proteínas se ralentiza, lo que lleva a un aumento de las proteínas desplegadas. Este estrés está emergiendo como una causa potencial de daño en hipoxia/isquemia, resistencia a la insulina y otros trastornos.

Transporte de proteínas

Las proteínas secretoras, en su mayoría glicoproteínas, se mueven a través de la membrana del retículo endoplásmico. Las proteínas que son transportadas por el retículo endoplásmico a través de la célula están marcadas con una etiqueta de dirección llamada secuencia señal. El extremo N (un extremo) de una cadena polipeptídica (es decir, una proteína) contiene algunos aminoácidos que funcionan como una etiqueta de dirección, que se eliminan cuando el polipéptido llega a su destino. Los péptidos nacientes llegan al ER a través del translocon, un complejo multiproteico integrado en la membrana. Las proteínas que están destinadas a lugares fuera del retículo endoplásmico se empaquetan en vesículas de transporte y se mueven a lo largo del citoesqueleto hacia su destino. En los fibroblastos humanos, el RE siempre está co-distribuido con microtúbulos y la despolimerización de estos últimos provoca su co-agregación con las mitocondrias,

El retículo endoplásmico también es parte de una vía de clasificación de proteínas. Es, en esencia, el sistema de transporte de la célula eucariota. La mayoría de sus proteínas residentes se retienen dentro de él a través de un motivo de retención. Este motivo está compuesto por cuatro aminoácidos al final de la secuencia de la proteína. Las secuencias de retención más comunes son KDEL para proteínas localizadas en el lumen y KKXX para proteínas transmembrana. Sin embargo, se producen variaciones de KDEL y KKXX, y otras secuencias también pueden dar lugar a la retención del retículo endoplásmico. No se sabe si tal variación puede conducir a localizaciones sub-ER. Hay tres receptores KDEL (1, 2 y 3) en células de mamífero, y tienen un alto grado de identidad de secuencia. Quedan por establecer las diferencias funcionales entre estos receptores.

Regulación bioenergética del suministro de ATP en el RE mediante un mecanismo CaATiER

El retículo endoplásmico no alberga una maquinaria de regeneración de ATP y, por lo tanto, requiere la importación de ATP de las mitocondrias. El ATP importado es vital para que el ER lleve a cabo sus funciones celulares de mantenimiento, como el plegamiento y el tráfico de proteínas.

El transportador de ATP del RE, SLC35B1/AXER, se clonó y caracterizó recientemente, y las mitocondrias suministran ATP al RE a través de un mecanismo de transporte antagonizado por Ca hacia el RE ( CaATiER ). El mecanismo CaATiER muestra sensibilidad al Ca citosólico que va desde un rango alto de nM hasta un rango bajo de μM, con el elemento de detección de Ca aún por identificar y validar.

Significación clínica

El estrés del RE aumentado y suprafisiológico en las células β pancreáticas interrumpe la secreción normal de insulina, lo que lleva a la hiperinsulinemia y, en consecuencia, a la resistencia a la insulina periférica asociada con la obesidad en humanos.

Las anomalías en XBP1 conducen a una mayor respuesta al estrés del retículo endoplásmico y, posteriormente, provocan una mayor susceptibilidad a los procesos inflamatorios que incluso pueden contribuir a la enfermedad de Alzheimer. En el colon, las anomalías de XBP1 se han relacionado con enfermedades inflamatorias del intestino, incluida la enfermedad de Crohn.

La respuesta de proteína desplegada (UPR) es una respuesta de estrés celular relacionada con el retículo endoplásmico. La UPR se activa en respuesta a una acumulación de proteínas desplegadas o mal plegadas en la luz del retículo endoplásmico. El UPR funciona para restaurar la función normal de la célula al detener la traducción de proteínas, degradar las proteínas mal plegadas y activar las vías de señalización que conducen a aumentar la producción de chaperonas moleculares involucradas en el plegamiento de proteínas. La sobreactivación sostenida de la UPR se ha implicado en enfermedades priónicas, así como en varias otras enfermedades neurodegenerativas, y la inhibición de la UPR podría convertirse en un tratamiento para esas enfermedades.