La selección de proteínas o la selección de proteínas es el mecanismo biológico mediante el cual las proteínas se transportan a sus destinos apropiados dentro o fuera de la célula. [1] [2] [nota 1] Las proteínas pueden dirigirse al espacio interno de un orgánulo , a diferentes membranas intracelulares , a la membrana plasmática o al exterior de la célula mediante secreción . [1] [2] La información contenida en la propia proteína dirige este proceso de entrega. [2] [3] La clasificación correcta es crucial para la célula; Los errores o disfunciones en la clasificación se han relacionado con múltiples enfermedades. [2] [4] [5]
En 1970, Günter Blobel realizó experimentos sobre la translocación de proteínas a través de membranas . Blobel, entonces profesor asistente en la Universidad Rockefeller , se basó en el trabajo de su colega George Palade . [6] Palade había demostrado previamente que las proteínas no secretadas eran traducidas por ribosomas libres en el citosol, mientras que las proteínas secretadas (y las proteínas diana, en general) eran traducidas por ribosomas unidos al retículo endoplásmico . [6] Las explicaciones de los candidatos en ese momento postularon una diferencia de procesamiento entre los ribosomas libres y los unidos al ER, pero Blobel planteó la hipótesis de que la selección de proteínas se basaba en características inherentes a las proteínas, en lugar de una diferencia en los ribosomas. Respaldando su hipótesis, Blobel descubrió que muchas proteínas tienen una secuencia corta de aminoácidos en un extremo que funciona como un código postal que especifica un destino intracelular o extracelular. [3] Describió estas secuencias cortas (generalmente de 13 a 36 residuos de aminoácidos) [1] como péptidos señal o secuencias señal y recibió el Premio Nobel de Fisiología en 1999 por lo mismo. [7]
Los péptidos señal sirven como señales de dirección, permitiendo que la maquinaria de transporte celular dirija las proteínas a ubicaciones intracelulares o extracelulares específicas. Si bien no se ha identificado una secuencia consenso para los péptidos señal, muchos poseen una estructura tripartita característica: [1]
Una vez que una proteína ha llegado a su destino, el péptido señal generalmente es escindido por una peptidasa señal . [1] En consecuencia, la mayoría de las proteínas maduras no contienen péptidos señal. Si bien la mayoría de los péptidos señal se encuentran en el extremo N, en los peroxisomas la secuencia objetivo se encuentra en la extensión C-terminal. [8] A diferencia de los péptidos señal, los parches señal están compuestos por residuos de aminoácidos que son discontinuos en la secuencia primaria pero que se vuelven funcionales cuando el plegamiento los une en la superficie de la proteína. [9] A diferencia de la mayoría de las secuencias de señales, los parches de señales no se escinden una vez completada la clasificación. [10] Además de las secuencias de señalización intrínsecas, las modificaciones de proteínas , como la glicosilación, también pueden inducir la orientación a regiones intracelulares o extracelulares específicas.
Dado que la traducción del ARNm en proteína por parte de un ribosoma tiene lugar dentro del citosol , las proteínas destinadas a la secreción o a un orgánulo específico deben translocarse. [11] Este proceso puede ocurrir durante la traducción, conocida como translocación cotraduccional, o después de que se completa la traducción, conocida como translocación postraduccional. [12]
La mayoría de las proteínas secretoras y unidas a membrana se translocan de forma cotraduccional. Las proteínas que residen en el retículo endoplásmico (RE), Golgi o endosomas también utilizan la vía de translocación cotraduccional. Este proceso comienza mientras la proteína se sintetiza en el ribosoma, cuando una partícula de reconocimiento de señales (SRP) reconoce un péptido señal N-terminal de la proteína naciente. [13] La unión de SRP detiene temporalmente la síntesis mientras el complejo ribosoma-proteína se transfiere a un receptor de SRP en el RE en eucariotas y a la membrana plasmática en procariotas . [14] Allí, la proteína naciente se inserta en el translocón , un canal conductor de proteína unido a una membrana compuesto por el complejo de translocación Sec61 en eucariotas y el complejo homólogo SecYEG en procariotas. [15] En las proteínas secretoras y las proteínas transmembrana de tipo I , la secuencia señal se escinde inmediatamente del polipéptido naciente una vez que se ha translocado a la membrana del RE (eucariotas) o a la membrana plasmática (procariotas) mediante la peptidasa señal . La secuencia señal de las proteínas de membrana de tipo II y algunas proteínas de membrana politópicas no se escinden y, por lo tanto, se denominan secuencias de anclaje señal. Dentro del RE, la proteína primero está cubierta por una proteína chaperona para protegerla de la alta concentración de otras proteínas en el RE, dándole tiempo para plegarse correctamente. Una vez plegada, la proteína se modifica según sea necesario (por ejemplo, mediante glicosilación ), luego se transporta al Golgi para su posterior procesamiento y va a sus orgánulos objetivo o se retiene en el RE mediante varios mecanismos de retención del RE .
La cadena de aminoácidos de las proteínas transmembrana , que a menudo son receptores transmembrana , atraviesa una membrana una o varias veces. Estas proteínas se insertan en la membrana mediante translocación, hasta que el proceso es interrumpido por una secuencia de parada de transferencia, también llamada secuencia de anclaje de membrana o secuencia de anclaje de señal. [16] Estas proteínas complejas de membrana se caracterizan actualmente utilizando el mismo modelo de orientación que se ha desarrollado para las proteínas secretoras. Sin embargo, muchas proteínas multitransmembrana complejas contienen aspectos estructurales que no se ajustan a este modelo. Siete receptores acoplados a proteína G transmembrana (que representan aproximadamente el 5% de los genes en humanos) en su mayoría no tienen una secuencia señal amino-terminal. A diferencia de las proteínas secretoras, el primer dominio transmembrana actúa como la primera secuencia señal, que las dirige a la membrana del RE. Esto también da como resultado la translocación del extremo amino de la proteína hacia la luz de la membrana del RE. Esta translocación, que se ha demostrado con opsina en experimentos in vitro, [17] [18] rompe el patrón habitual de translocación "cotraduccional" que siempre se ha mantenido para las proteínas de mamíferos dirigidas al RE. Gran parte de la mecánica de la topología transmembrana y el plegamiento aún está por dilucidar.
Aunque la mayoría de las proteínas secretoras se translocan cotraduccionalmente, algunas se traducen en el citosol y luego se transportan al RE/membrana plasmática mediante un sistema postraduccional. En los procariotas, este proceso requiere ciertos cofactores como SecA y SecB y es facilitado por Sec62 y Sec63, dos proteínas unidas a la membrana. [19] El complejo Sec63, que está incrustado en la membrana del RE, provoca la hidrólisis del ATP, lo que permite que las proteínas chaperonas se unan a una cadena peptídica expuesta y deslicen el polipéptido hacia la luz del RE. Una vez en la luz, la cadena polipeptídica se puede plegar correctamente. Este proceso sólo ocurre en proteínas desplegadas ubicadas en el citosol. [20]
Además, las proteínas dirigidas a otros destinos celulares, como las mitocondrias , los cloroplastos o los peroxisomas , utilizan vías postraduccionales especializadas. Las proteínas dirigidas al núcleo también se translocan postraduccionalmente mediante la adición de una señal de localización nuclear (NLS) que promueve el paso a través de la envoltura nuclear a través de los poros nucleares . [21]
Si bien algunas proteínas de las mitocondrias se originan a partir del ADN mitocondrial dentro del orgánulo, la mayoría de las proteínas mitocondriales se sintetizan como precursores citosólicos que contienen señales peptídicas de captación . [22] [23] [24] [25] Las proteínas desplegadas unidas por la chaperona citosólica hsp70 que están dirigidas a las mitocondrias pueden localizarse en cuatro áreas diferentes dependiendo de sus secuencias. [2] [25] [26] Pueden estar dirigidos a la matriz mitocondrial , la membrana externa, el espacio intermembrana o la membrana interna. Los defectos en uno o más de estos procesos se han relacionado con la salud y la enfermedad. [27]
Las proteínas destinadas a la matriz mitocondrial tienen secuencias señal específicas en su inicio (extremo N) que constan de una cadena de 20 a 50 aminoácidos. Estas secuencias están diseñadas para interactuar con receptores que guían a las proteínas a su ubicación correcta dentro de las mitocondrias. Las secuencias tienen una estructura única con grupos de aminoácidos amantes del agua (hidrófilos) y que evitan el agua (hidrófobos), lo que les confiere una naturaleza dual conocida como anfipática. Estas secuencias anfipáticas suelen tener forma de espiral (alfa-hélice) con los aminoácidos cargados en un lado y los hidrofóbicos en el lado opuesto. Esta característica estructural es esencial para que la secuencia funcione correctamente al dirigir las proteínas a la matriz. Si se producen mutaciones que alteran esta naturaleza dual, la proteína a menudo no logra llegar a su destino previsto, aunque no todos los cambios en la secuencia tienen este efecto. Esto indica la importancia de la propiedad anfipática para que la proteína se dirija correctamente a la matriz mitocondrial. [28]
Las proteínas dirigidas a la matriz mitocondrial implican primero interacciones entre la secuencia de dirección de la matriz ubicada en el extremo N y el complejo del receptor de importación de la membrana externa TOM20/22. [2] [23] [29] Además del acoplamiento de secuencias internas y chaperonas citosólicas a TOM70. [2] [23] [29] Donde TOM es una abreviatura de translocasa de la membrana externa. La unión de la secuencia de dirección de la matriz al receptor de importación desencadena una transferencia del polipéptido al núcleo de importación general (GIP) conocido como TOM40. [2] [23] [29] El núcleo de importación general (TOM40) luego alimenta la cadena polipeptídica a través del espacio intermembrana y hacia otro complejo translocasa TIM17/23/44 ubicado en la membrana mitocondrial interna. [2] [24] [25] [30] Esto se acompaña de la liberación necesaria de las chaperonas citosólicas que mantienen un estado desplegado antes de ingresar a las mitocondrias. A medida que el polipéptido ingresa a la matriz, la secuencia señal es escindida por una peptidasa procesadora y las secuencias restantes se unen a chaperonas mitocondriales en espera de plegamiento y actividad adecuados. [25] [26] El empuje y atracción del polipéptido desde el citosol al espacio intermembrana y luego a la matriz se logra mediante un gradiente electroquímico que establece la mitocondria durante la fosforilación oxidativa . [1] [24] [25] [26] En el que una mitocondria activa en el metabolismo ha generado un potencial negativo dentro de la matriz y un potencial positivo en el espacio intermembrana. [25] [31] Es este potencial negativo dentro de la matriz el que dirige las regiones cargadas positivamente de la secuencia objetivo hacia su ubicación deseada.
La dirección de las proteínas mitocondriales a la membrana interna puede seguir 3 vías diferentes dependiendo de sus secuencias generales; sin embargo, la entrada desde la membrana externa sigue siendo la misma utilizando el complejo receptor de importación TOM20/22 y el núcleo de importación general TOM40. [2] [24] La primera vía para las proteínas dirigidas a la membrana interna sigue los mismos pasos que las designadas para la matriz, donde contiene una secuencia dirigida a la matriz que canaliza el polipéptido hacia el complejo de la membrana interna que contiene el complejo de translocasa mencionado anteriormente TIM17/ 23/44. [2] [24] [25] Sin embargo, la diferencia es que los péptidos que están designados a la membrana interna y no a la matriz contienen una secuencia aguas arriba llamada secuencia de parada-transferencia-anclaje. [2] Esta secuencia de parada, transferencia y anclaje es una región hidrofóbica que se incrusta en la bicapa de fosfolípidos de la membrana interna y evita la translocación hacia la mitocondria. [24] [25] La segunda vía para las proteínas dirigidas a la membrana interna sigue la vía de localización de la matriz en su totalidad. Sin embargo, en lugar de una secuencia de parada, transferencia y anclaje, contiene otra secuencia que interactúa con una proteína de la membrana interna llamada Oxa-1 una vez dentro de la matriz que la incrustará en la membrana interna. [2] [24] [25] La tercera vía para las proteínas mitocondriales dirigidas a la membrana interna sigue la misma entrada que las demás hacia la membrana externa; sin embargo, esta vía utiliza el complejo translocasa TIM22/54 asistido por el complejo TIM9/10 en el espacio intermembrana para anclar el péptido entrante en la membrana. [2] [24] [25] Los péptidos para esta última vía no contienen una secuencia de dirección de matriz, sino que contienen varias secuencias de dirección internas.
Si, por el contrario, la proteína precursora se designa al espacio intermembrana de la mitocondria, existen dos vías para que esto pueda ocurrir dependiendo de las secuencias que se reconozcan. La primera vía hacia el espacio intermembrana sigue los mismos pasos para una proteína dirigida a la membrana interna. Sin embargo, una vez unido a la membrana interna, el extremo C de la proteína anclada se escinde mediante una peptidasa que libera la preproteína en el espacio intermembrana para que pueda plegarse a su estado activo. [2] [25] Uno de los mejores ejemplos de una proteína que sigue esta vía es el citocromo b2 , que al escindirse interactuará con un cofactor hemo y se activará. [2] [32] La segunda vía del espacio intermembrana no utiliza ningún complejo de membrana interna y, por lo tanto, no contiene una señal dirigida a la matriz. En cambio, ingresa a través del núcleo de importación general TOM40 y se modifica aún más en el espacio intermembrana para lograr su conformación activa. TIM9/10 es un ejemplo de una proteína que sigue esta vía para estar en el lugar necesario para ayudar en la localización de la membrana interna. [2] [25] [33]
La orientación a la membrana externa simplemente implica la interacción de proteínas precursoras con los complejos de translocasas de la membrana externa que la incrustan en la membrana a través de secuencias de orientación interna que forman hélices alfa hidrófobas o barriles beta que abarcan la bicapa de fosfolípidos. [2] [24] [25] Esto puede ocurrir por dos rutas diferentes dependiendo de las secuencias internas de la preproteína. Si la preproteína contiene regiones hidrofóbicas internas capaces de formar hélices alfa, entonces la preproteína utilizará el complejo de importación mitocondrial (MIM) y se transferirá lateralmente a la membrana. [24] [25] Para las preproteínas que contienen secuencias internas hidrofóbicas que se correlacionan con proteínas formadoras de barriles beta, se importarán desde el complejo de membrana externa TOM20/22 antes mencionado al espacio intermembrana. En el que interactuarán con el complejo proteico del espacio intermembrana TIM9/10 que los transfiere a la maquinaria de clasificación y ensamblaje (SAM) que está presente en la membrana externa y que desplaza lateralmente la proteína objetivo como un barril beta. [24] [25]
Los cloroplastos son similares a las mitocondrias en que contienen su propio ADN para la producción de algunos de sus componentes. Sin embargo, la mayoría de sus proteínas se obtienen mediante translocación postraduccional y surgen de genes nucleares. Las proteínas pueden dirigirse a varios sitios del cloroplasto dependiendo de sus secuencias, como la envoltura exterior, la envoltura interior, el estroma, la luz tilacoide o la membrana tilacoide. [2] Las proteínas se dirigen a los tilacoides mediante mecanismos relacionados con la translocación de proteínas bacterianas. [28] Las proteínas dirigidas a la envoltura de los cloroplastos generalmente carecen de una secuencia de clasificación escindible y se desplazan lateralmente a través de complejos de clasificación de membrana. La importación general de la mayoría de las preproteínas requiere la translocación desde el citosol a través de los complejos Toc y Tic ubicados dentro de la envoltura del cloroplasto. Donde Toc es una abreviatura de la translocasa de la envoltura exterior del cloroplasto y Tic es la translocasa de la envoltura interior del cloroplasto. Hay un mínimo de tres proteínas que conforman la función del complejo Toc. Dos de los cuales, denominados Toc159 y Toc34, son responsables del acoplamiento de secuencias de importación estromales y ambos contienen actividad GTPasa . El tercero, conocido como Toc 75, es el canal de translocación real que alimenta la preproteína reconocida por Toc159/34 al cloroplasto. [34]
Dirigirse al estroma requiere que la preproteína tenga una secuencia de importación estromal que sea reconocida por el complejo Tic de la envoltura interna al ser translocada desde la envoltura externa por el complejo Toc. El complejo Tic está compuesto por al menos cinco proteínas Tic diferentes que son necesarias para formar el canal de translocación a través de la envoltura interna. [35] Al ser entregada al estroma, la secuencia de importación del estroma se escinde mediante una señal peptidasa. Actualmente se sabe que este proceso de entrega al estroma está impulsado por la hidrólisis de ATP a través de chaperonas estromales HSP , en lugar del gradiente electroquímico transmembrana que se establece en las mitocondrias para impulsar la importación de proteínas. [34] Una clasificación adicional dentro del cloroplasto depende de secuencias diana adicionales, como las designadas para la membrana tilacoide o la luz tilacoide .
Si se va a dirigir una proteína a la luz del tilacoide, esto puede ocurrir a través de cuatro rutas conocidas diferentes que se parecen mucho a los mecanismos de transporte de proteínas bacterianas. La ruta que se toma depende de que la proteína entregada al estroma esté en un estado desplegado o plegado unido a un metal. Ambos todavía contendrán una secuencia dirigida a tilacoides que también se escinde al entrar a la luz. Si bien la importación de proteínas al estroma está impulsada por el ATP, se ha demostrado que la vía de las proteínas unidas a metales en estado plegado hacia la luz del tilacoide está impulsada por un gradiente de pH.
Las proteínas unidas a la membrana del tilacoide seguirán hasta cuatro rutas conocidas que se ilustran en la figura correspondiente. Pueden seguir una ruta de inserción cotraduccional que utiliza ribosomas estromales y el complejo transmembrana SecY/E, la vía dependiente de SRP, la vía de inserción espontánea o la vía GET. Las últimas de las tres son vías postraduccionales que se originan a partir de genes nucleares y, por lo tanto, constituyen la mayoría de las proteínas dirigidas a la membrana tilacoide. Según artículos de revisión recientes en la revista of biochemistry and molecular biology, los mecanismos exactos aún no se comprenden completamente.
Se necesitan muchas proteínas tanto en las mitocondrias como en los cloroplastos . [36] En general, el péptido de doble dirección es de carácter intermedio con respecto a los dos específicos. Los péptidos diana de estas proteínas tienen un alto contenido de aminoácidos básicos e hidrofóbicos y un bajo contenido de aminoácidos cargados negativamente . Tienen un menor contenido en alanina y un mayor contenido en leucina y fenilalanina. Las proteínas de doble objetivo tienen un péptido de dirección más hidrófobo que los mitocondriales y cloroplásticos. Sin embargo, es tedioso predecir si un péptido tiene doble objetivo o no en función de sus características fisicoquímicas .
El núcleo de una célula está rodeado por una envoltura nuclear que consta de dos capas, y la capa interna proporciona soporte estructural y anclaje para los cromosomas y la lámina nuclear. [16] La capa externa es similar a la membrana del retículo endoplásmico (RE). Esta envoltura contiene poros nucleares, que son estructuras complejas formadas por alrededor de 30 proteínas diferentes. [16] Estos poros actúan como puertas selectivas que controlan el flujo de moléculas dentro y fuera del núcleo.
Si bien las moléculas pequeñas pueden pasar a través de estos poros sin problemas, las moléculas más grandes, como el ARN y las proteínas destinadas al núcleo, deben tener señales específicas para poder pasar. [20] Estas señales se conocen como señales de localización nuclear y generalmente comprenden secuencias cortas ricas en aminoácidos cargados positivamente como lisina o arginina. [dieciséis]
Las proteínas llamadas receptores de importación nuclear reconocen estas señales y guían las moléculas grandes a través de los poros nucleares interactuando con las proteínas desordenadas en forma de malla que llenan el poro. [16] El proceso es dinámico: el receptor mueve la molécula a través de la red hasta que llega al núcleo. [20]
Una vez dentro, una enzima GTPasa llamada Ran, que puede existir en dos formas diferentes (una unida a GTP y otra a GDP), facilita la liberación de la carga dentro del núcleo y recicla el receptor de regreso al citosol. [16] [20] La energía para este transporte proviene de la hidrólisis del GTP por Ran. De manera similar, los receptores de exportación nuclear ayudan a sacar las proteínas y el ARN del núcleo utilizando una señal diferente y también aprovechando la conversión de energía de Ran. [dieciséis]
En general, el complejo de poros nucleares funciona eficientemente para transportar macromoléculas a alta velocidad, lo que permite que las proteínas se muevan en su estado plegado y los componentes ribosómicos como partículas completas, lo cual es distinto de cómo se transportan las proteínas a la mayoría de los otros orgánulos. [dieciséis]
El retículo endoplásmico (RE) desempeña un papel clave en la síntesis y distribución de proteínas en las células eucariotas. Es una vasta red de membranas donde las proteínas se procesan y clasifican hacia diversos destinos, incluido el propio RE, la superficie celular y otros orgánulos como el aparato de Golgi, los endosomas y los lisosomas. [16] A diferencia de otras proteínas dirigidas a orgánulos, las que se dirigen al RE comienzan a transferirse a través de su membrana mientras aún se están produciendo. [20] [16]
Hay dos tipos de proteínas que se desplazan al RE: proteínas solubles en agua, que cruzan completamente hacia la luz del RE, y proteínas transmembrana, que cruzan parcialmente y se incrustan dentro de la membrana del RE. [20] Estas proteínas encuentran su camino hacia el RE con la ayuda de una secuencia de señal del RE, un tramo corto de aminoácidos hidrofóbicos. [dieciséis]
Las proteínas que ingresan al RE son sintetizadas por los ribosomas. Hay dos conjuntos de ribosomas en la célula: los unidos al RE (haciéndolo parecer "áspero") y los que flotan libremente en el citosol. Ambos conjuntos son idénticos pero se diferencian en las proteínas que sintetizan en un momento dado. [16] [20] Los ribosomas que producen proteínas con una secuencia señal del RE se unen a la membrana del RE e inician el proceso de translocación. Este proceso es energéticamente eficiente porque la cadena proteica en crecimiento empuja a través de la membrana del RE a medida que se alarga. [dieciséis]
A medida que el ARNm se traduce en una proteína, se le pueden unir múltiples ribosomas, creando una estructura llamada polirribosoma. [16] Si el ARNm codifica una proteína con una secuencia señal del RE, el polirribosoma se adhiere a la membrana del RE y la proteína comienza a ingresar al RE mientras aún se está sintetizando. [20] [16]
En el proceso de síntesis de proteínas dentro de las células eucariotas, las proteínas solubles que están destinadas al retículo endoplásmico (RE) o a la secreción fuera de la célula son guiadas al RE mediante un sistema de dos partes. En primer lugar, una partícula de reconocimiento de señales (SRP) en el citosol se une a la secuencia de señales del RE de la proteína emergente y al propio ribosoma. [16] En segundo lugar, un receptor SRP ubicado en la membrana del RE reconoce y se une al SRP. Esta interacción ralentiza temporalmente la síntesis de proteínas hasta que el complejo SRP y las costillas se une al receptor SRP en el RE. [16] [20]
Una vez que se produce esta unión, se libera la SRP y el ribosoma se transfiere a un translocador de proteínas en la membrana del RE, lo que permite que continúe la síntesis de proteínas. [16] [20] La cadena polipeptídica de la proteína luego se pasa a través de un canal en el translocador hacia la luz del RE. La secuencia señal de la proteína, normalmente al principio (extremo N) de la cadena polipeptídica, desempeña una doble función. No solo dirige el ribosoma al RE sino que también desencadena la apertura del translocador. [16] A medida que la proteína pasa a través del translocador, la secuencia señal permanece unida, permitiendo que el resto de la proteína se mueva como un bucle. Luego, una peptidasa señal dentro del RE corta la secuencia señal, que posteriormente se descarta en la bicapa lipídica de la membrana del RE y se descompone. [16] [20]
Finalmente, una vez que la última parte de la proteína (el extremo C) pasa a través del translocador, toda la proteína soluble se libera en la luz del RE, donde luego puede plegarse y sufrir modificaciones adicionales o ser transportada a su destino final. [16] [20]
Las proteínas transmembrana, que están parcialmente integradas en la membrana del RE en lugar de liberarse en la luz del RE, tienen un proceso de ensamblaje complejo. [16] [20] Las etapas iniciales son similares a las de las proteínas solubles: una secuencia señal inicia la inserción en la membrana del RE. Sin embargo, este proceso se ve interrumpido por una secuencia de parada de transferencia (una cadena de aminoácidos hidrofóbicos) que hace que el translocador se detenga y libere la proteína lateralmente hacia la membrana. [16] [20] Esto da como resultado una proteína transmembrana de paso único con un extremo dentro de la luz del RE y el otro en el citosol, y esta orientación es permanente. [dieciséis]
Algunas proteínas transmembrana utilizan una señal interna (secuencia de inicio de transferencia) en lugar de una en el extremo N y, a diferencia de la secuencia de señal inicial, esta secuencia de inicio de transferencia no se elimina. [16] [20] Comienza el proceso de transferencia, que continúa hasta que se encuentra una secuencia de parada de transferencia, momento en el cual ambas secuencias quedan ancladas en la membrana como segmentos de hélice alfa. [dieciséis]
En proteínas más complejas que atraviesan la membrana varias veces, se utilizan pares adicionales de secuencias de inicio y parada de transferencia para tejer la proteína en la membrana de una manera similar a una máquina de coser. Cada par permite que un nuevo segmento cruce la membrana y se suma a la estructura de la proteína, asegurando que esté incrustada adecuadamente con la disposición correcta de los segmentos dentro y fuera de la membrana del RE. [dieciséis]
Los peroxisomas contienen una única bicapa de fosfolípidos que rodea la matriz peroxisomal que contiene una amplia variedad de proteínas y enzimas que participan en el anabolismo y el catabolismo. Los peroxisomas son orgánulos celulares especializados que llevan a cabo reacciones oxidativas específicas utilizando oxígeno molecular. Su función principal es eliminar los átomos de hidrógeno de las moléculas orgánicas, un proceso que resulta en la producción de peróxido de hidrógeno ( H 2 O 2 ). [37] [20] Dentro de los peroxisomas, una enzima llamada catalasa desempeña un papel fundamental. Utiliza el peróxido de hidrógeno generado en la reacción anterior para oxidar varias otras sustancias, incluidos fenoles , ácido fórmico , formaldehído y alcohol. [37] [20] Esto se conoce como reacción "peroxidativa". [20]
Los peroxisomas son particularmente importantes en las células del hígado y los riñones para desintoxicar las sustancias nocivas que ingresan al torrente sanguíneo. Por ejemplo, se encargan de oxidar alrededor del 25% del etanol que consumimos en acetaldehído . [37] Además, la catalasa dentro de los peroxisomas puede descomponer el exceso de peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno y así prevenir posibles daños por la acumulación de H 2 O 2 . [37] [20] Dado que no contiene ADN interno como el de las mitocondrias o el cloroplasto, todas las proteínas peroxisomales están codificadas por genes nucleares. [38] Hasta la fecha, existen dos tipos de señales de dirección de peroxisomas (PTS) conocidas:
También hay proteínas que no poseen ninguna de estas señales. Su transporte puede basarse en el llamado mecanismo "piggy-back": estas proteínas se asocian con proteínas de la matriz que poseen PTS1 y se translocan junto con ellas a la matriz peroxisomal. [40]
En el caso de las proteínas citosólicas que se producen con la secuencia C-terminal de PTS1, su camino hacia la matriz peroxisomal depende de la unión a otra proteína citosólica llamada pex5 (peroxina 5). [41] Una vez unido, pex5 interactúa con una proteína de membrana peroxisomal pex14 para formar un complejo. Cuando la proteína pex5 con carga unida interactúa con la proteína de membrana pex14, el complejo induce la liberación de la proteína objetivo en la matriz. Al liberar la proteína de carga en la matriz, la disociación de pex5 de pex14 se produce mediante ubiquitinilación mediante un complejo de membrana que comprende pex2, pex12 y pex10, seguido de una eliminación dependiente de ATP que involucra el complejo de proteínas citosólicas pex1 y pex6 . [42] El ciclo para la importación mediada por pex5 en la matriz peroxisomal se restablece después de la eliminación de ubiquitina dependiente de ATP y queda libre para unirse con otra proteína que contenga una secuencia PTS1. [41] Las proteínas que contienen una secuencia dirigida a PTS2 están mediadas por una proteína citosólica diferente, pero se cree que siguen un mecanismo similar al de aquellas que contienen la secuencia PTS1. [37]
El transporte de proteínas es defectuoso en las siguientes enfermedades genéticas:
Como se analizó anteriormente (ver translocación de proteínas), la mayoría de las proteínas secretoras y unidas a la membrana procarióticas se dirigen a la membrana plasmática mediante una vía de cotraducción que utiliza SRP bacteriana o una vía postraduccional que requiere SecA y SecB. En la membrana plasmática, estas dos vías entregan proteínas al translocón SecYEG para su translocación. Las bacterias pueden tener una única membrana plasmática ( bacterias Gram positivas ), o una membrana interna más una membrana externa separadas por el periplasma ( bacterias Gram negativas ). Además de la membrana plasmática, la mayoría de los procariotas carecen de orgánulos unidos a membranas como los que se encuentran en los eucariotas, pero pueden ensamblar proteínas en varios tipos de inclusiones, como vesículas de gas y gránulos de almacenamiento.
En las bacterias gramnegativas, las proteínas pueden incorporarse a la membrana plasmática, la membrana externa, el periplasma o secretarse al medio ambiente. Los sistemas para secretar proteínas a través de la membrana externa bacteriana pueden ser bastante complejos y desempeñar funciones clave en la patogénesis. Estos sistemas pueden describirse como secreción tipo I, secreción tipo II, etc.
En la mayoría de las bacterias grampositivas, ciertas proteínas son objetivo de exportación a través de la membrana plasmática y posterior unión covalente a la pared celular bacteriana. Una enzima especializada, la sortasa , escinde la proteína diana en un sitio de reconocimiento característico cerca del extremo C de la proteína, como un motivo LPXTG (donde X puede ser cualquier aminoácido), y luego transfiere la proteína a la pared celular. Se encuentran varios sistemas análogos que también presentan un motivo característico en la cara extracitoplasmática, un dominio transmembrana C-terminal y un grupo de residuos básicos en la cara citosólica en el extremo C-terminal de la proteína. El sistema PEP-CTERM/ exosortasa , que se encuentra en muchas bacterias Gram-negativas, parece estar relacionado con la producción de sustancias poliméricas extracelulares . El sistema PGF-CTERM/arqueosortasa A en arqueas está relacionado con la producción de la capa S. El sistema GlyGly-CTERM/rombosortasa, que se encuentra en Shewanella, Vibrio y algunos otros géneros, parece implicado en la liberación de proteasas, nucleasas y otras enzimas.
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