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microsoma

En biología celular , los microsomas son artefactos heterogéneos similares a vesículas (~20-200 nm de diámetro) que se vuelven a formar a partir de trozos del retículo endoplásmico (RE) cuando las células eucariotas se descomponen en el laboratorio ; Los microsomas no están presentes en las células vivas y sanas. [1]

Los microsomas rugosos (que contienen ribosomas ) y lisos (sin ribosomas) se forman a partir del retículo endoplásmico mediante la alteración celular . Estos microsomas tienen un interior que es exactamente igual a la luz del retículo endoplásmico. Ambas formas de microsomas pueden purificarse mediante un proceso conocido como centrifugación de densidad en equilibrio . Los microsomas rugosos y lisos difieren en sus proteínas y los microsomas rugosos han mostrado ocurrencia de traducción y translocación al mismo tiempo, además de ciertas excepciones con respecto a las proteínas de la levadura.

Hipótesis de la señal

La hipótesis de la señal fue postulada por Günter Blobel y David Sabatini en 1971, afirmando que una secuencia peptídica única está codificada por ARNm específico para proteínas destinadas a la translocación a través de la membrana del RE. Esta señal peptídica dirige el ribosoma activo a la superficie de la membrana y crea las condiciones para la transferencia del polipéptido naciente a través de la membrana. La generalización de la hipótesis de la señal para incluir señales para cada orgánulo y ubicación dentro de la célula tuvo un impacto mucho más allá de iluminar el objetivo de las proteínas secretoras, ya que introdujo el concepto de señales "topógenas" por primera vez. Antes de la hipótesis de la señal, era casi inconcebible que la información codificada en la cadena polipeptídica pudiera determinar la localización de las proteínas en la célula. [2]

Síntesis de proteínas libres de células

Esto se relaciona con la síntesis de proteínas sin células . La síntesis de proteínas sin células y sin microsomas no tiene forma de que se produzca la incorporación a los microsomas. Esto significa que cuando las membranas microsomales se presentan posteriormente no se produce la eliminación de la secuencia señal. Con los microsomas allí, la síntesis de proteínas libres de células demuestra el transporte cotraduccional de la proteína al microsoma y, por lo tanto, la eliminación de la secuencia señal. Este proceso produce una cadena proteica madura. Los estudios han analizado el proceso de síntesis de proteínas libres de células cuando a los microsomas se les quitan los ribosomas unidos. Esto explicó ciertos detalles sobre las secuencias señal del retículo endoplásmico. Normalmente, a una proteína secretora solo se le elimina la secuencia señal si los microsomas están ahí para la síntesis de proteínas debido a que la proteína secretora se incorpora a los microsomas. El transporte de proteínas no ocurre si hay una adición tardía de microsomas después de completar el proceso de síntesis de proteínas.

La extrusión de proteínas en un microsoma puede describirse por múltiples factores. Una proteína ha sido extruida si es resistente a las proteasas , no es resistente a las proteasas cuando hay detergentes presentes o está glicosilada por enzimas que residen en los microsomas. Además, otra señal de que una proteína ha sido extruida es la peptidasa señal que escinde el péptido señal N-terminal dentro del microsoma, lo que puede hacer que la proteína sea más pequeña.

Experimentos de persecución de pulsos

Los microsomas también desempeñan un papel en los experimentos Pulse-Chase . Los experimentos Pulse-Chase demostraron que las proteínas secretadas se mueven a través de la membrana del retículo endoplásmico cuando las membranas se purifican. Era importante separar el retículo endoplásmico del resto de la célula para analizar la translocación, pero esto no es posible debido a lo delicado e interconectado que está. Esto permitió que los microsomas entraran en juego, ya que tienen la mayoría de las propiedades bioquímicas del retículo endoplásmico. Los microsomas se forman mediante la homogeneización de las células y pequeñas vesículas cerradas con ribosomas en el exterior que se forman a partir de la descomposición del retículo endoplásmico rugoso. Cuando los microsomas se trataron con proteasa, se descubrió que el polipéptido elaborado por los ribosomas terminaba en la luz microsomal. Esto ocurre a pesar de que las proteínas se producen en la cara citosólica de la membrana del retículo endoplásmico.

Otros experimentos han demostrado que los microsomas deben introducirse antes de que se traduzcan aproximadamente los primeros 70 aminoácidos para que la proteína secretora entre en la luz microsomal. En este punto, 40 aminoácidos sobresalen del ribosoma y los 30 aminoácidos siguientes están en el canal ribosomal. La translocación cotraduccional explica que el transporte hacia la luz del retículo endoplásmico de proteínas secretoras comienza con la proteína todavía unida a los ribosomas y no completamente sintetizada. [3] Los microsomas se pueden concentrar y separar de otros desechos celulares mediante centrifugación diferencial . Las células, núcleos y mitocondrias intactas sedimentan a 10.000 g (donde g es la aceleración gravitacional de la Tierra), mientras que las enzimas solubles y el RE fragmentado, que contiene el citocromo P450 (CYP), permanecen en solución. A 100.000 g, logrado mediante una rotación centrífuga más rápida, el ER sedimenta fuera de la solución en forma de sedimento, pero las enzimas solubles permanecen en el sobrenadante . De esta forma se concentra y aísla el citocromo P450 en los microsomas. Los microsomas tienen un color marrón rojizo, debido a la presencia del hemo . Debido a la necesidad de un sistema proteico de varias partes, los microsomas son necesarios para analizar la actividad metabólica de las CYP. Estos CYP son muy abundantes en el hígado de ratas, ratones y humanos, pero también están presentes en todos los demás órganos y organismos.

Para obtener microsomas que contienen un CYP específico o altas cantidades de enzima activa, los microsomas se preparan a partir de células de insecto Sf9 o en levadura mediante expresión heteróloga . Alternativamente, también se puede realizar la expresión en Escherichia coli de proteínas completas o truncadas. [4] [5] Por lo tanto, los microsomas son una herramienta valiosa para investigar el metabolismo de compuestos (inhibición enzimática, eliminación e identificación de metabolitos ) y para examinar las interacciones entre fármacos mediante investigaciones in vitro . Los investigadores suelen seleccionar lotes de microsomas en función del nivel de actividad enzimática de CYP específicos. Algunos lotes están disponibles para estudiar poblaciones específicas (por ejemplo, microsomas pulmonares de fumadores o no fumadores) o se dividen en clasificaciones para cumplir con los niveles de actividad CYP objetivo para estudios de inhibición y metabolismo .

Los microsomas se utilizan para imitar la actividad del retículo endoplásmico en un tubo de ensayo y realizar experimentos que requieren la síntesis de proteínas en una membrana. Proporcionan una manera para que los científicos descubran cómo se producen las proteínas en el RE de una célula reconstituyendo el proceso en un tubo de ensayo.

Keefer y cols. investigó cómo se utilizan los microsomas del hígado humano y los hepatocitos humanos para estudiar la estabilidad metabólica y la inhibición de los sistemas in vitro. Analizar sus similitudes y diferencias puede arrojar luz sobre los mecanismos del metabolismo , la permeabilidad pasiva y los transportadores. Se demostró que la permeabilidad pasiva es importante en el metabolismo y la inhibición enzimática en los hepatocitos humanos. Además, el eflujo de P-gp tiene un papel menor en esta misma área. Además, los microsomas hepáticos predicen más la eliminación in vivo que los hepatocitos cuando proporcionan una eliminación intrínseca mayor que los hepatocitos. [6]

MTP

Iqbal, Jahangir y Al-Qarni estudiaron la proteína microsomal de transferencia de triglicéridos (MTP). MTP es una proteína residente en el retículo endoplásmico y ayuda a transferir lípidos neutros a la apolipoproteína B naciente . MTP tiene un gran uso para pacientes con abetalipoproteinemia con mutaciones de MTP debido a cómo afecta el ensamblaje y la secreción de lipoproteínas que contienen apoB . Estas mutaciones de MTP están relacionadas con la falta de circulación de las lipoproteínas que contienen apoB. MTP también participa con éster de colesterol y grupo de diferenciación 1d biosíntesis. La transferencia de esfingolípidos a lipoproteínas que contienen apoB también cae dentro de la capacidad de la MTP. La MTP trabaja con la homeostasis de lípidos y lipoproteínas y está relacionada con determinadas condiciones fisiopatológicas y enfermedades metabólicas . [7]

Wang y cols. exploró el metabolismo de fármacos in vitro utilizando microsomas de hígado humano y fracciones S9 de hígado humano. El estudio encontró diferencias significativas entre los microsomas hepáticos humanos y las fracciones S9 del hígado humano en las concentraciones de enzimas metabolizadoras de fármacos y proteínas transportadoras. Se determinaron las correlaciones proteína-proteína de estas enzimas y transportadores que metabolizan fármacos en relación con las dos preparaciones hepáticas. [8]

Ver también

Referencias

  1. ^ Voet D, Voet JG (2004). Bioquímica (3ª ed.). Wiley. pag. 1309.ISBN​ 0-471-19350-X.
  2. ^ Matlin, S. Karl (13 de abril de 2011). "Expresión espacial del genoma: la hipótesis de la señal a los cuarenta". Reseñas de la naturaleza Biología celular molecular . 12 (5): 333–340. doi :10.1038/nrm3105. PMID  21487438. S2CID  37896698.
  3. ^ Lodish, HF y col. (2008). Biología celular molecular. WH Freeman.
  4. ^ Pan Y, Abd-Rashid BA, Ismail Z, Ismail R, Mak JW, Ong CE (2011). "Expresión heteróloga de los citocromos P450 2D6 y CYP3A4 humanos en Escherichia coli y su caracterización funcional". El diario de proteínas . 30 (8): 581–91. doi :10.1007/s10930-011-9365-6. PMID  22001938. S2CID  26020065.
  5. ^ Schwarz D, Kisselev P, Honeck H, Cascorbi I, Schunck WH, Roots I (2001). "Coexpresión de variantes del citocromo P4501A1 (CYP1A1) humano y NADPH-citocromo P450 reductasa humana en el sistema de células de insecto/baculovirus". xenobiótica; El destino de los compuestos extraños en los sistemas biológicos . 31 (6): 345–56. doi : 10.1080/00498250110055947. PMID  11513247. S2CID  43124584.
  6. ^ Keefer, C. y col. (2020). Información mecanicista sobre la discordancia de eliminación e inhibición entre los microsomas hepáticos y los hepatocitos cuando la eliminación en los microsomas hepáticos es mayor que en los hepatocitos. Revista europea de ciencias farmacéuticas: revista oficial de la Federación Europea de Ciencias Farmacéuticas. Obtenido el 29 de noviembre de 2022 de PMID  32927071.
  7. ^ Iqbal, J., Jahangir, Z. y Al-Qarni, AA (2020). Proteína microsomal de transferencia de triglicéridos: del metabolismo de los lípidos a las enfermedades metabólicas. Avances en medicina y biología experimental. Obtenido el 29 de noviembre de 2022 de PMID  32705593.
  8. ^ Wang, X. y col. (2020, enero). Análisis proteómico comparativo de microsomas de hígado humano y fracciones S9. Metabolismo y disposición de fármacos: el destino biológico de las sustancias químicas. Obtenido el 29 de noviembre de 2022 de PMID  31699809.

enlaces externos