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Retículo endoplasmático

Micrografía de la red del retículo endoplasmático rugoso que rodea el núcleo (mostrada en la zona inferior derecha de la imagen). Los pequeños círculos oscuros en la red son mitocondrias .

El retículo endoplasmático ( RE ) es parte de un 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 endoplasmático rugoso ( RER ) y retículo endoplasmático liso ( REL ). El retículo endoplasmático se encuentra en la mayoría de las células eucariotas y en las nalgas y forma una red interconectada de sacos aplanados y encerrados en membranas conocidos como cisternas (en el RER) y estructuras tubulares en el REL. Las membranas del RE son continuas con la membrana nuclear externa . El retículo endoplasmático 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. El RER se encuentra principalmente hacia el núcleo de la célula y el SER hacia la membrana celular o la 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 funciona en la síntesis de lípidos , pero no en el metabolismo , la producción de hormonas esteroides y la desintoxicación . [1] El SER es especialmente abundante en las células del hígado y las gónadas de los mamíferos .

El retículo endoplásmico fue observado mediante microscopía óptica por Garnier en 1897, quien acuñó el término ergastoplasma . [2] [3] Las membranas de encaje del retículo endoplasmático fueron vistas por primera vez mediante microscopía electrónica en 1945 por Keith R. Porter , Albert Claude y Ernest F. Fullam. [4] Más tarde, la palabra retículo , que significa "red", fue aplicada por Porter en 1953 para describir este tejido de membranas. [5]

Estructura

1  Núcleo 2 Poro nuclear 3  Retículo endoplasmático rugoso (RER) 4  Retículo endoplasmático liso (REL) 5 Ribosoma en el RE rugoso 6 Proteínas que se transportan 7 Vesícula  de transporte 8 Aparato de Golgi 9  Cara cis del aparato de Golgi 10  Cara trans del aparato de Golgi 11  Cisternas del aparato de Golgi                                 
Representación 3D del retículo endoplasmático

La estructura general del retículo endoplasmático 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 lumen), que es continuo con el espacio perinuclear pero separado del citosol . Las funciones del retículo endoplasmático 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 endoplasmático 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 incrustación de nuevas proteínas en la membrana, así como cambios estructurales. Los cambios en el contenido de proteínas pueden ocurrir sin cambios estructurales notables. [6] [7]

Retículo endoplasmático rugoso

Una animación de 2 minutos que muestra cómo una proteína destinada a la vía secretora se sintetiza y se secreta en el retículo endoplásmico rugoso, que aparece en la parte superior derecha aproximadamente a la mitad de la animación.

La superficie del retículo endoplasmático rugoso (a menudo abreviado RER o RE rugoso ; también llamado retículo endoplasmático granular ) está tachonada de ribosomas productores de proteínas, lo que le da una apariencia "rugosa" (de ahí su nombre). [8] El sitio de unión del ribosoma en el retículo endoplasmático rugoso es el translocón . [9] 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-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 . [10] 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 ribosomal se une al translocón del RER , donde la traducción continúa con la formación de la proteína naciente (nueva) en el lumen y/o la membrana del RER. La proteína es procesada en el lumen del RE por una enzima (una peptidasa señal ), que elimina el péptido señal. En este punto, los ribosomas pueden liberarse nuevamente al citosol; sin embargo, también se sabe que los ribosomas que no traducen permanecen asociados con los translocones. [11]

La membrana del retículo endoplasmático rugoso tiene la forma de grandes láminas de doble membrana que se encuentran cerca de la capa externa de la envoltura nuclear y son continuas con ella . [12] Las láminas de doble membrana están apiladas y conectadas a través de varias rampas helicoidales de derecha o izquierda, las "rampas de Terasaki", dando lugar a una estructura que se asemeja a un estacionamiento . [13] [14] Aunque no hay una membrana continua entre el retículo endoplasmático y el aparato de Golgi , las vesículas de transporte unidas a la membrana transportan proteínas entre estos dos compartimentos. [15] Las vesículas están rodeadas por proteínas de recubrimiento llamadas COPI y COPII. COPII dirige las vesículas al aparato de Golgi y COPI las marca para que sean devueltas al retículo endoplasmático rugoso. El retículo endoplasmático rugoso trabaja en conjunto 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 de membrana , donde las membranas del retículo endoplásmico y otros orgánulos se mantienen estrechamente juntas, lo que permite la transferencia de lípidos y otras moléculas pequeñas. [16] [17]

El retículo endoplasmático rugoso es clave en múltiples funciones:

Retículo endoplasmático liso

Micrografía electrónica que muestra el retículo endoplásmico liso (flecha) en tejido de ratón, con un aumento de 110 510×

En la mayoría de las células, el retículo endoplasmático liso (abreviado SER ) es escaso. En cambio, hay áreas donde el RE es en parte liso y en parte rugoso, esta área se llama RE de transición. El RE de transición recibe su nombre porque contiene sitios de salida del RE. Estas son áreas donde las vesículas de transporte que contienen lípidos y proteínas producidas en el RE, se desprenden del RE y comienzan a moverse hacia el aparato de Golgi . Las células especializadas pueden tener mucho retículo endoplasmático liso y en estas células el RE liso tiene muchas funciones. [6] Sintetiza lípidos , fosfolípidos , [19] [20] [21] y esteroides . Las células que secretan estos productos, como las de los testículos , los ovarios y las glándulas sebáceas , tienen una abundancia de retículo endoplasmático liso. [22] También lleva a cabo el metabolismo de los carbohidratos, la desintoxicación de los productos del metabolismo natural y del alcohol y las drogas, la unión de receptores en las proteínas de la membrana celular y el metabolismo de los esteroides . [23] En las células musculares, regula la concentración de iones de calcio . El retículo endoplasmático liso se encuentra en una variedad de tipos de células (tanto animales como vegetales), y cumple diferentes funciones en cada uno. El retículo endoplasmático 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 celular. Estos tubos a veces se ramifican formando una red que tiene apariencia reticular. [12] En algunas células, hay áreas dilatadas como los sacos del retículo endoplasmático rugoso. La red del retículo endoplasmático liso permite que se dedique una mayor superficie a la acción o almacenamiento de enzimas clave y los productos de estas enzimas. [ cita requerida ]

Retículo sarcoplásmico

Fibra muscular esquelética , con retículo sarcoplásmico coloreado en azul

El retículo sarcoplásmico (SR), del griego σάρξ sarx ("carne"), es el retículo endoplasmático liso que se encuentra en las células musculares . La única diferencia estructural entre este orgánulo y el retículo endoplasmático liso es la composición de proteínas que tienen, tanto unidas a sus membranas como flotando dentro de los confines de sus lúmenes. Esta diferencia fundamental es indicativa de sus funciones: el retículo endoplasmático sintetiza moléculas, mientras que el retículo sarcoplásmico almacena iones de calcio y los bombea hacia el sarcoplasma cuando se estimula la fibra muscular. [24] [25] 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 . [26]

Funciones

El retículo endoplasmático cumple muchas funciones generales, incluido el plegamiento de las moléculas de proteína en sacos llamados cisternas y el transporte de proteínas sintetizadas en vesículas al aparato de Golgi . El retículo endoplasmático rugoso también está involucrado en la síntesis de proteínas. El plegamiento correcto de las proteínas recién creadas es posible gracias a varias proteínas chaperonas del retículo endoplasmático , incluida la proteína disulfuro isomerasa (PDI), ERp29, el miembro de la familia Hsp70 BiP/Grp78 , calnexina , calreticulina y la familia de peptidilprolil isomerasas. Solo las proteínas correctamente plegadas se transportan desde el RE rugoso al aparato de Golgi: las proteínas desplegadas causan una respuesta de proteína desplegada como respuesta al estrés en el RE. Las alteraciones en la regulación redox , la regulación del calcio, la privación de glucosa y la infección viral [27] o la sobreexpresión de proteínas [28] pueden provocar una respuesta al estrés del retículo endoplasmático (estrés del RE), un estado en el que el plegamiento de las proteínas se ralentiza, lo que conduce a un aumento de las proteínas desplegadas . Este estrés está surgiendo como una posible causa de daño en la hipoxia/isquemia, la resistencia a la insulina y otros trastornos. [29]

Transporte de proteínas

Las proteínas secretoras, principalmente las glicoproteínas , se mueven a través de la membrana del retículo endoplasmático. Las proteínas que son transportadas por el retículo endoplasmático a lo largo 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 RE a través del translocón , un complejo multiproteico incrustado en la membrana. Las proteínas que están destinadas a lugares fuera del retículo endoplasmático 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 codistribuido con microtúbulos y la despolimerización de estos últimos causa su coagregación con las mitocondrias, que también están asociadas con el RE. [30]

El retículo endoplasmático también forma 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 en 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 las proteínas ubicadas en el lumen y KKXX para las proteínas transmembrana. [31] Sin embargo, se producen variaciones de KDEL y KKXX, y otras secuencias también pueden dar lugar a la retención en el retículo endoplasmático. No se sabe si dicha variación puede conducir a localizaciones sub-ER. Hay tres receptores KDEL ( 1 , 2 y 3 ) en las células de mamíferos, y tienen un grado muy alto de identidad de secuencia. Las diferencias funcionales entre estos receptores aún deben establecerse. [32]

Regulación bioenergética del suministro de ATP del RE por un mecanismo CaATiER

Modelo de transporte antagonizado por Ca2+ hacia el retículo endoplásmico (CaATiER)

El retículo endoplasmático no alberga una maquinaria de regeneración de ATP y, por lo tanto, requiere la importación de ATP desde las mitocondrias. El ATP importado es vital para que el RE lleve a cabo sus funciones celulares de mantenimiento, como el plegamiento y el tráfico de proteínas. [33]

El transportador de ATP del RE, SLC35B1/AXER, fue clonado y caracterizado recientemente, [34] y las mitocondrias suministran ATP al RE a través de un mecanismo de transporte antagonizado por Ca 2+ hacia el RE ( CaATiER ). [35] El mecanismo CaATiER muestra sensibilidad al Ca 2+ citosólico que varía desde un rango alto de nM a un rango bajo de μM, y el elemento sensor de Ca 2+ aún debe identificarse y validarse. [36]

Importancia clínica

El aumento del estrés suprafisiológico del RE en las células β pancreáticas altera la secreción normal de insulina, lo que conduce a hiperinsulinemia [37] y, en consecuencia, a una resistencia periférica a la insulina asociada con la obesidad en los seres humanos. [38] Los ensayos clínicos en humanos también sugirieron un vínculo causal entre el aumento inducido por la obesidad en la secreción de insulina y la resistencia periférica a la insulina. [39]

Las anomalías en XBP1 conducen a una mayor respuesta de estrés del retículo endoplásmico y posteriormente causan una mayor susceptibilidad a los procesos inflamatorios que pueden incluso contribuir a la enfermedad de Alzheimer . [40] En el colon , las anomalías de XBP1 se han relacionado con las enfermedades inflamatorias del intestino, incluida la enfermedad de Crohn . [41]

La respuesta de proteína desplegada (UPR) es una respuesta de estrés celular relacionada con el retículo endoplasmático. [42] La UPR se activa en respuesta a una acumulación de proteínas desplegadas o mal plegadas en el lumen del retículo endoplasmático. La UPR funciona para restaurar la función normal de la célula deteniendo la traducción de proteínas , degradando las proteínas mal plegadas y activando las vías de señalización que conducen al aumento de la producción de chaperonas moleculares involucradas en el plegamiento de proteínas . La sobreactivación sostenida de la UPR se ha relacionado con enfermedades priónicas , así como con varias otras enfermedades neurodegenerativas , y la inhibición de la UPR podría convertirse en un tratamiento para esas enfermedades. [43]

Véase también

Referencias

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