Modificacion y transporte de las proteinas

MODIFICACION Y TRANSPORTE DE

LAS PROTEINAS:

2.- EL APARATO DE GOLGI

El aparato de Golgi (AG) es un orgánulo localizado cerca del núcleo, y está

formado por agrupaciones de vesículas esféricas o aplanadas, llamadas cisternas (Figura

1). Cada conjunto de cisternas con forma discoidal forma una estructura que recuerda a

un montón de platos apilados, y recibe el nombre de dictiosoma. Un dictiosoma típico

contiene unas 6 cisternas con un diámetro de alrededor de 1 μm. Según el tipo de célula,

el número de dictiosomas por célula varía desde unos pocos hasta varios cientos.

Asociadas a los dictiosomas se encuentran numerosas vesículas que emergen de sus

cisternas o que se funden con ellas.

El AG sirve de unión entre el retículo endoplásmico (RE) y la membrana

plasmática o de otros orgánulos (Figura 2). Una proteína típica recién sintetizada reside

en el RE durante unos 10 minutos. Unicamente las proteínas que están correctamente

plegadas pueden entrar en las vesículas de transporte que las llevan al AG para

completar su maduración. Las que no se han plegado correctamente permanecen en el RE

donde acaban por ser degradadas por proteínas especializadas. Las proteínas que

transportan estas vesículas se localizan en su interior (si van a ser secretadas), o

integradas en su membrana (si son proteínas de membrana). Las vesículas de transporte

se dirigen hacia el AG, donde por medio de fenómenos de fusión de membranas

descargan sus contenidos o aportan sus proteínas de membrana. Estos procesos de fusión

permiten, por un lado que las proteínas de secreción nunca estén en contacto con el

citosol, y por otro, que las proteínas de membrana conserven su topología.

Todas las células eucariotas tienen AG. Muchos tipos de moléculas atraviesan el

AG durante alguna etapa de su biosíntesis: proteínas de secreción, de membrana,

glicoproteínas, proteoglicanos, glicolípidos y en plantas, materiales de la pared celular.

Durante este recorrido, la proteína puede sufrir una o varias modificaciones como

pueden ser: alteración de las cadenas laterales de sus AA, la adición o eliminación de

azúcares, ruptura proteolítica, formación de puentes disulfuro, sulfatación, adición de

ácidos grasos o la formación de complejos con otras proteínas. El AG no sólo es

fundamental en las últimas etapas de la síntesis de muchas proteínas, sino que también

coordina el tráfico intracelular, dirigiendo las macromoléculas a su destino final. En

células secretoras el AG también sirve para concentrar y almacenar los productos en las

llamadas vesículas de secreción que sólo vaciarán sus contenidos en el exterior cuando

reciban el estímulo apropiado (Figura 3).

El AG posee tres regiones funcionales: (1) las vesículas alargadas próximas al RE

forman la cara cis del AG, (2) las vesículas de la zona intermedia constituyen la cara

media del AG y (3) las vesículas que estan en la periferia forman la cara trans y el

retículo trans-Golgi. Las vesículas de transporte que se dirigen hacia la cara cis del

aparato de Golgi descargan sus contenidos o aportan sus proteínas de membrana. Las

proteínas siguen su curso hacia la cara trans del AG, donde entran en contacto con el

complejo entramado vesicular del retículo trans-Golgi. Es en este punto donde se realiza

la distribución de cada proteína hacia su punto de destino. A partir de aquí, las proteínas

pueden (1) incorporarse a una vesícula de secreción, (2) ser enviadas hacia el lisosoma u

otros orgánulos, o (3) ser secretadas (Figura 4).

GLICOSILACION DE PROTEINAS EN EL AG

La modificación mas frecuente en el AG es la glicosilación. En eucariotas, los

oligosacáridos se clasifican en dos tipos: Los del tipo O, y los del tipo N. Ambos tipos

difieren tanto en su estructura como en su composición. Los oligosacáridos del tipo O se

unen al oxígeno del grupo hidroxilo (OH) de los AA serina, treonina o tirosina. Sus

cadenas de oligosacáridos son cortas (1-4 residuos), y contienen principalmente galactosa

y N-acetilgalactosamina. Los del tipo N se unen al nitrogeno del AA asparagina. Forman

largas cadenas de oligosácaridos (>5 residuos) y es la N-acetilglucosamina la que se une

a la asparagina, siendo además ricas en manosa. Los azúcares del tipo N forman diversos

tipos de estructuras, y su composición es variable.

Los primeros pasos de la N-glicosilación tienen lugar en el RE donde el

oligosacárido precursor se une a la proteína. Después, en el AG cada oligosacárido va

adquiriendo su forma característica. Hay dos tipos de oligosacáridos de tipo N: los de

alto contenido en manosa y los complejos (Figura 5). Los primeros sólo tienen manosa

y N-acetilglucosamina, y los complejos también tienen galactosa, ácido siálico (que les

da carga negativa) y fucosa. Ambos tipos pueden coexistir en la misma glicoproteína.

Las glicoproteínas que abandonan el RE sufren posteriores modificaciones en sus

cadenas de oligosacáridos a medida que atraviesan el AG hacia su destino final. Los

residuos de azúcar se van añadiendo de uno en uno, y se requiere energía. Cada paso está

catalizado por una glicosil-transferasa distinta. Estos enzimas son proteínas integrales de

la membrana, con el centro activo orientado hacia el interior AG. El proceso se completa

unos diez minutos antes de que la proteína alcance su destino definitivo en la célula.

La O-glicosilación es un proceso que tiene lugar exclusivamente en el AG. Este

proceso también está catalizado por una serie de glicosil-transferasas que añaden los

residuos de azúcar de uno en uno al grupo OH de serina, treonina o tirosina. En general,

el primer azúcar que se une a la proteína es la N-acetilgalactosamina. De esta forma se

sintetizan en el AG los proteoglicanos, que son las proteínas más intensamente

glicosiladas que se conocen. Los proteoglicanos pueden secretarse para fomar parte de la

matriz extracelular, o pueden aparecer en forma de proteínas integrales de la membrana.

Además, en combinación con otras proteínas altamente glicosiladas componen las

mucosas que recubren y protegen muchos epitelios. Gran parte de los residuos de azúcar

de los proteoglicanos están sulfatados, de forma que presentan gran número de cargas

negativas.

MADURACION DE PROTEINAS DE SECRECION Y DE MEMBRANA

Hemos visto que las proteínas de secreción y de membrana pierden la secuencia

señal N-terminal durante su síntesis. En muchos casos, este paso es el único necesario

para que la proteína adquiera su forma activa. Sin embargo, otras proteínas de secreción

se sintetizan en la forma proproteína o prohormona, que es un intermediario inactivo

de vida media larga. Durante las fases finales del proceso de maduración este precursor

se convierte en la forma activa por proteolisis. Este es el caso de las proteínas del suero

(albúmina) o de hormonas (insulina, glucagón). El fragmento del precursor que se corta

puede estar bien en uno de los extremos de la proteína (como en la proalbúmina), bien en

el interior de la cadena polipeptídica (como en la proinsulina o en el proglucagón). La

conversión de proinsulina en insulina tiene lugar en las vesículas de secreción recién

formadas. El pH de estas vesículas es ácido (pH=5.5). En estas condiciones la insulina

no se une a su receptor y por lo tanto no actúa sobre la célula que la está sintetizando.

En algunos casos, el enzima del lisosoma se sintetiza como una forma inactiva,

llamada proenzima. La ruptura proteolítica de la proenzima resulta en la formación de la

forma activa del enzima. Este corte tiene lugar, generalmente, en la vesícula ácida o en el

lisosoma. De esta forma la célula se protege de la actividad hidrolítica de estos enzimas

antes de que lleguen a su destino.

ENVIO DE LAS PROTEINAS A SU PUNTO DE

DESTINO

Cada uno de los orgánulos de la célula (RE, AG, membrana plasmática, lisosoma,

vesículas de secreción) tienen su propio conjunto de enzimas necesarios para su

funcionamiento correcto. Las proteínas destinadas a cada uno de estos orgánulos se

sintetizan en el RE rugoso y son transportadas a su destino mediante vesículas de

transporte. Las células eucariotas presentan gran cantidad de pequeñas vesículas

asociadas al AG, algunas de las cuales presentan un revestimiento de clatrina. El AG

parece ser el principal director del tráfico de macromoléculas en la célula. ¿Cómo son

capaces de determinar a qué orgánulo se dirigen?

ENVIO DE PROTEINAS AL LISOSOMA

Los enzimas de los lisosomas se ecumulan en el RE después de su síntesis y se

unen a un oligosacárido de tipo N, como cualquier proteína de secreción (Figura 6). En la

cara cis del AG, uno o más de los residuos de manosa del oligosacárido se fosforila.

Parece ser que el residuo de manosa fosforilado es la señal química que dirige la

proteína al lisosoma. Este proceso requiere dos enzimas. La primera es la Nacetilglucosamina

fosfotransferasa, que reconoce

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