Resumen cap. 8 del libro de karp, biologia celular y molecular

Cap. 8 Sistemas de membranas citoplasmática: estructura, función y tránsito en la membrana.

El retículo endoplasmatico, el aparato de Golgi, endosomas, lisosomas y vacuolas, forman un sistema de endomembranas en el que componentes individuales funcionan como parte de una unidad coordinada.

8.1 Revisión del sistema endomembranoso.

Los organelos envían materiales y regresan de una parte de la célula a otra, en pequeñas vesículas de transporte limitadas por membranas que se desprenden de un compartimiento donador de membrana. Estas se mueven por rieles (micro túbulos y microfilamentos) en el citoplasma de forma dirigida.  Y cuando llegan a su destino las vesículas se fusionan con el receptor. Ya se han identificado distintas vías:
- vía biosintetica: se sintetizan proteínas en el retículo endoplasmatico, se modifican a su paso por el aparato de Golgi y se transportan del aparato de Golgi a varios destinos, como a la membrana citoplasmática, un lisosoma o una gran vacuola en células vegetales y también se le conoce como la vía secretora ya que muchas de las proteínas sintetizadas se descargan de la célula. Las actividades secretoras se dividen en dos: constitutivas y reguladas.
--constitutivas: los materiales se transportan en vesículas secretoras de los sitios donde se producen para descargarse en el espacio extracelular en forma continua.
--regulada: los materiales se almacenan en paquetes delimitados por membranas y se descargan solo como respuesta a un estímulo apropiado. Eje. Células endocrinas, células de los acinos pancreáticos. En alguna de estas células, los materiales que se secretan se almacenan en grandes gránulos secretores densos y delimitados por membrana.

Las proteínas, lípidos y polisacáridos complejos se transportan por la célula mediante la vía biosintica o secretora. Mientras que los materiales salen de la célula por la vía secretora la via endocitica opera de manera contraria.
- vía endocitica: los materiales se mueven de la superficie externa de la célula a los compartimientos, como los endosomas y lisosomas, que se localizan dentro del citoplasma.

El movimiento de las vesículas requiere de patrones de transito definidos para asegurarse que los materiales se entreguen de manera precisa en los sitios adecuados. Así mismo los diferentes organelos contiene proteínas integrales de distintas membranas, las proteínas de membrana también deben dirigirse a organelos particulares en virtud de sus domicilios específicos o señales clasificadoras que están codificadas en la secuencia de aminoácidos de las proteínas o en los oligosacáridos unidos. Las señales de clasificación son reconocidas por receptores específicos que residen dentro de las membranas o las cubiertas superficiales de las vesículas en gemación, lo que asegura el transporte de la proteína al destino apropiado.

8.2  Algunas aproximaciones al estudio de las endomembranas.

Información obtenida de la autorradiografia. La autorradiografia es un medio para visulizar los procesos bioquímicos al permitir que los investigadores determinen la localizalizacion de materiales con marca radioactiva dentro de una celula. En esta técnica, los cortes histicos con los isotopos radioactivos se cubren con una capa delgada de emulsion fotográfica, los sitios de la celula que contiene radioactividad se revelan al microscopio por los granos de plata de la emulsion que se aplicó encima. Para conocer los puntos incubaron fragmentos de tejido pancreático en una solución que tenía aminoácidos radioactivos. Los tejidos se fijaron y con la autorradiografia se identificó la localización de las proteínas que se habían sintetizado durante la incubación con aminoácidos marcados. Y así se descubrió el retículo endoplasmatico como el sitio donde se sintetizan las proteínas secretoras. Pero para determinar la via intracelular que siguen las proteínas secretoras. Un experimento de este tipo se llama pulso-persecucion. El pulso se refiere a la incubación con radioactividad durante la cual los aminoácidos marcados se incorporan en la proteína. La persecución se refiere al periodo en el que el tejido se expone al medio no marcado, un periodo durante el cual se sintetizan proteínas adicionales con aminoácidos no radioactivos. Con esta técnica es posible seguir los movimientos de las moléculas recién sintetizadas mediante la observación de la onda de material radioactivo que se mueve por los organelos citoplasmáticos desde un punto al siguiente hasta que se completa el proceso.

Información obtenida a partir de la proteína verde fluorescente. Permite a los investigadores seguir con sus propios ojos los movimientos de proteínas específicas mientras estos ocurren dentro de una sola célula viva. Emplean un gen aislado de una medusa, la proteína verde flourescente(GFP), emite luz flourescente, para usar esta técnica el DNA, que codifica a la GFP se fusiona con el DNA que codifica a la proteína que se va a estdiar y el DNA quimérico resultante se introduce en las células, las cuales pueden observarse al microscopio.
Como en el experimento con pulso radioactivo y persecución, el uso de un virus permite a los investigadores seguir una onda relativamente sincronica de movimientos de las proteínas, en este caso representada por una oleada fluorescencia verde que se inicia poco después de la infección. Este virus VSV(vesicular stomatitis virus ) se une con el gen GTP, cuando la celula esta infecta produce cantidades masivas de proteína VSVG y pasa el proceso de seguimiento. Los mutantes de este tipo que funcionan de manera normal a una temperatura baja (permisiva), pero no a una temperatura alta (restrictiva) se le llama mutantes sensibles a la temperatura.

Información obtenida del análisis bioquímico de las fracciones subcelulares. Cuando una celula se rompe por homogenización, las membranas citoplasmáticas se fragmnetan y los bordes de los fragmentos de la membrana se fusionan para formar vesículas de diferentes organelos menores de 100 nm, tiene diferentes propiedades, que les permite separarse entre si, y esta técnica se le llama fraccionamiento subcelular.
Las vesículas membranosas derivadas del sistema endomembranal(especialmente del RE y aparato de Golgi) forman colecciones heterogéneas de vesículas de tamaño similar que se conocen como microsomas. Las fracciones microsomicas se pueden segmentar aún más en fracciones de membrana lisa y rugosa. Ya aisladas las fracciones puede identificarse su composición bioquímica de varias fracciones. Eje. Se encontró que las vesículas de aparato de Golgi tenían enzimas que agregaban diferentes azucares al final de cadenas de carbohidratos, se pudo aislar una enzima específica y luego usarse como antígeno para hacer anticuerpos contra esa enzima, los anticuerpos podían unirse con materiales como oro que fuese posible ver en el microscopio electrónico y así reconocer la ubicación de la enzima en el comportamiento de membrana. Estos estudios detallaron la función del aparato del Golgi en el ensamble secuencial de los carbohidratos complejos.
Una vez que aíslas un organelo particular, es posible extraer las proteínas, separarlas e identificarlas mediante espectrometría de masas.  

Información obtenida a partir de sistemas libres de células. Encontraron que las partes aisaldas de una célula eran capaces de realizar actividades notables. Dichos sistemas libres de células, llamados así porque no contienen células completas, suministraron mucha información sobre los procesos complejos imposibles de estudiar con células intactas. Los investigadores emplearon sistema libres de células para identificar las funciones de muchas de las proteínas participantes en el tránsito de la membrana, las yemas y vesículas se producen después de incubar la preparación de liposomas con proteínas purificadas que en condiciones normales forman cubiertas en la superficie citosolica de las vesículas de transporte dentro de la célula. Sin las proteínas de cubierta no ocurriría el desprendimiento de vesículas. Gracias a esta, en la que los procesos celulares se reconstituyen in vitro a partir de los componentes purificados, los investigadores, han podido estudiar las proteínas que se unen con la membrana para iniciar la formación de vesículas, las proteínas encargadas de la selección del cargamento y las que cortan la vesícula de la membrana donadora.

Información obtenida del estudio de fenotipos mutantes.  Un mutante es un organismo o célula cuyos cromosomas contienen uno o más genes que codifican proteínas anormales. Las vesículas se desprenden del retículo endoplasmatico y viajan al aparato de Golgi. La célula tiene una mutación en el gen que codifica una proteína que participa en la formación de vesículas en la membrana del retículo endoplasmatico. Cuando no forma vesículas las células mutantes acumulan un retículo endoplasmatico extenso. En cambio un gen que codifica en la fusión de las vesículas, cuando el producto de este gen es defectuoso, las células mutantes acumulan un número excesivo de vesículas no fusionadas. Los investigadores interesados en la búsqueda de genes que afectan un proceso celular particular en células vegetales o animales aprovecharon un fenómeno celular llamado interferencia de RNA (RNAi). Este es un proceso en el que las células producen RNA pequeños (llamados siRNA) que se unen con mRNA específicos e inhiben la traducción de estos en proteínas.

8.3 El retículo endoplasmatico

El retículo endoplasmatico (ER) se divide en dos subcompartimientos, el reticuloendoplasmatico rugoso (RER) y el retículo endoplasmatico liso (SER). La composición del espacio luminal o cisternas dentro de las membranas del ER es muy diferente de la del espacio cirosolico circundante. Las proteínas y lípidos con marcas flourescentes pueden difundirse de un tipo de retículo endoplasmatico al otro, lo que indica que las membranas de los dos están conectadas, los dos tipos de retículos comparten sus proteínas y realizan ciertas actividades comunes, como la síntesis de algunos lípidos y colesterol, pero al mismo tiempo muchas proteínas se encuentran en un solo tipo de retículo. El ER rugoso se define por la presencia de ribosomas unidos a su superficie citosolica mientras que el ER liso carece de ribosoma.
El RER casi siempre se compone de una red de sacos aplanados (cisternas). El RER se continua con la membrana externa de la envoltura nuclear, que también  tiene ribosomas en su superficie citosolica, los elementos membranosos del SER son curvos y tubulares sistemas de tuberías interconectadas. Cuando se realiza la homogenización el SER se fragmenta en vesículas lisas mientras que RER en vesículas rugosas.

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