¡Descarga Transporte Vesicular: Un Viaje a Través del Sistema de Endomembranas y más Monografías, Ensayos en PDF de Medicina solo en Docsity!
Transporte vesicular El ingreso de proteínas al RE representa por lo general el primer paso de un camino que tiene como fin llevar estas moléculas a diferentes destinos de la célula. El transporte desde el RE hacia el complejo de Golgi y desde este hacia otros compartimientos del sistema de endomembranas se lleva a cabo por medio del brote continuo de vesículas de transporte. Estas vesículas permiten la comunicación entre el interior de la célula y el medio externo, mediando el transporte desde el RE hacia la membrana plasmática y desde esta hacia los lisosomas. A continuación se detalla los mecanismos detrás de la formación de vesículas como también las vías en las que las que estas participan. Las vesículas de transporte conducen proteínas solubles y de membrana entre los compartimientos El transporte vesicular en el que participa todo el sistema de endomembranas está altamente organizado y regulado. Este puede ser dividido en vías secretoras y vías endociticas (Figura 1) ; Las vías secretoras son aquellas que tienen como finalidad exportar material fuera de la célula mientras que las vías endociticas tienen como finalidad importar material hacia el interior de la célula. Una de las principales vías secretoras comienza con la biosíntesis de proteínas en la membrana del RE y el ingreso de estas a este compartimiento. Del RE se dirige al complejo de Golgi, donde estas proteínas van a ser empaquetadas en vesículas que van a tener un destino específico como por ejemplo la membrana plasmática. Hay otra rama que sale del complejo de Golgi y se dirige a los endosomas con la finalidad de proporcionar las proteínas hidrolíticas que ahí se encuentran. Las vías endociticas consisten en la ingesta y degradación de materiales extracelulares en los lisosomas. En este caso el material celular es transportado desde la membrana plasmática hacia los lisosomas en vesículas transportadoras. Figura 1. Las vesículas brotan de una membrana y se fusionan con otra; transportan los componentes de la membrana y las proteínas solubles entre los compartimientos celulares. En rojo se observa el destino de las vesículas en las vías secretoras y en verde de las vías endociticas.
Hay diversos aspectos que son importantes para que el transporte vesicular funcione correctamente, en primer lugar debe haber una selección de las moléculas que van a ser incluidas en vesículas con destinos específicos. Esto quiere decir, por ejemplo una vesícula que tiene como destino transportar proteínas a la membrana plasmática tiene que ser capaz de excluir proteínas que tienen como función quedarse en el RE. Por otro lado, otro aspecto importante del transporte vesicular es que cada destino tiene que tener una identidad propia para que pueda ser reconocido por las vesículas. Cada compartimiento tiene un conjunto de moléculas de superficie que permiten que moléculas presentes en la superficie de las vesículas los reconozca. De esta manera las vesículas únicamente se unen a los compartimientos a los que están destinadas. El brote de la vesícula esta inducida por el ensamblado de la cubierta proteica La mayoría de vesículas que brotan de membranas tienen una cubierta proteica específica en su superficie citosólica, estas se denominan vesículas recubiertas. Una vez que se han separado de la membrana de donde se originaron, estas vesículas pierden la cubierta proteica para que la membrana vesicular pueda interactuar específicamente con moléculas en la superficie de los compartimientos destino. La cubierta cumple al menos dos funciones: Darle forma de brote a la membrana y ayuda a capturar moléculas para su posterior transporte ( Figura 2 ). Las vesículas más estudiadas tienen como proteína de cubierta las clatrinas. Las vesículas que presentan esta proteína de cubierta podemos encontrarlas en las vías secretoras cuando emergen del complejo de Golgi con dirección a la membrana plasmática como también en las vías endocíticas cuando emergen desde la membrana plasmática en dirección al lisosoma. En la membrana plasmática por ejemplo, cada vesícula comienza a formarse gracias a la unión de las clatrinas que van a formar una especie de fosa recubierta. Estas proteínas debido a su forma un tanto curvada permiten la formación de una red del tipo de una canasta que desde la superficie citosólica se puede observar como un brote. Luego una proteína denominada dinamina va a ajustarse como un anillo alrededor del cuello de cada fosa, para posteriormente producir la constricción del anillo y por lo tanto el desprendimiento de la vesícula de la membrana ( Figura 2 y 3 ). Figura 2. Las moléculas de clatrina forman jaulas similares a canastas que ayudan a dar a las membranas la forma de vesícula. Se puede observar en la imagen cuatro etapas distinas del brote de vesículas recubiertas. Aquello que se observa como puntitos sobre la superifice de la membrana corresponde a las clatrinas.
Vías secretoras Las proteínas, los lípidos y carbohidratos recién fabricados se envían desde el RE por el Complejo de Golgi hacia la superficie celular por medio de vesículas de transporte que se fusionan con la membrana plasmática en un proceso denominado exocitosis. Cada molécula que viaja a lo largo de esta vía pasa a través de una secuencia fija de compartimientos y con frecuencia sufre modificaciones químicas durante su marcha. A continuación se detalla el transporte y las modificaciones de las proteínas cuyo destino es ser secretadas. La mayoría de las proteínas son modificadas en forma covalente en el RE Una de las modificaciones más importantes que se dan dentro del RE, es la formación de puentes disulfuro. Los puentes disulfuro son enlaces covalentes que se forman entre los grupos tioles (- SH) presentes en las cadenas laterales de cisteínas, mediante una reacción de oxidación catalizada por una enzima que se encuentra en la luz del RE. Los puentes disulfuro son importantes porque permiten estabilizar la estructura de una proteína. Otra modificación importante que sufren las proteínas en el RE consiste en unir a aminoácidos específicos de manera covalente cadenas laterales de oligosacáridos para formar glucoproteínas. Este proceso denominado glucosilación, en el cual se añade una cadena de 14 azucares preformada, es catalizado por enzimas específicas que residen únicamente dentro del RE ( Figura 4 ). Sin embargo luego de añadirse esta secuencia de carbohidratos, estos pueden ser modificados posteriormente lo que explica la gran diversidad de cadenas laterales presentes en las glucoproteínas. Estos oligosacáridos cumplen diversas funciones en estas proteínas, una de ellas es protegerlas contra la degradación y retenerlas en el RE hasta que se plieguen correctamente. Otra función importante es guiar a la proteína hasta el orgánulo apropiado al actuar como señal de transporte y que determina en qué tipo de vesícula se va a empaquetar la proteína. Otra función que tienen estos oligosacáridos se da en aquellas proteínas que están destinadas a ser parte de la membrana plasmática, en estos casos intervienen en la comunicación celular. Figura 4. Proceso de glucocilación en el RE. El esquema muestra cómo se une covalentemente a una asparagina el cebador de 14 monosacáridos.
El control de la salida del RE garantiza la calidad de la proteína Las proteínas que ingresan en el RE van a tener dos posibles destinos, uno de ellos es quedarse en el RE debido a que va a cumplir una función ahí o ser exportado hacia el complejo de Golgi para alcanzar su destino final. Aquellas proteínas que van a permanecer en RE presentan una secuencia C- terminal de cuatro aminoácidos que se denomina “señal de retención en el RE”. Por otro lado la gran mayoría de proteínas van a ser transportadas hacia el complejo de Golgi mediante vesículas de transporte. Sin embargo para que estas proteínas puedan ser empaquetadas en vesículas, primero tienen que pasar por un control que determina si se han plegado de manera correcta. En caso no estén plegadas correctamente, las proteínas van a ser retenidas por las proteínas chaperonas del RE, que tienen como función mantener a la proteínas mal plegadas en este compartimiento hasta que se plieguen correctamente. Aquellas proteínas que no consiguen adquirir la estructura correcta son degradadas. Las proteínas se modifican y se distribuyen aún más en el complejo de Golgi El complejo de Golgi está formado por sacos aplanados delimitados por membranas (cisternas) que están dispuestos como pilas de platos. El número de pilas así como el tamaño del complejo varía entre los distintos tipos celulares. Cada pila que forma parte del complejo de Golgi posee dos caras distintas: Una de entrada (cis) y una de salida (trans). La cara cis es la que se encuentra adyacente al RE y es la que va a recibir las vesículas de transporte. Una vez en el complejo de Golgi estas proteínas se van a mover a lo largo de las distintas pilas mediante vesículas de transporte que brotan de una cisterna y se fusionan con la siguiente. Al terminar el paso a través del complejo de Golgi, estas proteínas saldrán desde la cara trans mediante vesículas de transporte que se dirigirán hacia la membrana plasmática u otro compartimiento. Además, durante el paso a través del complejo de Golgi las proteínas y glucoproteínas pueden sufrir más modificaciones, tanto en los oligosacáridos como en algunos aminoácidos. Las proteínas secretoras se liberan de la célula por exocitosis Todas las células eucariontes presentan una corriente constante de vesículas que brotan de la cara trans del complejo de Golgi y se fusionan con la membrana plasmática. Esta vía se denomina exocitosis constitutiva y opera de forma continua para aportar lípidos y proteínas a la membrana plasmática. Esta vía es la que permite que la membrana plasmática crezca antes de que la célula se divida. Así mismo permite que proteínas que son secretadas se asocien a la superficie celular como proteínas periféricas o formen parte de la matriz extracelular ( Figura 5 ). Además de la vía de exocitosis constitutiva presente en todas las células eucariontes, existe la vía de exocitosis regulada la cual solo está presente en células especializadas en secreción. Estas células secretoras especializadas producen grandes cantidades de productos específicos como por ejemplo hormonas, moco, neurotransmisores o enzimas digestivas que se almacenan en vesículas secretoras para su liberación posterior. Estas vesículas al brotar de la cara trans del complejo de Golgi comienzan a acumularse cerca la membrana plasmática. De esta manera quedan a la espera de que llegue alguna señal extracelular que le indique a la célula que debe secretar el contenido de las vesículas. Esta señal va a permitir que la vesícula secretora se fusione con la membrana plasmática liberando su contenido al exterior. Un tipo celular que realiza este tipo de exocitosis son las células β pancreáticas, las cuales únicamente al haber un aumento de glucosa en sangre (el estímulo o la señal extracelular) liberaran la insulina que se encuentra esperando en las vesículas secretoras ( Figura 5 ).
Las células fagocíticas especializadas ingieren partículas grandes La fagocitosis fue observada por primera vez hace aproximadamente 100 años en protozoos, donde estos organismos utilizan la fagocitosis como una forma de alimentación. Es así como ingieren partículas grandes como bacterias y las capturan en vesículas denominadas fagosomas. Luego estos fagosomas se fusionan con los lisosomas, donde gracias a la presencia de una batería de enzimas hidrolíticas se digiere el contenido ingerido. En organismos pluricelulares son escasas las células capaces de llevar a cabo la fagocitosis, un ejemplo son los macrófagos aunque existen otras. Estas células son parte del sistema inmune del ser humano y utilizan la fagocitosis para la eliminación de partículas foráneas incluyendo bacterias y otros patógenos. Otra función de estas células en organismos pluricelulares es depurar las células dañadas y/o muertas ( Figura 6 ). Figura 6. Célula fagocítica ingiriendo a otra célula. En la microfotografía electrónica se puede observar parte de un macrófago que está fagocitando una bacteria. Se puede observar como los seudópodos del macrófago casi han rodeado por completo a la bacteria. Los líquidos y las moléculas pequeñas son captados por pinocitosis Las células eucariontes ingieren de manera continua moléculas y liquido del medio externo en forma de vesículas pinociticas pequeñas. Como se explicó previamente, las vesículas que se forman por medio de pinocitosis van a presentar inicialmente una recubierta de clatrinas. Conforme brota y se separa la vesícula de la membrana plasmática, está recubierta se pierde para que la vesícula desnuda pueda fusionarse con un endosoma que posteriormente se unirá al lisosoma. Una característica importante de la pinocitosis es que no es específica, esto quiere decir que no hay una selección por parte de la célula del material que es ingerido. Este proceso se lleva a cabo continuamente, sin embargo la superficie de la membrana plasmática no disminuye debido a que es a su vez es regenerada por la exocitosis constitutiva.
La endocitosis mediada por receptores proporciona una vía específica hacia el interior de las células animales Como se mencionó en el apartado anterior la pinocitosis se caracteriza por la ingesta indiscriminada de material extracelular y esta mediado por las vesículas recubiertas con clatrina. Sin embargo muchas de las células animales aprovechan la pinocitosis para la captación de macromoléculas específicas a partir del líquido extracelular, vía que denomina endocitosis mediada por receptores. Las macromoléculas se unen a receptores que se ubican en la superficie celular e ingresan en la célula como complejos macromolécula – receptor dentro de las vesículas recubiertas con clatrina. Este método permite que la célula sea capaz de ingerir grandes cantidades de una molécula en particular sin la necesidad de ingerir grandes cantidades de líquido también. Un ejemplo importante de la endocitosis mediada por receptores es la capacidad de las células animales para captar el colesterol requerido para elaborar membrana nueva. El colesterol al ser una molécula hidrófoba debe ser transportado a través de la sangre unida a un complejo de lípidos y proteínas llamado lipoproteínas (específicamente las del tipo LDL). Estas lipoproteínas se unen receptores de la superficie celular y los complejos lipoproteína – receptor son ingeridos por la célula mediante la endocitosis mediada por receptores. La vesícula endocitica que se forma se fusiona con un endosoma, en el interior del endosoma se separa la lipoproteína del receptor. El receptor regresa a la superficie celular mientras que la lipoproteína ingresa al lisosoma. Dentro del lisosoma la lipoproteína es degradada. En algunas personas estos receptores pueden no funcionar correctamente debido a mutaciones en el gen que los codifica, esto trae como consecuencia que haya una concentración alta de colesterol en sangre. Otros compuestos también pueden ingresar a la célula mediante esta vía como por ejemplo la vitamina B12 o el hierro. Sin embargo, esta vía puede ser aprovechada por microorganismos patógenos para ingresar a la célula, un ejemplo de este caso se da con el virus de la influenza y HIV. Figura 7. La endocitosis mediada por receptores. Se puede observar en el esquema el proceso mediante el cual las lipoproteínas LDL son reconocidas por receptores específicos y capturadas en vesículas hacia el interior de la célula. Estas vesículas luego van a fusionarse con el endosoma, donde se separa el receptor de la lipoproteína. El receptor regresa a la superficie celular mientras que la lipoproteína pasa al lisosoma para su degradación.
Figura 8. Los materiales destinados a la degradación siguen vías diferentes hacia los lisosomas. En el esquema se muestra resumido como llegan las distintas vesículas formadas por endocitosis hacia el lisosoma. En el caso de la fagocitosis se forma una fagosoma el cual posteriormente se fusiona con el lisosoma. En el caso de pinocitosis y endocitosis mediadad por recpetores la vesicula primero llega al endosoma temprano, conforme el endosoma temprano avanza hacia el lisosoma se convierte en endosoma tardío. El endosoma tardío termina fusionándose con el lisosoma. En el caso de que exista una organela alguna estructura celular deficiente esta en encerrada en un autofagosoma que luego se dirige hacia el lisosoma.
