3.9: Cinesia de Proteína

Las proteínas son los principales bloques de construcción de la vida. Las células eucariotas sintetizan proteínas para miles de funciones diferentes. Algunos ejemplos:

• para construir los componentes del citosol (por ejemplo, microtúbulos, enzimas glicolíticas);
• para construir los receptores y otras moléculas expuestas en la superficie de la célula incrustada en la membrana plasmática;
• para suministrar algunos de los componentes de las mitocondrias y (en las células vegetales) cloroplastos;
• proteínas secretadas de la célula para suplir las necesidades de otras células y tejidos (por ejemplo, colágenos para apoyar a las células, hormonas para señalarlas).

Todas las proteínas son sintetizadas por ribosomas utilizando la información codificada en moléculas de ARN mensajero (ARNm). Este proceso se llama traducción y se describe en Traducción de genes: ARN -> Proteína. Nuestra tarea aquí es explorar las formas en que estas proteínas son entregadas a sus destinos adecuados.

Los diversos destinos para las proteínas se dan en dos conjuntos principales: (1) un conjunto para aquellas proteínas sintetizadas por ribosomas que permanecen suspendidos en el citosol, y (2) un segundo conjunto para proteínas sintetizadas por ribosomas que se unen a las membranas del retículo endoplásmico (ER) formando “rugosas retículo endoplásmico” (RER). Esta micrografía electrónica (cortesía de Keith Porter) muestra el RER en una célula de páncreas de murciélago. Las áreas más claras son los lúmenes. Entonces, la primera decisión que se debe tomar como ribosoma comienza a traducir un ARNm en un polipéptido es si permanecer libre en el citosol o unirse a la sala de urgencias.

Vías a través del retículo endoplásmico (ER)

La decisión de ingresar al ER viene dictada por la presencia de una secuencia señal en el polipéptido en crecimiento. La secuencia señal consiste en la primera porción de la cadena polipeptídica alargadora (por lo que la secuencia señal se produce en el extremo amino del polipéptido). Las secuencias señal típicas contienen 15-30 aminoácidos. La secuencia precisa de aminoácidos varía sorprendentemente de una proteína a la siguiente, pero todas las secuencias señal incluyen muchos aminoácidos hidrófobos.

Si hay una secuencia de señal presente,

• la traducción cesa después de haber sido sintetizada.
• La secuencia señal es reconocida por y está unida por una partícula de reconocimiento de señal (SRP).
• El complejo de ribosoma con su polipéptido naciente y la SRP se une a un receptor en la superficie (frente al citosol) del ER.
• El SRP sale y se reinicia la traducción.
• La cadena polipeptídica en crecimiento se extruye a través de un poro en la membrana del RE y en el lumen del ER.
• La secuencia señal es usualmente recortada del polipéptido a menos que el polipéptido sea retenido como una proteína de membrana integral.
• Otras proteínas, llamadas chaperonas moleculares, presentes en la luz del RE, se unen a la cadena polipeptídica en crecimiento y la ayudan a plegarse en su estructura terciaria correcta.
• Se pueden agregar residuos de azúcar a la proteína. El proceso se llama glicosilación y muchas veces es esencial para el correcto plegamiento del producto final, una glicoproteína.

Nota

El Premio Nobel de Fisiología o Medicina 1999 fue otorgado al Dr. Günter Blobel por su descubrimiento de la secuencia señal y otras señales intrínsecas que permiten que las proteínas lleguen a sus propios destinos.

Destinos de proteínas sintetizadas dentro de la sala de emergencias

Figura 3.9.1: Glicosilación

Hay dos opciones.

1. las proteínas glicosiladas con residuos de manosa-6-fosfato abandonarán el Golgi en vesículas de transporte que eventualmente se fusionan con lisosomas (ruta 2 en la fig. 3.9.1).
2. proteínas que no reciben este marcador, dejan en el transporte vesículas que eventualmente se fusionan con la membrana plasmática (ruta 1 en la fig. 3.9.1). Se trata de proteínas integrales de membrana que quedan expuestas en la superficie de la célula (formando receptores y similares) y proteínas en solución dentro de la vesícula de transporte. Estos son dados de alta de la celda. Este proceso secretor se llama exocitosis.

La partícula de reconocimiento de señal (SRP)

La partícula de reconocimiento de señal en células de mamífero está hecha de:

• una sola molécula pequeña (7S) de ARN
• seis moléculas diferentes de proteína

Contiene sitios de unión para la secuencia señal, el ribosoma, y un receptor SRP, también llamado la proteína de acoplamiento, en la cara del citosol de las membranas del ER.

Destinos de las Proteínas Sintetizadas por Ribosomas

Los ribosomas que sintetizan una proteína sin una secuencia señal no se unen al RE y continúan la síntesis hasta que se completa el polipéptido. Las chaperonas también están presentes en el citosol que ayudan a la proteína a asumir su configuración tridimensional final. Algunos de los destinos importantes para estas proteínas son:

• El propio citosol. Proteínas como las enzimas de la glucólisis, tubulinas para hacer microtúbulos y actina para hacer microfilamentos simplemente se liberan del ribosoma y se ponen a trabajar.
• El núcleo. Muchas proteínas —las histonas, los factores de transcripción y las proteínas ribosómicas son ejemplos notables— deben pasar del citosol al interior del núcleo. Se dirigen al núcleo por su secuencia de localización nuclear, una secuencia de 7—41 aminoácidos de los cuales los aminoácidos básicos lisina y arginina son miembros característicos. Estas proteínas son transportadas activamente a través de los poros de la envoltura nuclear hacia el interior.
• Mitocondrias. Aunque la mitocondria tiene su propio genoma y maquinaria de síntesis de proteínas, la mayoría de las proteínas utilizadas por las mitocondrias son Proteínas destinadas a mitocondrias contienen una secuencia señal característica. Esto es reconocido y unido por una chaperona llamada factor de estimulación mitocondrial (MSF). MSF dirige la proteína a un receptor incrustado en la membrana externa de la mitocondria. Otros factores y receptores llevan a las proteínas a través del espacio intermembrana a la membrana mitocondrial interna (por ejemplo, algunas proteínas de la cadena de transporte de electrones) y la matriz.
  • codificado por genes en el núcleo de la célula
  • sintetizado en el citosol
  • debe importarse a la mitocondria.
• Cloroplastos. Los cloroplastos, como las mitocondrias, tienen su propio genoma y su propia maquinaria de síntesis de proteínas. Pero también al igual que las mitocondrias, la mayoría de las proteínas utilizadas en los cloroplastos están codificadas por genes en el núcleo de la célula, son sintetizadas por ribosomas en el citosol, y luego deben ser importadas al cloroplasto. Las proteínas destinadas a cloroplastos son reconocidas por su secuencia de tránsito característica. También se necesitan chaperones para llevarlos a su destino final: estroma, membrana tilacoidea, etc.
• Peroxisomas. Las proteínas destinadas a los peroxisomas se sintetizan con un p eroxisomal t argeting s ignal (PTS) que se une a una molécula receptora que lleva la proteína al peroxisoma y luego regresa para otra carga.

  Se han identificado dos señales de orientación peroxisomal:

  Cada uno tiene su propio receptor para llevarlo al peroxisoma.
  • una secuencia de 9 aminoácidos en el extremo N-terminal de la proteína
  • un tripéptido en el C-terminal.