!
!
!
!
§ El!núcleo!sirve!de!almacén!de!la!información!genética!y!como!centro!de!control!celular!
§ La!replicación!del!ADN,!la!transcripción!y!el!procesamiento!del!ARN!ocurren!en!el!interior!del!núcleo!
§ La!envoltura!nuclear!separa!el!genoma!del!citoplasma!
§ La!presencia!de!un!núcleo!permite!que!la!expresión!génica!sea!regulada!por!mecanismos!
postranscripcionales,!como!el!splicing!alternativo!
§ La!envoltura!nuclear!limita!el!acceso!de!las!proteínas!al!material!genético,!proporciona!nuevas!
posibilidades!para!el!control!de!la!expresión!génica!a!nivel!de!la!transcripción!
ENVOLTURA NUCLEAR Y TRÁFICO NUCLEO-CITOPLASMA
§ La!envoltura!separa!el!contenido!del!núcleo!del!citoplasma!y!proporciona!un!armazón!estructural!al!
núcleo!
§ Las!membranas!nucleares!actúan!como!una!barrera!selectiva,!que!impide!el!libre!paso!de!las!moléculas!
entre!el!interior!nuclear!y!el!citoplasma!
§ Los!únicos!canales!en!la!envoltura!nuclear!están!representados!por!los!complejos!de!poro!nucleares,!
que!permiten!un!intercambio!controlado!de!moléculas!entre!el!núcleo!y!el!citoplasma!
§ El!trafico!selectivo!de!proteínas!y!ARN!a!través!de!los!complejos!de!poro!nucleares!tiene!un!papel!clave!
en!la!regulación!de!la!expresión!génica!
ESTRUCTURA DE LA ENVOLTURA NUCLEAR
§ La!envoltura!nuclear!posee!una!estructura!compleja,!constituida!por!dos!membranas!nucleares,!la!
lámina!nuclear!en!su!cara!interna!y!por!los!complejos!de!poros!nucleares!
Membranas nucleares
§ El!núcleo!está!delimitado!por!un!sistema!de!dos!membranas!concéntricas,!las!membranas!nucleares!
interna!y!externa!
§ La!membrana!nuclear!externa!se!continua!con!la!membrana!del!retículo!endoplásmico,!por!lo!que!hay!
una!comunicación!directa!entre!el!espacio!intermembrana!y!el!lumen!del!RE!
§ La!membrana!nuclear!externa!es!funcionalmente!similar!a!la!del!RE!
§ Posee!ribosomas!adheridos!
§ La!membrana!nuclear!interna!contiene!aprox!60!proteínas!de!membrana!integral!especificas!
§ La!función!principal!de!las!membranas!nucleares!es!actuar!como!una!barrera!que!separa!el!contenido!
del!interior!nuclear!del!citoplasma!
§ La!membrana!nuclear!es!una!bicapa!fosfolipidica,!permeable!solo!a!pequeñas!moléculas!apolares!
§ Las!membranas!interna!y!externa!se!unen!en!los!complejos!de!poro!nuclear,!siendo!los!únicos!canales!
que!permiten!el!paso!de!pequeñas!moléculas!polares!y!de!macromoléculas!a!través!de!la!envoltura!
nuclear!
§ El!complejo!de!poro!nuclear!es!una!estructura!compleja!responsable!del!trafico!selectivo!de!proteínas!y!
de!ARN!entre!el!núcleo!y!el!citoplasma!
Nucleo
!
!
Lamina nuclear
§ Se!localiza!subyacente!a!la!membrana!nuclear!interna!
§ Es!una!red!fibrosa!que!proporciona!soporte!estructural!al!núcleo!
§ Está!compuesta!de!proteínas!fibrosas!denominadas!lamininas!junto!a!algunas!proteínas!asociadas!
§ Las!láminas!se!ensamblan!entre!ellas!para!formar!filamentos!
§ La!asociación!entre!las!láminas!y!la!membrana!nuclear!interna!esta!facilitada!por!la!adición!
postraduccional!de!lípidos!
§ Las!láminas!interaccionan!con!proteínas!de!la!membrana!nuclear!interna,!mediando!su!unión!a!la!
envoltura!nuclear!y!localizando!y!organizándolas!en!el!interior!nuclear!
§ Está!relacionada!con!la!cromatina!a!través!de!interacciones!asociadas!con!la!cromatina,!con!la!emerina!
y!con!el!receptor!de!laminina!B!
§ La!interacción!de!la!cromatina!con!la!envoltura!nuclear!desempeña!un!papel!importante!en!la!
localización!de!heterocromatina!no!transcripta!en!la!periferia!del!núcleo!
!
COMPLEJO DEL PORO NUCLEAR
§ Los!complejos!del!poro!nuclear!son!los!únicos!canales!a!través!de!los!cuales!pueden!viajar!pequeñas!
moléculas!polares,!iones!y!macromoléculas!entre!el!núcleo!y!el!citoplasma!
§ Es!una!estructura!muy!grande!
§ Compuesto!por!múltiples!copias!de!30!proteínas!distintas!aprox!
§ Tiene!un!papel!fundamental!en!la!fisiología!de!todas!las!células!eucariotas!
§ Las!moléculas!de!ARN!que!son!sintetizadas!en!el!núcleo!deben!ser!exportadas!de!manera!eficiente!al!
citoplasma,!donde!intervienen!en!la!síntesis!de!proteínas!
§ Las!proteínas!necesarias!para!las!funciones!nucleares!deben!entrar!en!el!núcleo!procedentes!de!los!
lugares!de!síntesis!en!el!citoplasma!
§ Dependiendo!de!su!tamaño,!las!moléculas!pueden!pasar!a!través!del!complejo!mediante!uno!de!dos!
mecanismos!diferentes!
§ Las!moléculas!pequeñas!difunden!libremente!a!través!del!poro!en!ambas!direcciones!
§ La!mayoría!de!las!proteínas!y!ARN!atraviesan!el!complejo!del!poro!nuclear!por!un!proceso!de!
transporte!selectivo:!estas!proteínas!y!ARN!son!reconocidos!por!señales!específicas!que!dirigen!su!
transporte!desde!el!núcleo!al!citoplasma!o!desde!el!citoplasma!al!núcleo!
§ El!complejo!está!formado!por!ocho!radios!ensamblados!alrededor!de!un!canal!central.!Estos!radios!
están!unidos!a!dos!anillos,!uno!en!la!superficie!nuclear!y!otro!en!la!citoplasmática,!y!esta!estructura!de!
radio-anillo!está!anclada!a!la!envoltura!nuclear!en!los!sitios!de!fusión!entre!las!membranas!nuclear!
interna!y!externa!
§ Filamentos!de!proteínas!se!extienden!desde!el!anillo!citoplasmático!y!nuclear,!formándose!una!
estructura!característica!en!forma!de!cesta!en!el!lado!nuclear!
!
!
!
!
!
!
Transporte selectivo de proteínas desde y hacia el núcleo
§ El!mecanismo!del!trafico!selectivo!a!través!de!la!envoltura!nuclear!se!encuentra!mejor!caracterizado!en!
el!caso!de!las!proteínas!que!son!importadas!desde!el!citoplasma!al!núcleo!
§ Estas!proteínas!son!las!responsables!de!todas!las!características!de!la!estructura!y!de!la!función!del!
genoma;!incluyen!las!histonas,!las!ADN!polimerasas,!las!ARN!polimerasas,!factores!de!transcripción,!
factores!de!splicing!y!muchas!otras!
§ Estas!se!etiquetan!para!ser!destinadas!al!núcleo!con!secuencias!de!aa!específicas,!denominadas!señales!
de!localización!nuclear,!que!son!reconocidas!por!los!receptores!de!transporte!nuclear!que!dirigen!el!
transporte!de!proteínas!a!través!del!complejo!del!poro!nuclear!
§ La!mayoría!de!las!señales!de!localización!nuclear!son!cortas!y!ricas!en!aa!básicos!(lisina!y!arginina)!
§ Los!aa!que!forman!la!señal!de!localización!nuclear!están!juntos!pero!no!necesariamente!contiguos!en!la!
secuencia!
§ Como!esta!secuencia!está!compuesta!por!dos!elementos!separados,!se!denomina!secuencia!bipartita!
§ Muchas!señales!de!localización!nuclear!consisten!en!residuos!de!aa!básicos,!que!se!denominan!señales!
de!localización!nuclear!“clásicas”!
§ Algunas!proteínas!contienen!otra!localización!nuclear,!que!es!reconocida!por!diferentes!receptores!de!
transporte!
§ Las!proteínas!con!una!señal!de!localización!nuclear!clásica!son!conocidas!como!importinas,!que!
reconocen!las!señales!de!localización!nuclear!
§ Las!importinas!actúan!conjuntamente!con!una!proteína!de!unión!a!GTP!denominada!Ran,!que!controla!
la!dirección!de!los!movimientos!a!través!del!poro!nuclear!
§ La!Ran!es!uno!de!los!varios!tipos!de!proteínas!de!pequeño!tamaño!que!se!unen!a!GTP!cuya!
conformación!y!actividad!están!reguladas!por!la!unión!e!hidrolisis!de!GTP!
§ Las!conformaciones!y!las!actividades!de!estas!proteínas!están!reguladas!por!el!hecho!de!que!estén!
unidas!a!GDP!o!GTP!
§ En!el!caso!de!las!Ran,!las!enzimas!que!estimulan!la!hidrolisis!de!GTP!a!GDP!se!asocian!con!los!
filamentos!citoplasmicos!del!complejo!del!poro!nuclear,!mientras!que!las!que!estimulan!el!intercambio!
de!GDP!por!GTP!se!asocian!con!la!cromatina!dentro!del!núcleo!
§ Hay!una!alta!concentración!de!Ran/GTP!en!el!núcleo,!que!determina!la!direccionalidad!del!transporte!
nuclear!
Ciclo clásico de importación nuclear
§ La!importación!de!importinas!se!inicia!cuando!la!importina!se!una!a!la!señal!de!localización!nuclear!de!
una!proteína!de!carga!en!el!citoplasma!
§ Este!complejo!carga/importina!se!une!a!proteínas!de!los!filamentos!citoplasmicos!del!complejo!del!
poro!nuclear!y!se!produce!el!transporte!gracias!a!la!interacción!de!las!importinas!con!las!proteínas!que!
revisten!el!canal!central!del!poro!
!
!
§ Una!vez!que!el!complejo!carga/importina!llega!a!la!cara!nuclear!de!la!membrana,!la!Ran/GTP!se!une!a!
la!importina!
§ Esto!provoca!un!cambio!en!la!conformación!de!la!importina,!que!altera!el!complejo!importina!
importina/carga,!desplazando!a!la!proteína!y!liberándola!al!interior!del!núcleo!
§ El!ciclo!se!mantiene!porque!la!importina-!Ran/GTP!se!exporta!a!través!del!complejo!del!poro!nuclear!
§ En!el!citoplasma,!el!GTP!es!hidrolizado!a!GDP,!lo!que!hace!que!libere!a!la!importina!de!modo!que!
puede!unirse!a!una!nueva!proteína!transportadora!en!el!citoplasma!y!volver!a!ser!transportada!al!
interior!nuclear!por!su!propio!receptor!de!importe!(proteína!NTF2),!donde!el!Ran/GTP!es!regenerado!
por!la!acción!del!factor!de!intercambio!de!nucleótidos!guanina-Ran!
§ Algunas!proteínas!permanecen!en!el!interior!del!núcleo!una!vez!transportadas!desde!el!citoplasma!
§ Otras,!viajan!continuamente!entre!el!núcleo!y!el!citoplasma!
§ Algunas!actúan!como!transportadores!(carriers)!de!otras!moléculas,!como!los!ARN;!otras!coordinan!las!
funciones!nucleares!y!citoplasmáticas!
§ Las!proteínas!se!etiquetan!para!ser!exportadas!del!núcleo!mediante!una!secuencia!de!aa!específica,!
llamada!señal!de!exportación!!nuclear!que!es!rica!en!aa!hidrófobo!leucina!
§ Las!señales!de!exportación!nuclear!son!reconocidas!por!receptores!en!el!interior!del!núcleo,!
exportinas,!que!dirigen!el!transporte!de!las!proteínas!a!través!del!complejo!del!poro!nuclear!al!
citoplasma!
§ Las!exportinas!pertenecen!a!una!familia!de!receptores!de!transporte!nuclear!llamados!carioferinas!
§ Las!exportinas!se!unen!a!Ran!
§ Ran/GTP!promueve!la!formación!de!complejos!estables!entre!las!exportinas!y!las!proteínas!dianas,!
mientras!que!disocia!los!complejos!entre!las!importinas!y!sus!proteínas!diana!
§ Este!efecto!de!la!unión!de!Ran/GTP!sobre!las!exportinas!dirige!el!movimiento!de!las!proteínas!con!
señales!de!exportación!nuclear!desde!el!núcleo!al!citoplasma!
§ Las!exportinas!forman!complejos!estables!con!sus!proteínas!diana!y!con!Ran/GTP!en!el!interior!del!
núcleo!
§ Una!vez!que!se!ha!producido!el!transporte!al!lado!citosolico!de!la!envoltura!nuclear,!la!hidrolisis!de!GTP!
y!la!liberación!de!Ran/GDP!provoca!la!disociación!de!la!proteína!diana,!que!es!liberada!en!el!citoplasma!
§ Las!exportinas!así!como!la!Ran/GDP,!se!reciclan!a!través!del!complejo!del!poro!nuclear!para!su!
reutilización!
Transporte de ARN
§ Los!ARN!que!intervienen!en!la!síntesis!de!proteínas!son!exportados!desde!el!núcleo!al!citoplasma!
§ Los!ARN!se!transportan!a!través!del!complejo!del!poro!nuclear!en!forma!de!complejos!de!
ribonucleoproteinas!
§ La!exportación!de!los!ARNt,ARNr!y!ARNmi!esta!mediada!por!exportinas!de!carioferina!especificas!
§ Los!precursores!de!ARNt!y!ARNmi!son!exportados!desde!el!núcleo!por!la!exportina-t!y!la!exportina-5!
que!se!unen!de!forma!directa!a!los!ARN!
§ Los!ARN!ribosómicos!se!asocian!primero!con!proteínas!ribosómicas!en!el!nucléolo,!y!las!subunidades!
ribosómicas!40S!y!60S!nacientes!son!transportadas!por!separado!del!citoplasma!por!la!exportina!Crm1!
§ Su!exportación!desde!el!núcleo!esta!mediada!por!señales!de!exportación!nuclear!presentes!en!las!
proteínas!dentro!del!complejo!de!subunidades!ribosómicas!
!
!
§ Los!ARNm!son!exportados!por!un!mecanismo!diferente!en!el!que!no!intervienen!las!carioferinas!y!que!
es!independiente!de!Ran!
§ Los!pre-ARNm!están!asociados!a!un!conjunto!de!al!menos!20!proteínas!en!todo!el!procesamiento!del!
núcleo!y!en!el!eventual!transporte!al!citoplasma!
§ Estas!proteínas!incluyen!un!complejo!de!exportador!de!ARNm!distinto,!que!es!reclutado!para!los!pre-
ARNm!en!el!núcleo!en!concierto!con!la!terminación!del!splicing!y!la!poliadenilacion!
§ El!complejo!exportador!transporta!los!ARNm!a!través!de!los!poros!nucleares!
§ La!helicasa!remodela!el!ARNm!y!elimina!el!complejo!exportador!en!el!lado!citoplasmático!del!poro!
§ El!ARNm!se!libera!en!el!citoplasma!y!evita!su!transporte!de!nuevo!al!núcleo!
§ Muchos!ARN!no!codificantes!actúan!dentro!del!núcleo!
!
Regulación del transporte de proteínas al núcleo
§ El!transporte!de!proteínas!al!núcleo!es!un!importante!nivel!en!el!que!las!actividades!de!las!proteínas!
nucleares!pueden!ser!controladas!
§ Los!factores!de!transcripción!solo!son!funcionales!cuando!están!presentes!en!el!núcleo,!por!lo!que!la!
regulación!de!su!transporte!al!núcleo!es!otra!forma!de!control!de!la!expresión!génica!
§ Los!factores!de!transcripción!se!asocian!con!proteínas!citoplasmáticas!que!enmascaran!las!señales!de!
localización!nuclear,!
§ Como!ya!no!se!reconocen!estas!señales,!las!proteínas!permanecen!en!el!citoplasma!
§ El!transporte!al!interior!del!núcleo!de!otros!factores!de!transcripción!está!regulado!directamente!por!
su!fosforilacion,!más!que!por!la!asociación!con!proteínas!inhibidoras!
!
!
!
!
§ Es!una!red!de!túbulos!y!sacos!(cisternas)!rodeados!de!membrana!que!se!extiende!desde!la!membrana!
nuclear!por!todo!el!citoplasma!
§ Todo!el!retículo!está!rodeado!por!una!membrana!continua!y!es!el!orgánulo!más!grande!de!la!mayoría!
de!las!células!eucariotas!
§ Hay!tipos!distintos!de!RE!que!realizan!funciones!diferentes!en!la!célula!
§ El!RE!rugoso,!está!cubierto!por!ribosomas!en!su!superficie!externa,!funcionan!ambos!en!el!
procesamiento!de!las!proteínas!
§ El!RE!liso!no!está!asociado!con!los!ribosomas!y!está!implicado!en!el!metabolismo!de!los!lípidos,!en!el!
lugar!de!en!el!de!las!proteínas!
!
RE Y SECRECION DE PROTEINAS
§ Las!proteínas!secretoras!toman!una!vía:!RE!rugoso-!Golgi-!vesículas!de!secreción-!exterior!de!la!célula!
reticulo endoplasmatico
!
!
§ La!vía!no!está!restringida!a!las!proteínas!destinadas!a!ser!secretadas,!partes!de!ella!se!comparten!con!
proteínas!destinadas!para!otros!compartimientos!
§ Las!proteínas!de!la!MP!y!las!lisosomicas!también!migran!desde!el!RE!rugoso!hasta!el!Golgi!y!luego!a!sus!
destinos!finales!
§ La!entrada!de!las!proteínas!en!el!RE!representa!un!cruce!de!caminos!muy!importante!en!el!tráfico!de!
proteínas!en!las!células!eucariotas!
§ Las!proteínas!destinadas!a!ser!secretadas!o!a!incorporarse!en!el!RE,!aparato!de!Golgi,!lisosomas,!o!MP!
son!dirigidas!inicialmente!al!RE,!al!igual!que!las!proteínas!de!la!envoltura!nuclear!y!la!membrana!
peroxisomica!
MARCAJE DE LAS PROTEINAS PARA DIRIGIRSE AL RE
§ Las!proteínas!pueden!ser!translocadas!al!RE!durante!su!síntesis!en!los!ribosomas!unidos!a!la!membrana!
(translocación!cotraduccional)!o!una!vez!que!la!traducción!se!ha!completado!en!los!ribosomas!libres!en!
el!citosol!(translocación!postraduccional)!
§ El!primer!paso!en!la!via!cotraduccional!es!la!asociación!del!complejo!ribosoma-ARNm!con!el!RE!
§ La!marca!que!determina!que!los!ribosomas!se!unan!con!la!membrana!del!RE!es!la!secuencia!de!aa!de!la!
cadena!polipetidica!que!está!siendo!sintetizada!
§ Los!ribosomas!implicados!en!la!síntesis!de!proteínas!destinadas!a!ser!secretadas!están!marcados!para!
dirigirse!al!RE!mediante!una!secuencia!señal!localizada!en!el!extremo!amino-terminal!de!la!cadena!
polipeptidica!en!crecimiento!
§ Estas!secuencias!señal!son!pequeños!segmentos!de!aa!hidrófobos!que!son!escindidos!de!la!cadena!
polipeptidica!durante!su!transferencia!a!la!luz!del!RE!
§ Cuando!las!células!se!rompen,!el!RE!se!fragmenta!en!pequeñas!vesículas!denominadas!microsomas!
§ La!gran!cantidad!de!ARN!existente!en!los!ribosomas!aumenta!la!densidad!de!las!vesículas!de!
membrana!a!las!que!están!unidos,!permitiendo!la!purificación!de!las!vesículas!derivadas!del!RE!rugoso!
mediante!la!centrifugación!de!equilibrio!en!gradientes!de!densidad!
§ La!adición!de!una!secuencia!señal!a!una!proteína!que!normalmente!no!es!secretada!es!suficiente!para!
dirigir!la!incorporación!de!la!proteína!recombinante!al!RE!rugoso!
§ El!mecanismo!por!el!que!las!proteínas!secretadas!son!dirigidas!al!RE!durante!su!traducción!(via!
cotraduccional)!es!el!siguiente:!
§ Las!secuencias!señal!contienen!unos!15-40!aa,!incluyendo!una!tira!de!7-12!residuos!hidrófobos!
§ A!medida!que!salen!del!ribosoma,!las!secuencias!señal!son!reconocidas!y!unidas!a!una!partícula!de!
reconomineto!de!la!señal!(ARNsrp)!
§ La!PRS!se!une!tanto!al!ribosoma!como!a!la!secuencia!señal,!inhibiendo!la!traducción!y!dirigiendo!todo!
el!complejo!(PRS,!Ribosoma!y!la!cadena!polipeptidica!en!crecimiento)!al!RE!mediante!la!unión!al!
receptor!de!la!PRS!en!la!membrana!del!RE!
§ La!unión!al!receptor!libera!la!SRP!del!ribosoma!y!de!la!secuencia!señal!de!la!cadena!polipeptidica!
creciente!
§ Luego,!el!ribosoma!se!une!a!un!complejo!de!translocación!de!proteínas!o!translocon!en!la!membrana!
del!RE,!y!la!secuencia!señal!es!insertada!en!un!canal!de!membrana!
§ El!proceso!de!la!síntesis!proteica!produce!directamente!la!trasferencia!de!las!cadenas!polipeptidicas!
nacientes!a!través!del!translocon!al!RE!
!
!
§ A!medida!que!se!produce!la!translocación,!una!señal-peptidasa!esciende!la!secuencia!señal!y!el!
polipéptido!se!libera!a!la!luz!del!RE!
!
INSERCION DE LAS PROTEINAS EN LA MEMBRANA DEL RE
§ Las!proteínas!cuyo!destino!es!ser!secretadas!o!residir!en!la!luz!del!RE,!aparato!de!Golgi!o!lisosoma!son!
translocadas!a!través!de!la!membrana!y!liberadas!en!la!luz!del!RE!!
§ Las!proteínas!destinadas!a!incorporarse!en!la!MP!o!en!la!membrana!del!RE,!Golgi!o!lisosomas!se!
insertan!en!la!membrana!del!RE!en!lugar!de!ser!liberadas!a!la!luz!
§ Desde!la!membrana!del!RE!se!continúan!hasta!su!destino!final!por!la!misma!ruta!que!la!de!las!proteínas!
secretadas:!RE-Golgi-!MP!o!lisosomas!
§ Pero,!son!transportadas!a!lo!largo!de!esta!ruta!como!componentes!de!la!membrana,!en!lugar!de!como!
proteínas!solubles!
§ Las!proteínas!integrales!de!la!membrana!se!incluyen!en!la!membrana!mediante!regiones!hidrofóbicas!
que!atraviesan!la!bicapa!lipídica!
§ Las!distintas!proteínas!integrales!de!la!membrana!difieren!en!cómo!están!insertadas!
§ La!mayor!parte!de!las!proteínas!son!insertadas!en!la!membrana!del!RE!por!la!via!cotraduccional!
SRP/Sec61!
§ Muchas!proteínas!son!insertadas!directamente!en!la!membrana!del!RE!por!secuencias!transmembrana!
internas!que!son!reconocidas!y!llevadas!al!translocon!por!SRP,!pero!no!escindidas!por!la!peptidasa!
señal!
§ Las!secuencias!transmembrana!pueden!estar!orientadas!de!manera!que!dirijan!la!translocación!del!
extremo!amino!o!carboxilo!de!la!cadena!polipeptidica!a!través!de!la!membrana!
§ Dependiendo!de!la!orientación!de!la!secuencia!señal!de!transmembrana,!las!proteínas!insertadas!en!la!
membrana!por!este!mecanismo!pueden!tener!su!extremo!amino!o!carboxilo!expuesto!al!citosol!
§ Algunas!proteínas!transmembrana!orientadas!con!sus!extremos!carboxilo!expuestos!al!citosol!se!
insertan!en!la!membrana!del!RE!por!medio!de!un!mecanismo!alternativo!
§ Estas!proteínas!tienen!una!secuencia!señal!amino-terminal!normal,!que!es!encindida!por!la!peptidasa!
señal!durante!la!translocación!de!la!cadena!polipeptidica!a!través!del!translocon!
§ Las!proteínas!que!se!extienden!a!la!membrana!varias!veces!se!insertan!como!consecuencia!de!una!
serie!de!secuencias!transmembrana!con!orientaciones!alternativas!
§ Algunas!proteínas!con!una!secuencia!transmembrana!en!su!extremo!carboxilo!se!insertan!en!la!
membrana!del!RE!por!medio!de!una!via!postraduccional!alternativa!
§ Estas!proteínas!no!pueden!ser!reconocidas!por!el!SRP,!debido!a!que!su!dominio!de!transmembrana!en!
posición!carboxilo-terminal!no!emerge!del!ribosoma!hasta!que!termina!la!traducción!y!se!libera!la!
cadena!polipeptidica!completa!del!ribosoma!
§ La!mayoría!de!las!proteínas!transmembrana!destinadas!para!otros!compartimientos!de!la!via!secretora!
se!envían!a!ellos!en!vesículas!de!transporte!
§ Las!proteínas!que!se!incorporan!a!la!membrana!nuclear!interna!(que!es!continua!con!el!RE)!difunden!
lateralmente!en!la!membrana!en!ligar!de!transportarse!en!vesículas!
!
Plegamiento y procesamiento de las proteínas en el RE
!
!
§ El!RE!es!el!sitio!donde!tiene!lugar!el!plegamiento!de!las!proteínas,!el!ensamblaje!de!proteínas!de!varias!
subunidades,!la!formación!de!los!puentes!disulfuro,!N-glucosilacion!y!la!adición!de!anclajes!de!
glicolipidos!a!algunas!proteínas!de!la!MP!
§ El!papel!principal!de!las!proteínas!de!la!luz!del!RE!es!catalizar!el!plegamiento!y!ensamblaje!de!los!
polipéptidos!recién!traslocados!
§ Las!proteínas!se!traslocan!a!través!de!la!membrana!del!RE!a!modo!de!cadenas!polipeptidicas!sin!plegar!
mientras!prosigue!su!traducción!
§ Estos!polipéptidos!se!pliegan!en!su!conformación!tridimensional!en!el!RE,!asistidos!por!las!chaperonas!
moleculares!que!facilitan!el!plegamiento!de!las!cadenas!polipeptidicas!
§ La!chaperona!Hsp70,!BiP,!se!une!a!la!cadena!polipeptidica!sin!plegar!cuando!cruza!la!membrana,!y!
después!media!el!plegamiento!proteico!y!el!ensamblaje!de!proteínas!con!múltiples!subunidades,!en!el!
interior!del!RE!
§ Las!proteínas!correctamente!ensambladas!son!liberadas!de!BiP!y!otras!chaperonas,!y!así!están!
disponibles!para!su!transporte!al!aparato!de!Golgi!
§ Las!proteínas!plegadas!de!forma!anómala!o!incorrectamente!ensambladas!son!dianas!de!degradación!
FORMACIÓN PUENTES DISULFURO
§ La!formación!de!puentes!disulfuro!entre!las!cadenas!laterales!de!los!residuos!de!cisteína!es!un!aspecto!
importante!del!plegamiento!y!ensamblaje!proteico!en!el!RE!
§ No!suelen!formarse!en!el!citosol!
§ En!el!RE,!un!ambiente!oxidante!promueve!la!formación!de!puntes!disulfuro!!
§ Los!puentes!desempeñan!un!papel!muy!importante!en!la!estructura!de!las!proteínas!secretadas!y!de!la!
superficie!celular!
§ La!formación!de!los!puentes!disulfuro!esta!favorecida!por!la!enzima!proteína!disulfuro!isomerasa!que!
se!localiza!en!la!luz!del!RE!
!
n-Glicosilacion
§ Las!proteínas!son!glicosiladas!en!residuos!específicos!de!asparragina!(N-glicosilacion),!en!el!RE,!
mientras!se!están!traduciendo!
§ Se!añaden!unidades!de!oligosacáridos!constituidas!por!14!residuos!de!azúcar!a!los!residuos!de!
asparragina!de!lasa!cadenas!polipeptidicas!en!crecimiento,!mientras!están!siendo!translocadas!al!RE!
§ El!oligosacárido!se!sintetiza!en!un!transportador!lipídico!anclado!en!la!membrana!del!RE!
§ Luego,!se!transfiere!como!una!unidad!a!los!residuos!de!asparragina!aceptores!de!la!secuencia!en!
consenso!Asn-X-Ser/Thr!mediante!una!enzima!unida!a!la!membrana!denominada!oligosacaril!
transferasa!
§ Tres!residuos!de!glucosa!son!eliminados!mientras!que!la!proteína!permanece!en!el!RE,!y!la!proteína!se!
modifica!aún!más!tras!ser!transportada!al!aparato!de!Golgi!
§ La!glicosilacion!ayuda!a!evitar!la!agregación!de!proteínas!en!el!RE!y!añade!señales!que!promueve!el!
plegamiento!de!proteínas!y!su!ulterior!distribución!en!la!via!secretora!
!
!
!
ANCLAJES DE GLICOSILFOSFATIDILINOSITOL
§ Algunas!proteínas!se!anclan!a!la!MP!mediante!glicolipidos!en!lugar!de!mediante!regiones!de!la!cadena!
polipeptidica!que!atraviesan!la!membrana!
§ Estos!se!denominan!anclajes!glicosilfosfatidilinositol!(GFI)!
§ Se!ensamblan!en!la!membrana!del!RE!
§ Se!unen!después!de!completarse!la!síntesis!de!las!proteínas,!al!residuo!carboxilo!terminal!de!algunas!
proteínas!ancladas!en!la!membrana!por!una!secuencia!hidrofóbica!
§ Estas!proteínas!permanecen!unidas!a!la!membrana!solo!a!través!del!glicolipido!
§ Son!transportadas!a!la!superficie!celular!como!componentes!de!la!membrana!a!través!de!la!via!
secretora!
§ Las!proteínas!ancladas!a!GFI!Son!expuestas!hacia!el!exterior!de!la!célula,!unidas!a!la!membrana!a!través!
del!anclaje!GFI!
CONTROL DE CALIDAD EN EL RE
§ Muchas!proteínas!sintetizadas!en!el!RE!son!rápidamente!degradadas!porque!no!se!pliegan!
correctamente!
§ Las!proteínas!mal!plegadas!son!retiradas!del!RE!gracias!a!la!degradación!asociada!al!RE!(ERAD)!
§ Por!este!proceso,!se!identifican!las!proteínas!mal!plegadas,!salen!del!RE!y!vuelven!al!citosol,!y!son!
degradadas!por!el!sistema!de!ubicuitina-proteasoma!
§ Las!chaperonas!y!enzimas!actúan!como!sensores!de!proteínas!con!defectos!de!plegamiento!!
§ La!cantidad!de!proteínas!no!plegadas!en!el!RE!está!vigilada!con!el!fin!de!coordinar!la!capacidad!de!
plegar!proteínas!del!RE!con!las!necesidades!fisiológicas!de!la!célula!
§ Esta!regulación!esta!mediada!por!una!via!de!señales!conocida!como!respuesta!a!las!proteínas!no!
plegadas!(UPR),!que!se!activa!si!se!acumulan!muchas!proteínas!sin!plegar!en!el!RE!
§ La!activación!de!la!UPR!da!lugar!a!la!expansión!del!RE!y!la!producción!de!más!chaperonas!para!
satisfacer!el!aumento!de!la!demanda!de!plegamiento!de!proteínas,!así!como!a!una!reducción!
transitoria!de!la!cantidad!de!proteínas!sintetizadas!de!Novo!que!llegan!al!RE!
§ Si!estas!modificaciones!son!insuficientes!para!reajustar!el!plegamiento!de!proteínas!en!el!RE!hasta!un!
nivel!normal,!la!actividad!mantenida!de!la!respuesta!a!las!proteínas!no!plegadas!conduce!a!la!muerte!
celular!programa,!eliminándose!así!del!organismo!las!células!que!son!incapaces!de!plegar!
correctamente!sus!proteínas!
RE LISO Y SINTESIS DE LIPIDOS
§ El!re!es!el!sitio!principal!en!el!que!se!sintetizan!los!lípidos!de!la!membrana!en!las!células!eucariotas!
§ Como!son!extremadamente!hidrófobos,!los!lípidos!se!sintetizan!asociados!con!membranas!celulares!ya!
existentes!
§ La!mayoría!se!sintetizan!en!el!RE!y!son!transportados,!en!vesículas!o!mediante!proteínas!
transportadoras!
§ La!mayoría!de!los!fosfolípidos!son!sintetizados!en!la!cara!citoplasmica!de!la!membrana!del!RE,!a!partir!
de!precursores!citosolicos!hidrosolubles!
!
!
§ Los!ácidos!grasos!se!transfieren!desde!los!transportadores!de!coenzima!A!al!glicerol-3-fosfato!
mediante!una!enzima!unida!a!la!membrana!
§ Las!enzimas!en!la!cara!citosolica!del!RE!a!continuación!convierten!el!ácido!fosfatidico!en!diacilglicerol!y!
catalizan!la!adición!de!diferentes!grupos!de!cabezas!polares,!dando!lugar!a!la!fosfatidilcolina,!
fosfatidilserina,!fosfatidilentanolamina!y!fosfatidilinositol!
§ La!síntesis!de!fosfolípidos!en!la!cara!citoplasmática!de!la!membrana!del!RE!permite!que!las!cadenas!
hidrofobass!de!los!ácidos!grasos!permanezcan!ocultas!en!la!membrana!mientras!que!las!enzimas!
unidas!a!la!membrana!catalizan!sus!reacciones!con!precursores!hidrosolubles!en!el!citosol!
§ Los!fosfolípidos!nuevos!solo!se!añaden!a!la!mitad!citosolica!de!la!membrana!del!RE!
§ Algunos!de!estos!fosfolípidos!de!nueva!síntesis!deben!transferirse!a!la!otra!mitad!de!la!bicapa!del!RE!
§ Esta!transferencia!es!facilitada!por!las!proteínas!de!membrana!flipasas!
§ Además!de!la!síntesis!de!glicerofosfolipidos,!el!RE!también!es!el!lugar!principal!de!la!síntesis!de!otros!
dos!lípidos:!colesterol!y!ceramida!
§ El!RE!es!el!responsable!de!la!síntesis!de!los!productos!finales!o!de!los!precursores!de!todos!los!lípidos!
principales!de!las!membranas!eucariotas!
§ El!RE!liso!es!abundante!en!las!células!que!son!activas!en!el!metabolismo!lipídico,!ej.,!las!hormonas!
esteroideas!se!sintetizan!en!el!RE!
§ El!RE!liso!es!abundante!en!el!hígado,!donde!contiene!enzimas!que!metabolizan!varios!compuestos!
liposolubles!
§ Estas!enzimas!desintoxicantes!inactivan!un!número!importante!de!drogas!potencialmente!nocivas,!
convirtiéndolas!en!compuestos!hidrosolubles!que!pueden!eliminarse!del!cuerpo!a!través!de!la!orina!
EXPORTACION DE PROTEINAS Y LIPIDOS DESDE EL RE
§ Tanto!las!proteínas!como!los!lípidos!migran!a!través!de!la!via!secretora!en!vesículas!de!transporte,!que!
se!originan!por!gemación!en!la!membrana!de!un!orgánulo!y!se!funden!posteriormente!con!la!
membrana!de!otro!
§ Las!moléculas!son!exportadas!desde!el!RE!en!vesículas!que!experimentan!gemación!a!partir!de!una!
región!especializada!del!RE!denominada!sitio!de!salida!del!RE!
§ Las!vesículas!con!gemación!del!RE!se!fusionan!para!formar!el!compartimiento!intermedio!RE-Golgi,!
desde!el!cual!la!mercancía!es!transportada!al!Golgi!
§ No!solo!las!proteínas!destinadas!para!su!exportación,!sino!también!las!que!funcionan!dentro!del!RE!
(BiP,!proteína!disulfuroisomersa,!etc.)!pueden!empaquetarse!en!vesículas!de!transporte!y!ser!
exportadas!al!aparato!de!Golgi!
§ Si!estas!proteínas!avanzan!a!lo!largo!de!la!via!secretora,!se!perderían!para!la!célula!
§ Para!evitarlo,!estas!proteínas!son!reconocidas!en!el!compartimiento!intermedio!RE-Golgi!o!Golgi!y!
transportadas!de!nuevo!al!RE!por!una!via!de!recuperación!
!
!
!
§ Funciona!como!una!fábrica!en!la!que!las!proteínas!recibidas!desde!el!RE!se!reprocesan!y!distribuyen!
para!ser!transportadas!a!sus!destinos!finales:!lisosomas,!MP!o!la!secreción!
aparato de golgi
!
!
§ Los!glicolipidos!y!esfingomielina!son!sintetizados!en!el!Golgi!!
Organización del Golgi
§ Está!compuesto!por!unas!bolsas!aplanadas,!rodeadas!de!membrana!(cisternas)!y!por!vesículas!
asociadas!
§ Es!polar!tanto!en!estructura!como!en!función!
§ Las!proteínas!procedentes!del!RE!entran!por!su!cara!cis!convexa!y!se!orienta!hacia!el!núcleo!
§ Son!transportadas!a!través!del!Golgi!y!salen!por!su!cara!cóncava!trans!
§ Cuando!atraviesan!el!Golgi,!las!proteínas!se!modifican!y!se!distribuyen!para!el!transporte!a!sus!destinos!
finales!en!la!célula!
§ Consta!de!un!gran!número!de!compartimientos!discretos,!por!lo!que!se!divide!en!cuatro!regiones!
diferentes:!
I. Cis!
II. Medio!
III. Trans!
IV. Red!trans-Golgi
§ Las!proteínas!del!compartimiento!intermedio!RE-Golgi!entran!en!el!compartimiento!cis,!en!la!que!
comienzan!las!reacciones!de!modificación!de!proteínas,!lípidos!y!polisacáridos!
§ Luego,!atraviesan!el!compartimiento!medial!y!trans!en!los!que!son!sometidos!a!nuevas!modificaciones!
y!migran!a!la!red!trans!del!Golgi!
§ La!red!trans-!Golgi!actúa!como!un!centro!de!organización!y!distribución!que!dirige!el!trafico!molecular!
hacia!los!endosomas,!los!lisosomas,!la!MP!o!el!exterior!de!la!célula!
§ Mecanismo!por!el!cual!las!proteínas!de!desplazan!a!través!del!aparato!de!Golgi:!
Modelo de cisternas estables
:!las!proteínas!son!transportadas!entre!las!cisternas!del!Golgi!en!vesículas!de!
transporte!
Modelo de maduración de cisternas alternativo:
!las!proteínas!son!transportadas!a!través!de!compartimientos!
del!Golgi!dentro!de!las!cisternas!del!Golgi,!que!maduran!gradualmente!y!se!mueven!poco!a!poco!a!través!del!
Golgi!en!la!dirección!cis-trans!y!no!en!vesículas!de!transporte.!Las!vesículas!de!transporte!asociadas!con!el!
aparato!de!Golgi!actúan!para!devolver!las!proteínas!residentes!del!Golgi!de!nuevo!al!Golgi!anterior!
o-glicosilacion
§ El!procesamiento!de!proteínas!en!el!Golgi!implica!una!extensa!modificación!de!las!porciones!de!
carbohidratos!de!las!glicoproteínas!
§ El!procesamiento!de!los!carbohidratos!tiene!lugar!de!una!forma!ordenada!a!medida!que!la!
glicoproteína!se!desplaza!a!través!del!complejo!de!Golgi!
§ Se!modifican!los!N-oligosacáridos!que!se!unieron!a!las!proteínas!en!el!RE!
§ Los!oligosacáridos!de!estas!N-glucoproteínas!se!someten!a!otras!modificaciones!sustanciales!a!medida!
que!la!proteína!se!desplaza!a!través!del!aparato!de!Golgi!
§ Las!distintas!glucoproteínas!se!modifican!de!forma!diferentes!durante!su!paso!por!el!aparato!de!Golgi!
§ Las!proteínas!pueden!salir!del!Golgi!con!distintos!oligosacáridos!unidos!a!su!grupo!N-terminal!
!
!
§ Las!proteínas!destinadas!a!incorporarse!en!los!lisosomas!son!modificadas!mediante!una!fosforilacion!
de!la!manosa!
§ El!primero!paso!de!esta!reacción!es!cuando!se!añade!N-acetilglucosamina!fosfato!a!residuos!específicos!
de!manosa,!mientras!la!proteína!está!en!la!red!del!compartimento!de!Golgi!cis!
§ Luego,!le!sigue!la!eliminación!del!grupo!N-acetilglucosamina,!dejando!residuos!de!manosa-6-fosfato!en!
el!N-oligosacárido!
§ Debido!a!esta!modificación,!estos!residuos!no!son!eliminados!durante!el!procesamiento!posterior!
§ El!residuo!de!manosa!fosforilado!es!reconocido!por!un!receptor!de!manosa-6-fosfato!en!la!red!trans!
del!Golgi,!que!dirige!el!transporte!de!estas!proteínas!a!los!lisosomas!
§ La!fosforilacion!de!los!residuos!de!manosa!es!un!paso!crucial!en!la!distribución!de!las!proteínas!
lisosomicas!hacia!su!destino!intracelular!correcto!
§ La!especificidad!de!este!proceso!reside!en!la!enzima!que!cataliza!el!primer!paso!en!la!secuencia!de!la!
reacción!
§ Esta!enzima!reconoce!un!determinante!estructural!que!está!presente!en!las!proteínas!lisosomicas!pero!
no!en!las!proteínas!destinadas!a!la!MP!o!a!la!secreción!
§ Este!determinante!de!reconocimiento!está!constituido,!en!la!proteína!plegada,!por!la!yuxtaposición!de!
secuencias!de!aa!de!regiones!diferentes!de!la!cadena!polipeptidica!
§ El!determinante!de!reconocimiento!que!conduce!a!la!fosforilacion!de!la!manosa,!y!que!dirige!
finalmente!las!proteínas!a!los!lisosomas,!depende!de!la!conformación!tridimensional!de!la!proteína!
plegada!
§ Estos!determinantes!se!denominan!regiones!señal!
§ Las!proteínas!pueden!modificarse!también!mediante!la!adición!de!carbohidratos!a!las!cadenas!laterales!
de!residuos!de!serina!y!treonina!que!formen!parte!de!secuencias!especificas!
§ Estas!modificaciones!ocurren!en!el!aparato!de!Golgi!por!la!adición!secuencial!de!residuos!de!azúcar!
!
!
METABOLISMO DE LIPIDOS Y DE POLISACARIDOS
§ El!Golgi!participa!en!el!metabolismo!de!lipídico,!concretamente!en!la!síntesis!de!glicolipidos!y!
esfingomielina!
!
!
§ La!esfingomielina!y!los!glicolipidos!se!sintetizan!a!partir!de!la!ceramida!en!el!aparato!de!Golgi!
§ La!esfingomielina!es!sintetizada!por!la!transferencia!de!un!grupo!fosforilcolina!desde!la!fosfatidilcolina!
a!la!ceramida!
§ La!adición!de!carbohidratos!a!la!ceramida!puede!dar!lugar!a!diferentes!glicolipidos!
§ La!esfingomielina!se!sintetiza!en!la!superficie!luminal!del!Golgi,!pero!la!glucosa!se!añade!a!la!ceramida!
en!la!cara!citosolica!
§ Sin!embargo,!la!glucosilceramida!se!da!vuelta!y!los!carbohidratos!adicionales!se!añaden!en!la!cara!
luminal!de!la!membrana!
§ Los!glicolipidos!no!son!capaces!de!translocarse!a!través!de!la!membrana!del!Golgi,!así!que!se!
encuentran!solo!en!la!mitad!luminal!de!la!bicapa!del!Golgi!como!en!la!mayoría!de!la!esfingomielina!
§ Tras!el!transporte!vesicular,!se!localizan!en!la!cara!externa!de!la!membrana!citoplasmática,!con!sus!
grupos!de!cabeza!polares!expuestos!en!la!superficie!celular!
§ Los!residuos!de!oligosacáridos!de!los!glicolipidos!son!marcadores!de!superficie!importantes!en!el!
reconocimiento!celula-celula!
!
!
!
DISTRIBUCION Y EXPORTACION DE PROTEINAS DESDE EL GOLGI
§ Las!proteínas!son!transportadas!desde!el!aparato!de!Golgi!a!sus!destinos!finales!a!través!de!la!via!
secretora!
§ Las!proteínas!se!distribuyen!en!diferentes!tipos!de!vesículas!de!transporte,!las!cuales!saldrán!por!
gemación!desde!la!red!trans!del!Golgi!y!llevaran!su!contenido!hasta!la!localización!celular!adecuada!
§ Las!proteínas!que!actúan!en!el!aparato!de!Golgi!deben!ser!retenidas!dentro!de!los!compartimientos!
apropiados!del!orgánulo,!en!lugar!de!ser!transportadas!a!lo!largo!de!la!via!secretora!
§ El!transporte!desde!el!Golgi!hacia!la!superficie!celular!puede!darse!a!través!de!tres!vías!
§ La!más!simple!es!el!transporte!directo!desde!la!red!Golgi!trans!a!la!membrana!plasmática,!que!da!lugar!
a!la!secreción!continua!de!proteínas!celulares,!así!como!a!la!incorporación!de!proteínas!y!lípidos!a!la!
MP!
§ Las!proteínas!pueden!migrar!del!Golgi!hacia!la!MP!a!través!de!endosomas!de!reciclaje!que!actúan!como!
intermediarios!y!representan!uno!de!los!tres!tipos!de!endosomas!caracterizados!en!las!células!animales!
§ Algunas!células!poseen!una!via!secretora!regulada!diferente!de!secreción!de!proteínas!específicas!
como!respuesta!a!señales!ambientales!
§ Una!complicación!en!el!transporte!de!las!proteínas!a!la!MP!surge!en!muchas!células!epiteliales!que!se!
encuentran!polarizadas!en!los!tejidos!
§ La!MP!de!dichas!células!se!divide!en!dos!regiones!distintas,!dominio!apical!y!dominio!basolateral,!que!
contiene!proteínas!especificas!relacionadas!con!sus!funciones!diferenciadas!
§ Los!diferentes!dominios!de!la!MP!se!encuentran!en!otros!tipo!de!células!también!
§ Las!proteínas!que!salen!de!la!red!trans!del!Golgi!se!deben!transportar!de!forma!selectiva!a!dominios!
diferentes,!lo!que!se!lleva!a!cabo!mediante!el!embalaje!selectivo!de!proteínas!en!vesículas!de!
!
!
transporte!dirigidas!específicamente!al!dominio!apical!o!basolateral,!lo!que!puede!producirse!tanto!en!
la!red!trans!del!Golgi!como!en!endosomas!de!reciclaje!
Transporte selectivo hacia los lisosomas
§ Via!de!distribución!de!proteínas!mejor!caracterizada!en!el!Golgi!
§ Las!proteínas!cuyo!destino!es!el!interior!de!los!lisosomas!están!marcadas!con!manosa-6-fosfato,!que!se!
origina!por!la!modificación!de!sus!N-oligosacáridos!al!poco!tiempo!de!entrar!en!el!aparato!de!Golgi!
§ Los!receptores!transmembrana!en!la!trans!del!Golgi!reconoce!estos!residuos!de!manosa-6-fosfato!
§ Los!receptores!contienen!secuencias!en!sus!dominios!citosolicos!que!dirigen!el!empaquetamiento!de!
los!complejos!de!enzimas!lisosomicas!receptoras!en!vesículas!de!transporte!destinadas!a!endosomas!
tardíos,!que!maduran!luego!en!lisosomas!
!
BIOGENESIS Y RECICLAJE DE LAS MEMBRANAS
§ El!REG!es!el!encargado!de!la!producción!de!las!glucoproteínas!
§ El!REL!de!los!componentes!lipídicos!
§ El!Golgi!es!el!encargado!de!glicosilar!a!las!proteínas,!de!producir!proteoglicanos!y!de!generar!las!
vesículas!que!irán!a!una!organela!especifica!
§ La!biogénesis!de!toda!membrana!biológica!está!a!cargo!de!la!acción!conjunta!del!REG,REL!y!Golgi!
TP 13 COOPER [cancer].pdf
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