CAPITULO

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Sistemas de la membrana citoplsmica: estructura, funcin y trfico de membrana8-1 Naturaleza dinmica del sistema endomembrana 8-2 Algunas tcnicas para el estudio de las citomembranas H-3 Retculo endoplsmico i-4 El complejo de Golgi 8-5 Lisosomas 8-6 Vacuolas de clulas vegetales La perspectiva humana: Enfermedades producidas por defectos de la funcin lisosmica 8-7 Captacin celular de partculas y rnacromolculas La va experimental: Endocitosis mediada por receptores

FIGURA 8-A. En esta micrografa se indican varios elementos del sistema endomembrana de un par de clulas epiteliales cultivadas, teidas con anticuerpos fluorescentes para mostrar la presencia del retculo endoplsmico (verde) y de os endosomas (rojo). El ncleo aparece en azul. (Cortesa de Katrina Alien, Man/ Rycoiuski y ]ean Wilson, Universidad de Arizona.)

bservado con microscopio de luz, el citoplasma de casi todas las clulas vivientes parece relativamente desprovisto de estructura. Incluso antes que empezara el siglo XX, el examen de cortes de tejido teidos indicaba la existencia de una extensa red membranosa dentro del citoplasma. Sin embargo, no fue sino hasta el desarrollo del microscopio electrnico, en el decenio de 1940, que los bilogos comenzaron a apreciar las diversas disposiciones de las estructuras membranosas presentes en el citoplasma de la mayor parte de las clulas eucariotas. Los primeros investigadores en microscopa electrnica observaron vesculas rodeadas de membrana de dimetros diferentes que contenan materiales de diversa densidad electrnica; largos canales enlazados por membranas que se ramifican a travs del citoplasma para formar una red interconectada de conductos, y pilas de sacos aplanados rodeados de membranas llamadas cisternas. De los primeros estudios con microscopa electrnica y de las investigaciones bioqumicas que siguieron cada vez fue ms evidente que el citoplasma de las clulas eucariotas estaba gubdividido en varios compartimientos rodeados por barreras membranosas. A medida que se examinaron ms tipos de clulas se demostr que las estructuras membranosas del citoplasma formaban distintos organelos identificables en diversas clulas, desde levaduras hasta plantas y animales evolutivamente desarrollados. Lo extenso de las estructuras membranosas que ocupan el citoplasma de una clula eucariota se ilustra en la micrografa de una clula de la raz de una planta de maz mostrada en la figura 8-1.

O

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FIGURA !-1. Organelos membranosos citoplsmicos. El citoplasma de esta clula de la cubierta de la raz de una planta de maz tiene diversa disposicin de organelos membranosos. En este captulo examinaremos la estructura y funcin de muchos de estos organelos. (Cortesa de Hton H. MoUenhauer.)

En el presente captulo estudiaremos la estructura y las funciones del retculo endoplsmico, el complejo de Golgi, los endosomas, lisosomas y vacuolas. Considerados en conjunto, estos organelos membranosos forman un sistema de endomembranas estructural y funcionalmente interrelaconadas.1 Otros organelos membranosos del citoplasma, la mitocondria, los peroxisomas y los cloroplastos, fueron tema de los captulos precedentes.

8-1 Naturaleza dinmica del sistema endomembranaAunque el microscopio electrnico puede suministrar imgenes exquisitamente detalladas de las partes de una clula, inevitablemente son figuras congeladas en el tiempo. Las clulas ejecutan procesos dinmicos, pero el microscopio electrnico slo capta escenas estticas. Por consiguiente, debemos tratar de poner en accin a los organelos de la clula en nuestra propia imaginacin. Muchos estudios, algunos de los cuales se analizan en este captulo, muestran que casi todos los organelos membranosos del citoplasma forman parte de una red dinmica integrada en la cual se intercambian materiales de una parte de la clula a otra en ambos sentidos. En la mayor parte de los casos, los vehculos que llevan materiales entre los organelos, por ejemplo1 La envoltura nuclear tambin puede considerarse parte del sistema endomembrana, ya que se contina con el retculo endopisrnico y es sitio de sntesis de protenas de membrana. Sin embargo, la envoltura nuclear no es un organelo citoplsmica y su principal papel es regular el flujo de material entre el ncleo y el citoplasma. En consecuencia, su estructura y funcin se revisan en el captulo 12.

del retculo endoplsmico al complejo de Golgi, son minsculas vesculas de transporte que se forman por gemacin a partir de un compartimiento membranoso. Estas vesculas se mueven a travs del citoplasma de manera dirigida, con frecuencia a lo largo de vas formadas por elementos del citoesqueleto, y luego se fusionan con la membrana de un compartimiento diferente que acepta tanto la carga soluble de la vescula como su envoltura membranosa (fig. 8-2, V). Ciclos repetidos de gemacin y fusin desplazan materiales a lo largo de las vas a travs de la clula. Se han identificado diversas vas en el citoplasma (fig. 8-2). Se puede notar una va biosinttica en la cual se sintetizan materiales en el retculo endoplsmico o en el complejo de Golgi, se modifican durante su paso a travs del complejo de Golgi y se transportan en el citoplasma a diferentes destinos, como la membrana plasmtica, un lisosoma, o la vacuola ms grande de una clula vegetal. Esta ruta se conoce como la va secretoria, pues gran parte de los materiales sintetizados en el retculo endoplsmico o en el complejo de Golgi estn destinados a ser descargados (secretados) hacia afuera de la clula. La va biosinttica secretoria incluye flujo de lpidos, carbohidratos y protenas. En la primera parte del captulo slo consideraremos sntesis y transporte de protenas (fig. 8-2) y ms tarde volveremos al ensamblado y desplazamiento de ciertos carbohidratos y lpidos de membrana. Las actividades secretorias de la clula se pueden dividir en dos tipos: elemental y regulada. Durante la secrecin elemental se transportan materiales desde su sitio de sntesis y se descargan en el espacio extracelular de manera continua, no regulada. La mayor parte de las clulas participan en la secrecin elemental, proceso que contribuye no slo a la formacin de matriz extracelular (seccin 7-1), sino tambin a la formacin de la propia membrana plasmtica. Durante la secrecin regulada se secretan y almacenan materiales en granulos secretorios rodeados de membrana en las regiones perifricas del citoplasma y slo se descargan en respuesta a un estmulo apropiado. La secrecin regulada ocurre, por ejemplo, en clulas que producen y liberan hormonas o enzimas digestivas y en clulas nerviosas que liberan sustancias neurotransmisoras. . En tanto que la va secretoria desplaza materiales hacia afuera de la clula, la va endoctica opera en direccin opuesta llevando materiales del exterior de la clula (y desde la superficie de la membrana celular) a compartimientos como los endosomas y lisosomas localizados en el interior de la clula (fig. 8-2). El movimiento de vesculas y de los materiales encerrados en ellas a lo largo de diferentes vas dentro de una clula es anlogo a los movimientos de vehculos de carga que llevan diferentes tipos de carga a lo largo de las calles de una ciudad. Ambos tipos de transporte requieren normas definidas de trfico para garantizar que los materiales destinados a diferentes localidades sean entregados con precisin en los sitios apropiados. Por ejemplo, el trfico de protenas al interior de una clula de la glndula salival requiere que las protenas del moco salival, elaboradas en el retculo endoplsmico, se dirijan especficamente hacia las vesculas secretorias; en tanto que las enzimas lisosmicas, tambin elaboradas en el retculo endoplsmico, se enven

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CAPITULO 8 Sistemas de la membrana citoplsmica: estructura, funcin y trfico de membrana FIGURA 8-2. Las vas biosinttica y endoctica unen a las endomembranas en una red dinmica interconectada. a) La va biosinttica describe el flujo de materiales {especialmente protenas) del retculo endoplsmico a travs del complejo de Golgi hacia diferentes sitios, incluyendo lisosomas, endosomas, vesculas secretorias, vacuolas y la membrana plasmtica. La va endoctica mueve materiales desde la superficie de la clula al interior de la misma por medio de endosomas y isosomas, donde en general son desdoblados por las enzimas lisosmicas. La va endoctica incluye el desplazamiento de protenas de membrana y materiales extracelulares. Los carbohidratos y los lpidos pueden seguir rutas semejantes, segn se describe al final del captulo, b) Diagrama que ilustra el proceso de transporte vesicular mediante el cual los materiales son llevados desde un compartimiento donador a un compartimiento receptor. Las vesculas se forman por gemacin de la membrana, durante la cual las protenas de la membrana donadora se pueden incorporar a la vescula membranosa y las protenas solubles en el compartimiento donador pueden quedar encerradas en la luz de la vescula. Cuando posteriormente la vescula de transporte se fusiona, las protenas de la vescula de la membrana entran a formar parte de la membrana receptora y las protenas solubles quedan secuestradas en la luz del compartimiento receptor.

Exocitosis

Exterior

Endocitosis-

especialmente a los lisosomas. Las protenas se dirigen a destinos celulares predeterminados empleando las "direcciones" especficas o seales seleccionadoras que llevan las propias protenas. La clasificacin de protenas con diferente direccin se facilita por receptores residentes en las paredes de la vescula de transporte que reconocen protenas destinadas a sitios particulares. En el ltimo decenio se ha avanzado mucho en el mapeo de los patrones de trfico de clulas eucariotas al identificar direcciones especficas y receptores que gobiernan el flujo de trfico y al dilucidar el mecanismo que garantiza la entrega fsica de los materiales en los sitios apropiados del interior de la clula. En las siguientes pginas se analizarn en detalle estos temas. Primero consideraremos algunos de los ms importantes mtodos experimentales gracias a los cuales se lograron estos avances.

8-2 Algunas tcnicas para el estudio de las citomembranas(a)

Fusin con el 49)O/^ iompartimiento V**X * receptor A(

Los primeros estudios con microscopa electrnica suministraron a los bilogos una descripcin detallada del citoplasma de las clulas con muy poca atencin a las funciones que desempeaban las estructuras observadas. Para definir las funciones de los organelos citoplsmicos fue necesario desarrollar nuevas tcnicas y efectuar experimentos innovadores. Los primeros esfuerzos en este campo fueron recompensados en 1974 con el Premio Nobel para tres bilogos celulares: Christian De Duve, de la University of Louvain, en Blgica, y Albert Claude y George Palade, de la Rockefeller University. Los mtodos experimentales descritos en las siguientes secciones son particularmente tiles para suministrar bases de conocimiento sobre las cuales se basa la investigacin actual acerca de membranas ctoplsmicas.

Informacin obtenida por autorradiografaEntre los cientos de diferentes clulas del cuerpo, las clulas acinares del pncreas poseen uno de los sistemas endomem-

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brana ms desarrollados. Las principales funciones de estas clulas son sintetizar y secretar enzimas digestivas. Estas enzimas se envan a travs de los conductos pancreticos, donde fueron elaboradas, hacia el intestino delgado, donde desdoblan los alimentos ingeridos. Dnde se sintetizan las protenas secretorias de las clulas acinares del pncreas y cmo llegan a la superficie de las clulas donde sern descargadas? Estas preguntas son intrnsecamente difciles de responder porque todos los pasos del proceso de secrecin normalmente ocurren de manera simultnea dentro de la clula. Para seguir los pasos de un ciclo desde el principio hasta el final, o sea, desde la sntesis de una protena secretoria hasta su salida de la clula, James Jamieson y George Palade utilizaron la tcnica de autorradiografa. Segn se analiza con detalle en el captulo 17, la autorradiografa suministra una manera de visualizar un proceso bioqumico al permitir al investigador ubicar materiales marcados con istopos radiactivos dentro de una clula. En esta tcnica, con una delgada capa de emulsin fotogrfica se cubren cortes de tejido que contienen el istopo radiactivo, que as se expone a la radiacin que emana del tejido. Los sitios de las clulas que contienen radiactividad se manifiestan como granos plateados bajo el microscopio luego de revelar la emulsin que los cubre (fig. 8-3). Para determinar los sitios donde se sintetizan protenas secretorias, Palade y Jamieson incubaron durante un breve periodo pedazos de tejido pancretico en solucin con aminocidos radiactivos. En este periodo los aminocidos marcados fueron captados por las clulas vivientes e incorporados a las enzimas digestivas conforme se ensamblan en los ribosomas. Los tejidos se fijaron de inmediato, y las protenas sintetizadas durante la incubacin con aminocidos marcados se determinaron mediante autorradiografa. Esta tcnica revel que el retculo endoplsmico es el sitio donde se sintetizan las protenas secretorias (fig. 8-3, a). Para determinar la va que siguen las protenas secretorias dentro de la clula desde su sitio de sntesis hasta donde se descargan, Palade y Jamieson efectuaron un nuevo experimento. Despus de incubar el tejido por un breve periodo con aminocidos radiactivos, lo lavaron de inmediato para liberarlo del exceso de istopos y lo transfirieron a un medio que slo contena aminocidos no marcados. Los experimentos de este tipo se denominan "de seguimiento de pulsos". Pulso se refiere al breve periodo de incubacin con material radiactivo durante el cual se incorporan aminocidos marcados a la protena. Seguimiento indica el periodo durante el cual se expone el tejido al medio con aminocidos no marcados, tiempo durante el cual las protenas se sintetizan utilizando aminocidos no radiactivos. Cuanto ms largo el seguimiento, ms lejos viajarn las protenas elaboradas con istopos radiactivos durante el pulso a partir del sitio donde se sintetizaron dentro de la clula. En condiciones ideales, con esta tcnica se pueden seguir los movimientos de molculas recin sintetizadas observando la onda de material radiactivo que se desplaza a travs del citoplasma de la clula de un sitio al siguiente, en tanto concluye el proceso. Los resultados de estos experimentos, que definieron por primera vez la va biosinttica secretoria y reunieron algunos compartimientos membranosos aparentemente separados en una unidad funcional integrada,

se resumen en la figura 8-3, b-e, y se analizan con amplitud al final del captulo. Informacin obtenida por aislamiento de fracciones subcelulares La microscopa electrnica y la autorradiografa proporcionan informacin sobre la estructura y funcin de los organelos celulares, pero no suministran datos acerca de la composicin bioqumica de estas estructuras. Las tcnicas para fragmentar (homogeneizar) clulas y aislar tipos particulares de organelos fueron desarrolladas en los decenios de 1950 y 1960 por Albert Claude y Christian De Duve. Cuando se fragmenta una clula por homogeneizacin, las membranas citoplsmicas se rompen y los extremos de los fragmentos de membrana se fusionan para formar vesculas esfricas menores de 100 nm de dimetro (fig. 8-4, a). Las vesculas derivadas de diferentes organelos membranosos (ncleos, mitocondrias, membrana plasmtica, retculo endoplsmico, etc.) tienen diferentes propiedades que permiten separarlas entre s, mtodo denominado fraccionamiento celular. Entre los diferentes tipos de vesculas membranosas, las del sistema endomembrana (principalmente retculo endoplsmico y complejo de Golgi) forman un grupo heterogneo de vesculas de tamao similar conocidas como microsomas. En la figura 8-4, a, se muestran los resultados de una purificacin rpida (muy burda) de la fraccin microsmica de una clula. Dicha fraccin microsmica puede fragmentarse todava ms mediante las tcnicas estudiadas en la seccin 17-6. Por ejemplo, se pueden aislar vesculas derivadas de las diferentes partes del complejo de Golgi o se pueden separar vesculas con cubierta de protena de las vesculas que carecen de dicha cubierta. Las vesculas aisladas de la fraccin microsmica retienen un notable grado de su actividad original en la clula. Por consiguiente, no slo se puede determinar su composicin bioqumica, sino tambin muchas de sus capacidades funcionales, como su actividad enzimtica o su capacidad para segregar protena recin sintetizada. Por ejemplo, se observ que las vesculas derivadas de diferentes partes del complejo de Golgi poseen enzimas capaces de aadir diferentes azcares al extremo de una cadena de carbohidratos en crecimiento de una glucoprotena o de un glucolpido. Una vez aislada determinada enzima se puede utilizar como antgeno para preparar anticuerpos especficos contra dicha enzima. A continuacin se pueden unir los anticuerpos a materiales como partculas de oro, visibles con el microscopio electrnico, y comprobar la ubicacin de la enzima en el compartimiento membranoso de las clulas. Estos estudios precisaron el papel del complejo de Golgi en el ensamblado gradual de los carbohidratos complejos. Informacin obtenida por estudio de muanles genticos Un mulante es un organismo (o clulas cultivadas) cuyos cromosomas contienen uno o ms genes que codifican pro-

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ductos diferentes de los que se encuentran en la mayor parte de los organismos (o clulas) dentro de la poblacin. Si el producto de un gen muante no puede efectuar su funcin normal, la clula con esta mutacin muestra una deficiencia caracterstica. Al determinar la naturaleza precisa de la deficiencia se obtiene informacin acerca de la funcin del producto del gen normal. El estudio de las bases genticas de la secrecin se efectu principalmente en clulas de levaduras en el laboratorio de Randy Schekman, de la Universidad de California, en Berkeley. Las levaduras son particularmente adecuadas para estudios genticos, ya que tienen un nmero relativamente pequeo de genes (en comparacin con otros tipos de eucariotes); son organismos unicelulares relativamente pequeos que pueden crecer en cultivo y se desarrollan como clulas hapoides. Una mutacin en un solo gen de una clula haploide de levadura produce un efecto observable, puesto que las clulas carecen de una segunda copia del gen para enmascarar la presencia de un gen anormal. En el transcurso de casi dos decenios, los investigadores aislaron docenas de diferentes mulantes en los cuales prcticamente se han fraccionado todos los pasos de la va secretoria. Muchos de los genes encargados de estos efectos fueron clonados y las protenas codificadas, aisladas y secuenciadas. El aislamiento de protenas de las levaduras motiv investigaciones exitosas de protenas homologas en sistemas de mamferos. Una de las lecciones ms importantes que se aprendieron a partir del empleo de todas estas tcnicas es que las actividades dinmicas en las que participan elementos de los sistemas endomembrana son muy persistentes. Clulas de levaduras, plantas y el cerebro humano no slo ejecutan procesos similares, sino que tambin emplean protenas notablemente semejantes. Es evidente que la diversidad estructural de las clulas oculta su similaridad molecular subyacente. En muchos casos, protenas de especies muy divergentes son intercambiables. Por ejemplo, sistemas in vitro derivados de clulas de mamferos, en condicones tpicas son capaces de utilizar protenas de levaduras para facilitar el transporte de las vesculas. A la inversa, clulas de levaduras con deficiencias genticas que interrumpen alguna fase de la va biosinttica pueden "curarse" en experimentos de ingeniera gentica empleando genes de mamferos.

8-3 Retculo endoplstnicoEl retculo endoplstnico (RE) se divide en dos categoras muy amplias: retculo endoplsmico rugoso (RER) y retculo endoplsmico liso (REL) (fig. 8-5). Ambos tipos de RE (constituyen un sistema de membranas que encierran un \espacio. En consecuencia, el contenido lquido del citoplasma est dividido por el RE en dos compartimientos: un espacio encerrado dentro de sus membranas, denominado espacio luminal o cisterna!, y la regin situada por fuera de las membranas, que es el espacio citoslico. La distincin morfolgica entre RER y REL consiste en la presencia de ribosomas unidos en el primero y ausencia de los mismos en el ltimo. Cuando estn presentes, los

FIGURA 8-3. Empleo de la autorradiografa para revelar los sitios de sntesis y el transporte subsecuente de las protenas secretorias. a) Corte de una clula acinar pancretica incubada durante tres minutos con aminocidos radiactivos, fijada y preparada de inmediato para autorradiografa (vase seccin 17-4 para el anlisis de esta tcnica). Los granulos plateados que aparecen en la emulsin despus de revelada se localizan sobre el retculo endoplsmico. Esta fue la primera indicacin clara de que el retculo endoplsmico es el sitio de sntesis de las protenas secretorias (se estudia con detalle en la pgina 283). b-d) Diagrama de una secuencia de autorradiografas que muestran el movimiento de las protenas secretorias marcadas (representadas por granulos plateados en rojo) a travs de una clula acinar pancretica. Si la clula es un pulso marcado para tres minutos y fijado de inmediato (como se muestra en a), la radiactividad se localiza en el retculo endoplsmico (b). Despus de un pulso de tres minutos y un seguimiento de 17 minutos, las partculas marcadas se concentran en el complejo de Golgi y vesculas adyacentes (c). Luego de un pulso de tres minutos y un seguimiento de 117 minutos, la radiactividad se concentra en los granulos secretorios y comienza a ser liberada en los conductos pancreticos (d). e) Resumen de la cintica de marcado de los diferentes compartimientos de la clula acinar pancretica en el experimento descrito antes, (a: Cortesa de James D. Jameson y George Palade.)

ribosomas siempre se encuentran en la superficie que enfrenta el espacio citoslico. El RER aparece como un organelo membranoso extenso compuesto principalmente de sacos aplanados (cisternas) separados por un espacio citoslico como se muestra en la figura 8-6, a-c. Las micrografas electrnicas muestran el espacio cisternal del RER dividido en compartimientos separados (p. ej., fig. 8-6, b),

CAPITULO 8 Sistemas de la membrana citoplsmica: estructura, funcin y trfico de membranaLuz

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Granulos

Complejo de Golgi Retculo endoplsmico Ncleo Mitocondria

5 min

20 min

40 min

(b)100 r

(c)

(d)

Retculo endoplsmico rugoso

gran cantidad de protenas, como las del pncreas o de las glndulas salivales/ poseen extensas regiones de RER (fig. 8-6, d). En breve volveremos a la funcin del RER, pero primero describiremos las actividades del REL. Retculo endoplsmico liso El REL est muy desarrollado en algunos tipos de clulas, incluyendo las de msculo esqueltico, tbulos renales y glndulas endocrinas productoras de esteroides (fig. 8-7, a). Las protenas especficas del REL varan de una clula a otra segn las funciones particulares del organelo, e incluyen:

B

20 -

3 10

20

40

60

Tiempo de seguimiento (min)(e)FIGURA 8-3. (Continuacin.)

pero se cree que todas las cisternas RER se comunican entre s y que el espacio cisternal es continuo entre ellas. Los elementos membranosos del REL son tpicamente tubulares (figs. 8-5 y 8-7) y forman un sistema interconectado de tuberas que se incurvan a travs del citoplasma en el cual se presentan. Cuando las clulas son homogeneizadas, los fragmentos REL forman vesculas de superficie lisa, en tanto que las vesculas formadas por fragmentos RER son de superficie rugosa (fig. 8-4, b,c). Los dos tipos de vesculas poseen porosidad diferente y pueden separarse con facilidad; por lo tanto, el contenido de protenas y lpidos de cada tipo de RE est bien caracterizado. Diferentes tipos de clulas tienen cantidades notablemente distintas de un tipo de RE o del otro, segn las actividades de la clula. Por ejemplo, las clulas que secretan

Sntesis de hormonas esteroides en clulas endocrinas de las gnadas y la corteza suprarrenal. Destoxicacin en el hgado de gran variedad de compuestos orgnicos, incluyendo, por ejemplo, barbitricos y etanol. La destoxicacin se efecta mediante un sistema de enzimas que transfieren oxgeno (oxigenasas), entre las cuales se incluye el citocromo P450. Es digno de mencionar que dada su falta de especificidad para sustrato, estas enzimas tienen capacidad de oxidar miles de diferentes compuestos hidrfobos y convertirlos en sustancias ms hidrfilas y ms fciles de excretar. Los efectos no siempre son positivos; el compuesto benzo[fl]pireno relativamente poco nocivo (formado al tostar carne sobre una parrilla) se convierte en un potente carcingeno por accin de las enzimas "destoxicantes" del REL. Liberacin de glucosa a partir de la glucosa 6-fosfato en clulas hepticas mediante la enzima glucosa 6-fosfatasa. Grandes reservas de glucgeno se encuentran almacenadas en el hgado en forma de granulos unidos a la superficie externa de las membranas del retculo endoplsmico liso (fig. 8-7, V). Cuando se requiere energa qumica, el glucgeno se desdobla por accin de la enzima fosforilasa y forma glucosa 1-fosfato, que a continuacin se convierte en glucosa 6-fosfato en el citoplas-

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CAPITULO 8 Sistemas de la membrana citoplsmica: estructura, funcin y trfico de membrana

OHomogeneizacin

El hqmogenado contiene varios tipos de vesculas membranosasClulas completas

Sobrenadante posnuclear0

Centrifugar a 20 000 g durante 20 minutos

Homogenado

Clulas completas, ncleos, mitocondrias, peroxisomas

/ Transferir el L/ sobrenadante posnuclear

.*.:/*;!Centrifugar a 50 000 g durante dos horas . .*"* . '

'"**" A****** ,**.* **

Sobrenadante posmcrosmico

.v****

iXMhfli

Microsomas0.3 Hm

FIGURA 8-4. Aislamiento de una fraccin microsmica por centrifugacin diferencial, a) Cuando se fragmenta una clula por homogeneizacin mecnica (paso 1), los diferentes organelos membranosos se rompen y forman vesculas membranosas esfricas. Las vesculas derivadas de diferentes organelos pueden separarse por distintas tcnicas de centrifugacin. En el procedimiento que aqu se muestra, 51 homogeneizado celular primero se someti a centrifugacin a baja velocidad para formar esferas de las partculas ms densas y de mayor tamafi0, dejando las vesculas ms pequeas (microsomas) en el sobrenadante (paso 2). Los microsomas se pueden quitar del sobrenadante por cp^trifugacin a mayor velocidad durante periodos ms prolongados (paso 3). Una fraccin microsmica cruda de este tipo se puede fraccioi-)a- e n diferentes tipos de vesculas en pasos subsecuentes, b) Micrografa electrnica de una fraccin microsmica lisa en el cual las vesculas membranosas carecen de ribosomas. c) Micrografa electrnica de una fraccin microsmica rugosa que contiene membranas tachonadas de ribosomas. (b-c: cortesa de ].A. Higgins y R.J. Barnett.)

CAPITULO 8 Sistemas de la membrana citoplsmica: estructura, funcin y trfico de membrana

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conducto cuando llega la seal apropiada. La polaridad de los organelos de estas clulas epiteliales glandulares refleja el flujo de productos secretorios a travs de la clula desde su sitio de sntesis hasta el de descarga.Sntesis de protenas en rbosonias enlazados por membranas en comparacin con ribosomas "libres"

Retculo endoplsmico liso

Retculo endoplsmico rugoso

El papel del retculo endoplsmico rugoso como sitio de sntesis de las protenas secretorias en el pncreas fue demostrado por Jamieson y Palade, segn se describi antes (pg. 280). Se han observado resultados similares en otros tipos de clulas secretorias, incluyendo las clulas caliciformes del intestino que secretan mucoprotenas, clulas endocrinas que secretan hormonas p_plipeptdicas, clulas plasmticas que secretan anticuerpos y clulas hepticas que secretan prpt_enas_s_r_ieas^ Nuevos experimentos han revelado que las protenas se pueden dividir en dos clases, segn el sitio donde se ensamblen en la clula. 1. Un tipo de polipptido se ensambla en los ribosomas unidos a la superficie externa (citoslica) de las membranas RER. Este tipo incluye: a) protenas secretadas por la clula; b) protenas integrales de membrana, y c) protenas de ciertos organelos, incluyendo complejo de Golgi, lisosomas, endosomas y vacuolas de plantas. 2. El otro tipo de protenas se ensambla en ribosomas "libres" y posteriormente se libera en el citoplasma. Este tipo incluye: a) protenas destinadas a permanecer en el citoplasma (como las enzimas glucolticas o las protenas del citoesqueleto); b) protenas perifricas de la superficie interna de la membrana plasmtica (como espectrinas y anquirinas, que slo se unen dbilmente a la superficie de la membrana), y c) protenas que normalmente se encuentran en corpsculos microscpicos, cloroplastos y mitocondrias. Este ltimo grupo de protenas se sintetizan en el citoplasma y luego se importan totalmente formadas (es decir, despus de traduccin) a travs de la membrana al interior del organelo apropiado. Cmo pueden identificar las clulas estos dos tipos de protena y delimitar sus sitios de sntesis? En 1971, Gunter Blobel y David Sabatini, de la Rockefeller University, propusieron que la sntesis de una protena en un ribosoma rodeado de membrana o en un ribosoma libre depende de la informacin contenida en la porcin N terminal del polipptido, que es la primera parte que surge del ribosoma durante la sntesis de protena. Sugirieron que las protenas secretorias contienen una secuencia de seales especial en el N terminal que provoca la unin del ribosoma con una membrana del RE y el desplazamiento del polipptido naciente al interior del espacio cisternal del RE. Esta hiptesis, conocida como hiptesis de la seal, ha sido apoyada por numerosas pruebas experimentales. Sntesis de una protena secretoria o lisosmica en ribosomas enlazados a membrana Las etapas que ocurren durante la sntesis de una protena secretoria o lisosmica se muestran en la figura 8-9. La sin-

FIGURA 8-5. Retculo endoplsmico. Micrografa electrnica de una parte de la clula pancretica de murcilago que muestra el retculo endoplsmico liso y rugoso. (Cortesa de Keith R. Porter.)

ma. En tanto el azcar permanezca en estado fosforilado, no puede dejar la clula heptica; la membrana plasmtica es impermeable a los azcares fosfato. La glucosa 6-fosfatasa de las membranas REL elimina el grupo fosfato y genera molculas de glucosa que finalmente se desplazan hacia la corriente sangunea, donde se transportan a los tejidos del cuerpo. Secuestro de iones calcio dentro del espacio cisternal. La liberacin regulada de Ca2+ de las membranas REL desencadena respuestas celulares especficas, incluyendo contraccin de clulas musculares esquelticas (fig. 9-63). Retculo endoplsmico rugoso Las primeras investigaciones acerca de la funcin del RER se efectuaron en clulas que secretan gran cantidad de protenas, como las clulas acinares del pncreas (fig. 8-3) o las clulas secretorias de moco del revestimiento del conducto digestivo (g. 8-8). A partir del esquema y la micrografa de la figura 8-8 es evidente que los organelos internos de estas clulas tienen marcada polaridad sobre el eje longitudinal de la clula, o sea, de su extremo basal al apical. El ncleo y la extensa regin de cisternas RER se localizan cerca de la superficie basal de la clula que se enfrenta al riego sanguneo. El complejo de Golgi se localiza en la regin central de la clula. El extremo apical de la misma, que se enfrenta a la luz del conducto, contiene materiales secretorios envueltos en membranas cuyo contenido se libera con facilidad en el

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CAPITULO 8 Sistemas de la membrana citoplsmica: estructura, funcin y trfico de membrana

Ribosoma

Cisternas del retculo endoplsmico

(a)

0.3/m

5/m

FIGURA 8-6. Retculo endoplsmico rugoso (RER). a) Diagrama que muestra las pilas de cisternas aplanadas que constituyen el retculo endoplsmico rugoso. La superficie citoslica de ia membrana contiene ribosomas enlazados, que confieren a la cisterna su aspecto rugoso, b) Micrograia electrnica por transmisin de una porcin del RER de una clula acinar pancretica. Es evidente la divisin del RER en espacio cisternal (desprovisto de ribosomas) y espacio citoplsmico. c) Gammagrafa electrnica del RER en una clula acinar pancretica, d) Visualizaron del RE mediante gammagrafa confocal en una clula tota! cultivada. El RE (colores naranja y blanco) se concentra en la regin que rodea el ncleo (N). (b: Cortesa de S. lio; c: segn K. Tanaka, Int. Rev. Cytol. 68:W, 1980; d: segn Ayynppan K. Rnjiseknnm y coh. }. Cell Biol. 105:342, 1993; con permiso de The Company of Biologists Ltd.)

tesis del polipptido se inicia luego que un RNA mensajero se enlaza a un ribosoma libre, o sea, no unido a la membrana citoplsmica. En realidad, los ribosomas empleados para sintetizar protenas integrales de membrana, secretorias o lisosmicas provienen de la misma poblacin (reserva) que los utilizados para producir protenas que permanecen en el citoplasma. Segn predijeron Blobel y Sabatini, los polipptidos ensamblados en ribosomas enlazados a la membrana contienen una secuencia de seales, que incluye un

tramo de seis a 20 aminocidos no polares, que orienta el polipptido naciente hacia la membrana del RE y conduce a la compartamentalizacin del polipptido en la luz del retculo endoplsmico. (Un polipptido naciente es el que se halla en proceso de sntesis y por lo tanto no est todava completamente ensamblado.) Aunque el pptido de seal de ordinario se localiza en el N terminal o cerca del mismo, puede ocupar una posicin interna en alguno de los polipptidos.

CAPITULO 8 Sistemas de la membrana citoplsmica: estructura, funcin y trfico de membrana

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fl-7. Retculo endoplsmko liso (REL). a) Micrografa electrnica de una clula de Leydig de los testculos que muestra el RE liso extenso donde se sintetizan hormonas esteroides. b) Micrografa electrnica de una clula heptica de rata mostrando la continuidad entre las membranas del RE rugoso y del liso (flechas grandes), y tambin la estrecha relacin de los granulos de glucgeno con el RE liso, (a: Segn Don W. Faivcett; b: segn Albert L. Jones y Douglas L. Schmucker, Gastroenterology 73:847, 1977.)

Conforme surge del ribosoma, la secuencia de seales ser reconocida por una partcula para reconocimiento de seales (PRS), que consta de seis polipptidos distintos y una pequea molcula de RNA denominada RNA 7SL. La PRS se enlaza a la secuencia de seales (paso 1, fig. 8-9) y detiene la sntesis del polipptido, evitando que el terminal sufra plegamiento anormal prematuro. El cese de la traduccin despus del enlace de la PRS da tiempo al complejo para encontrar una membrana RE a la cual pueda unirse, de otro modo el polipptido podra ser sintetizado en el citoplasma. La PRS enlazada acta como "etiqueta", que permite a todo el complejo (PRS-ribosoma-polipptido naciente) enlazarse a un receptor de PRS localizado en la superficie citoplsmica de la membrana del retculo endoplsmico (paso 2, fig. 8-9). Se cree que la fijacin del complejo ribosoma-PRS a la membrana del RE conduce a la liberacin de la PRS de la secuencia de seales; al enlace de la secuencia de seales a un componente de la membrana del RE (paso 3, fig. 8-9), el cual prepara el polipptido naciente para penetrar a la membrana; a la liberacin de la PRS del receptor de la PRS dentro del citoplasma; al desplazamiento (translocacin) del polipptido naciente a travs del canal revestido de protena que atraviesa la membrana (paso 4), y finalmente a la liberacin del ribosoma enlazado a la membrana. La liberacin de la PRS de la secuencia de seales requiere el enlace de GTP a la protena enlazada a GTP, en tanto que la liberacin de la PRS del receptor de la PRS, que permite el inicio de la translocacin, requiere la hidrlisis del GTP enlazado. Como estudiaremos en detalle en el captulo 15, las protenas enlazadas a GTP (o protenas G)

desempean un papel regulador clave en muchos procesos celulares. Debido a que existen en dos conformaciones alternas, una forma enlazada a GTP y otra enlazada a GDP, las protenas G pueden actuar como interruptores moleculares que inician o detienen procesos especficos. En el presente ejemplo, el enlace a GTP y la hidrlisis garantizan que el ribosoma participe de manera apropiada en el mecanismo de la membrana para translocacin antes de continuar la sntesis del polipptido. En la actualidad se puede estudiar in vtro todo el proceso de sntesis de protena enlazada a la membrana empleando vesculas artificiales o vesculas celulares aisladas en diferentes combinaciones de protenas purificadas. Por ejemplo, recientemente se confirm la existencia de un canal revestido de protena en la membrana del RER, sospechado durante largo tiempo, mediante experimentos electrofisiolgicos efectuados en vesculas aisladas del RER que sintetizan protenas. Estos experimentos revelan la presencia de canales de conductividad elevada a iones que sirven como vas de paso para polipptidos en proceso de translocacin. La abertura de estos canales depende de los ribosomas enlazados; cuando se libera el ribosoma, la compuerta del canal se cierra. Conforme el polipptido naciente penetra en la cisterna del RER, es conducido por diferentes enzimas localizadas en la membrana o en la luz del RER. El polipptido naciente elimina la porcin N terminal que contiene el pptido de seal mediante una enzima proteoltca, la peptidasa de seal. Una oligosacariltransferasa, otra protena integral de membrana del RER (estudiada ms adelante), aade carbohidratos a la protena naciente.

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CAPITULO 8 * Sistemas de la membrana citoplsmica: estructura, fundn y trfico de membrana

Lisosorna

RE rugoso

Granulos mucgenos Complejo de Golgi

(b)

\.5]im

RER

FIGURA 8-8. Estructura polarizada de una clula secretoria, a) Dibujo de una clula caliciforme secretoria de moco del colon de rata, b) Micrografa electrnica de baja resolucin de una clula secretoria de moco de la glndula de Brunner del intestino delgado del ratn. Ambos tipos de clula muestran polarizacin distinta de los organelos, que refleja su papel en la secrecin de grandes cantidades de mucoprotena. El extremo basa! de las clulas contiene el ncleo y el RE rugoso. Las protenas sintetizadas en el RE rugoso se desplazan hacia el complejo de Golgi ntimamente relacionado y desde all al interior de las vesculas, en las cuales se concentra el producto secretorio final. Las regiones apicales de las clulas estn llenas de granulos secretorios que contienen mucoprotenas listas para ser liberadas, (a: Segn Moran Neutra y C.P. Leblond }. Cell Biol. 30:119, 3966, con permiso de Rockcfeller University Press; b: segn Alaiti Rambourg e Yves Clcrmont, Eur. J. Cell Biol. 51:196, 1990.)

(a)

La luz del RER contiene una elevada concentracin de protenas cuyo papel es garantizar que las protenas recin sintetizadas sufran las reacciones apropiadas de plegamiento para alcanzar su estructura funcional terciaria y cuaternaria. En estas protenas se incluye la enzima proteindisulfiro somerasa que cataliza la formacin y reordenamiento de enlaces disulfuro entre residuos de cistena de la cadena del polipptido, as como con numerosos chaperones moleculares (pg. 72) que evitan la formacin de agregados o plegamientos errneos de polipptidos. De alguna manera, la clula reconoce las protenas plegadas o ensambladas de manera incorrecta y las retiene en el RE, donde pueden ser destruidas. Este proceso, conocido como control de calidad, ayuda a garantizar que las protenas anormales no se transporten a otras partes de la clula. Un ejemplo de este proce-

so se observa en algunos casos graves de fibrosis qustica, donde la protena mulante RTFQ no puede llegar a la superficie de la clula (pg-153). La estructura del retculo endoplsmico es ideal para cumplir su papel como sitio de entrada a la va biosinttica de la clula. Su membrana proporciona una gran superficie sobre la cifal se pueden fijar muchos ribosomas (unos 13 millones por cada clula Viviente). La luz del RE proporciona un ambiente local que favorece plegamiento y ensamblado correctos de las protenas y un compartimiento donde pueden separarse protenas secretorias, lisosmicas y vacuolares de otras protenas recin sintetizadas. Como se mencion antes, las clulas deben tener capacidad para determinar dnde debe residir una protema recin sintetizada, sea fuera de la clula, en uno de los organelos membranosos del

CAPITULO 8 Sistemas de la membrana dtoplsmica: estructura, funcin y trfico de membrana RNAm RNAt

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Pptido de seal del polipptido naciente Citoplasma

oReceptorde la PRS

Ribosoma receptor

Membrana del RELuz del RE

Translocador de protena FIGURA 8-9. Modelo para la sntesis de protenas secretorias (o una enzima lisosmica) en un rbosoma enlazado a la membrana del RE rugoso. La sntesis del polipptido se inicia en un ribosoma libre. Conforme la secuencia seal (mostrada en rojo) emerge del ribosoma, se enlaza a la partcula para reconocimiento de seales (1), que detiene la traduccin en tanto se pone en contacto con la membrana del RE rugoso. La fijacin del ribosoma a la membrana del retculo endoplsmico (2) es mediada por un receptor para la partcula para reconocimiento de seales y un receptor separado del ribosoma. En los pasos subsecuentes (3 y 4), la PRS se libera del pptido de seal y luego del receptor de la PRS (pasos que requieren GTP y protena enlazada a GTP), el pptido de seal se une a un componente de la membrana RE (indicada aqu donde se une a la superficie interna de! conducto) y el resto del polipptido se transloca a travs del conducto. Luego que el polipptido naciente pasa al interior de la luz del RE, una protena de membrana (la peptidasa de seal) separa la seal del pptido. Una vez en la luz, el polipptido interacta con las protenas que garantizan un plegamiento apropiado (pg. 73) y promueven la formacin de enlaces disulfuro.

citoplasma o dentro del citoplasma. El asilamiento de protenas recin sintetizadas en las cisternas del RE prcticamente las elimina del citoplasma y permite enviarlas a su destino final. Este proceso es un claro ejemplo del papel de las membranas en la compartamentalzacin del espacio dentro de la clula de modo que puedan separarse los diferentes tipos de actividades. Biosntesis de membranas en el retculo endoplsmico Las membranas no se originan de novo, o sea, entidades nuevas procedentes de las reservas de protenas y lpidos; ms bien, slo se originan a partir de membranas preexistentes. Las protenas y lpidos recin sintetizados se introducen continuamente a las membranas ya existentes, proceso que en su mayor parte ocurre en el retculo endoplsmico. Como veremos a continuacin, los elementos de la membrana se desplazan del RE a casi todos los otros compartimientos de la clula. Conforme la membrana se desplaza a travs de la clula, las enzimas que residen en los diferentes compartimientos de la clula modifican su composicin de diferente manera. Por lo tanto/ aunque la membrana puede fluir por medio de vesculas desde el RE a travs del complejo de Golgi hacia la membrana plasmtica, las membranas que constituyen cada uno de estos compartimientos tienen su propia composicin nica y mantienen su identidad propia distintiva (cuadro 4-1). Recordemos que las membranas celulares son asimtricas; las dos superficies de una membrana tienen una estructura muy diferente (pg. 125). Esta asimetra se establece inicialmente en el retculo endoplsmico conforme lpidos y protenas se incorporan a la bicapa, y se mantiene a medida que la membrana pasa por los procesos de gemacin y fu-

sin de un compartimiento al siguiente. Como resultado, los componentes situados en la superficie cisternal de la membrana del RE se pueden identificar en la superficie luminal de las vesculas de transporte, la superficie luminal de la cisterna de Golgi y la superficie externa (exoplsmica) de la membrana plasmtica (fig. 8-10). Sntesis de protenas integrales de membrana en los ribosomas enlazados a la misma. Las protenas integrales de membrana, como glucoforina y banda 3 de la membrana plasmtica del eritrocito (fig. 4-31) se ensamblan de manera muy similar a las protenas secretorias y lisosmicas ya estudiadas. Se sintetizan en los ribosomas enlazados a la membrana y se translocan a travs de la membrana del RE conforme el polipptido se alarga. A diferencia de las protenas secretorias y isosmicas, que atraviesan por completo la membrana, las protenas integrales contienen uno o ms tramos de aminocidos hidrfobos que sirven como secuencia para detener la transferencia, las cuales impiden movimientos adicionales de la protena dentro de la cmara cisternal. Se ha postulado que la translocacin de la secuencia que detiene la transferencia en la protena que reviste el canal abre lateralmente dicho canal y permite que la parte hidrfoba del polipptido naciente penetre a la bicapa de lpidos. La figura 8-11 muestra la sntesis del tipo ms sencillo de protena integral, la que slo contiene un segmento transmembrana, cuyo N terminal se localiza en el lado cisternal de la membrana del RE y cuyo C terminal se encuentra en el lado citoplsmico. Hay numerosos ejemplos en que la "misma" protena aparece en dos versiones (soformas), una soluble y la otra enlazada a la membrana. Estas protenas tienen la misma secuencia de seales y la misma secuencia primaria, excepto

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CAPITULO 8 Sistemas de la membrana citoplsmica: estructura, funcin y trfico de membrana FIGURA 8-10. Mantenimiento de la asimetra de la membrana. A medida que las protenas se sintetizan en el RE rugoso, entran a la bicapa de lpidos en una orientacin predecible determinada por su secuencia de aminocidos. Esta orientacin persiste por todo el trayecto del sistema endomembrana, segn se ilustra en la figura. Las cadenas de carbohidratos se aaden primero al RE y constituyen una manera conveniente de evaluar la lateralidad de la membrana, ya que siempre aparecen sobre el lado cisterna! de las membranas citoplsmicas, que se transforman en el lado exoplsmico de la membrana plasmtica luego que se fusionan de vesculas con dicha membrana (paso mostrado en la figura 8-27).

Exterior

por la presencia de un tramo transmembrana hidrfobo en la protena de membrana, ausente en la forma soluble. Esta pequea diferencia determina si la protena forma parte de la membrana o ser secretada al espacio extracelular. Las protenas que rodean varias veces la membrana tienen un nmero de tramos hidrfobos que corresponden a los dominios transmembrana respectivos (como en la figura 4-16). Sntesis de lpidos de membrana. Casi todos los lpidos de la membrana se sintetizan en el retculo endoplsmico; las principales excepciones son esfingomielina y glucolpidos, cuya sntesis comienza en el RE y concluye en el complejo de Golgi. Las enzimas implicadas en la sntesis de fosfolpidos son protenas integrales de membrana del RE con sus sitios activos enfrentando al citoplasma. Los fosfolpidos recin sintetizados se introducen en la mitad de la bicapa que enfrenta al citoplasma. Algunas de estas molculas lpidas se desplazan ms tarde hacia la hoja opuesta ayudadas por protenas (flipasas) que translocan activamente las molculas de los lpidos a travs de la bicapa. El hecho de que las membranas de diferentes organelos posean composicin lpida notablemente diferente (cuadro 4-2) indica que los cambios tienen lugar conforme la mem-

Secuencia para detener la transferenci Citoplasma

Luz del RE

FIGURA f-11. Modelo de la sntesis de una protena integral de membrana que contiene un solo segmento transmembrana y una secuencia de seales cerca del N terminal del polipptido naciente. La PRS y los diferentes componentes de la membrana mostrados en la figura 8-9 tambin participan en la sntesis de protenas integrales, pero se omiten para mayor sencillez. El polipptido naciente se transloca al canal revestido de protena, igual que si fuera una protena secretoria (1-3), pero la entrada de la secuencia que detiene la transferencia hidrfoba al interior del poro (4) abre el canal lateralmente y la hlice hidrfoba se introduce en la bicapa (5-6). Se asume que en este momento el ribosoma se libera de la membrana y la sntesis de la porcin restante del polipptido (la porcin C terminal) ocurre conforme el ribosoma se libera en el citoplasma (como en el paso 5). Los polipptidos que tienen ms de un segmento transmembrana poseen una secuencia hidrfoba adicional que ayuda a introducirlos en la bicapa.

CAPITULO 8 Sistemas de la membrana coplstnica: estructura, funcin y trfico de membrana FIGURA 8-12. Modificacin de la composicin de los lpidos de la membrana, a) Histograma que indica el porcentaje de cada uno de los tres fosfolpidos (fosfatidilcolina, fosfatidilserina y esfingomielina) en tres diferentes tipos de membrana celular (retculo endoplsrnico, complejo de Golgi y membrana plasmtica). El porcentaje de cada especie de lpido aparentemente cambia de manera gradual conforme la membrana fluye desde el RE a las membranas de Golgi y plasmtica, b) Diagrama que muestra tres mecanismos distintos para explicar cmo puede ser diferente la composicin de fosfolpidos de una membrana del sistema endomembrana en comparacin con otra membrana del sistema, aunque los compartimientos de membrana sean continuos espacial y temporalmente. 1) En la cabeza de los fosfolpidos de la bicapa, los grupos se modifican enzimticamente; 2) la membrana de una vescula en formacin tiene fosfolpidos de composicin diferente a los de la membrana a partir de la cual se forma por gemacin; 3) los fosfolpidos se pueden eliminar fsicamente de una membrana e introducir a otra membrana mediante intercambio de protenas por fosfolpidos.(a)

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PC

PS

SM

tu 50% -

-

RE

CG

1MP RE

1CG MP

,ilRE CG MP

RE = retcul endoplsmico CG = ccmpl o de Golgi MP = memb rara plasmtica del eritrocito

PC - fcsfatidilcolinaPS - osfatidilserina SM = esfingomielina

brana fluye a travs de la clula. Hay varios factores que contribuyen a dichos cambios (fig. 8-12). 1. La mayor parte de los organelos poseen la capacidad de modificar los lpidos ya presentes en una membrana, convirtiendo un tipo de fosfolpido (como la fosfatidilseridina) en otro (p. ej., fosfatidilcolina o fosfatidiletanolamina). 2. Cuando las vesculas se forman por gemacin de un compartimiento (como en la figura 8-2, b), algunos tipos de fosfolpidos pueden ser incluidos de manera preferencial en la membrana de la vescula en formacin, en tanto que otros tipos no se incluyen. 3. Las clulas contienen protenas para intercambiar con fosfolpidos cuya funcin es transportar fosfolpidos especficos a travs del citoplasma acuoso de un tipo de compartimiento de membrana a otro. Estas enzimas pueden facilitar el desplazamiento de fosfolpidos especficos desde el RE a otros organelos, incluyendo mitocondrias y cloroplastos.Glucosllacin en el retculo endoplsmico rugoso

Casi todas las protenas producidas en ribosomas enlazados a la membrana, ya sean componentes integrales de membrana, enzimas lisosmicas o vacuolares, o partes de la matriz extracelular, se convierten en glucoprotenas. Como se indic en la figura 4-12, b, las cadenas de carbohidratos pueden fijarse a una protena mediante uniones N (al tomo de nitrgeno de un residuo asparagina) o uniones O (al tomo de oxgeno de un residuo serina o treonina [o un residuo hidroxicolina en la colgena]). Hay diferencias en las dimensiones promedio, composicin del azcar y va de sntesis entre estos dos tipos de oligosacridos, pero comparten ciertas propiedades. De mayor importancia es que las secuencias de azcares que componen ambos tipos de oligosacridos son altamente especficas; si se aislan los oligosacridos de una protena purificada, las secuencias son consistentes y predecibles. Cmo se determina la secuencia de azcares? Las macromolculas ms conocidas que poseen una secuencia ordenada de bloques de construccin son los cidos nucleicos y las protenas. La secuencia de cidos nu-

cleicos y protenas se genera por medio de una plantilla, o sea, una molcula preexistente que contiene la secuencia. En las glucoprotenas, la secuencia de carbohidratos se ge-

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CAPITULO 8 Sistemas de la membrana citaplsmica: estructura, fundn y trfico de membrana

CrLOH O. H O O CH

CH,OH

/V-acetilglucosamina transferasa

H

OPOPO

NH

=0CH,

o-

Q-

H

H

H

/ H