Una de las formas más sencillas de comprender las estructuras y funciones del orgánulos alojado dentro de una célula, y la biología celular en su conjunto, es compararlos con cosas del mundo real.
Por ejemplo, tiene sentido describir el Aparato de Golgi como planta de empaque u oficina de correos porque su función es recibir, modificar, clasificar y enviar carga celular.
El orgánulo vecino del cuerpo de Golgi, el retículo endoplásmico, se entiende mejor como la planta de fabricación de la célula. Esta fábrica de orgánulos construye las biomoléculas necesarias para todos los procesos de la vida. Estos incluyen proteínas y lípidos.
Probablemente ya sepa lo importantes que son las membranas para células eucariotas; el retículo endoplásmico, que incluye tanto el retículo endoplasmático rugoso y retículo endoplasmático liso, ocupa más de la mitad del espacio de la membrana en las células animales.
Sería difícil exagerar cuán importante es para la célula este orgánulo membranoso, formador de biomoléculas.
Estructura del retículo endoplásmico
Los primeros científicos que observaron el retículo endoplásmico, mientras tomaban la primera micrografía electrónica de una célula, se sorprendieron por la apariencia del retículo endoplásmico.
Para Albert Claude, Ernest Fullman y Keith Porter, el organelo parecía "como un encaje" debido a sus pliegues y espacios vacíos. Es más probable que los observadores modernos describan la apariencia del retículo endoplásmico como una cinta doblada o incluso una cinta de caramelo.
Esta estructura única asegura que el retículo endoplásmico pueda desempeñar sus funciones importantes dentro de la célula. El retículo endoplásmico se entiende mejor como un largo membrana de fosfolípidos plegado sobre sí mismo para crear su característica estructura en forma de laberinto.
Otra forma de pensar sobre la estructura del retículo endoplásmico es como una red de bolsas y tubos planos conectados por una sola membrana.
Esta membrana de fosfolípidos plegada forma curvas llamadas cisternas. Estos discos planos de membrana de fosfolípidos aparecen apilados cuando se observa una sección transversal del retículo endoplásmico con un microscopio potente.
Los espacios aparentemente vacíos entre estas bolsas son tan importantes como la propia membrana.
Estas áreas se llaman lumen. Los espacios internos que componen el lumen están llenos de líquido y, gracias a la forma de plegado aumenta el área de superficie general del orgánulo, en realidad constituye alrededor del 10 por ciento de la célula volumen total.
Dos tipos de ER
El retículo endoplásmico contiene dos secciones principales, llamadas así por su apariencia: el retículo endoplasmático rugoso y el retículo endoplasmático liso.
La estructura de estas áreas del orgánulo refleja sus roles especiales dentro de la célula. Bajo la lente de un microscopio, la membrana de fosfolípidos de la membrana endoplásmica rugosa aparece cubierta de puntos o protuberancias.
Estos son ribosomas, que dan al retículo endoplásmico rugoso una textura rugosa o rugosa (y de ahí su nombre).
Estos ribosomas son en realidad orgánulos separados del retículo endoplásmico. Un gran número (¡hasta millones!) De ellos se localizan en la superficie rugosa del retículo endoplásmico porque son vitales para su función, que es la síntesis de proteínas. El RER existe como hojas apiladas que se retuercen juntas, con bordes en forma de hélice.
El otro lado del retículo endoplásmico, el retículo endoplásmico liso, se ve bastante diferente.
Si bien esta sección del orgánulo todavía contiene las cisternas plegadas en forma de laberinto y el lumen lleno de líquido, la superficie de este lado de la membrana de fosfolípidos parece liso o liso porque el retículo endoplásmico liso no contiene ribosomas.
Esta porción del retículo endoplásmico sintetiza lípidos en vez de proteinas, por lo que no requiere ribosomas.
El retículo endoplásmico rugoso (ER rugoso)
El retículo endoplásmico rugoso, o RER, recibe su nombre de su característico aspecto rugoso o tachonado gracias a los ribosomas que recubren su superficie.
Recuerde que todo el retículo endoplásmico actúa como una planta de fabricación de la biomoléculas necesarias para la vida, como proteínas y lípidos. El RER es la sección de la fábrica que se dedica a producir solo proteínas.
Algunas de las proteínas producidas en el RER permanecerán en el retículo endoplásmico para siempre.
Por esta razón, los científicos llaman a estas proteínas proteínas residentes. Otras proteínas se modificarán, clasificarán y enviarán a otras áreas de la célula. Sin embargo, una gran cantidad de proteínas construidas en el RER están marcadas para su secreción celular.
Esto significa que después de la modificación y clasificación, estas proteínas secretoras viajarán a través del transportador de vesículas a través del membrana celular para trabajos fuera de la celda.
La ubicación del RER dentro de la celda también es importante para su función.
El RER está justo al lado del núcleo de la celda. De hecho, la membrana de fosfolípidos del retículo endoplásmico en realidad se conecta con la barrera de membrana que rodea el núcleo, llamada membrana nuclear o membrana nuclear.
Esta estrecha disposición asegura que el RER reciba la información genética que necesita para construir proteínas directamente desde el núcleo.
También hace posible que el RER señale al núcleo cuando la formación de proteínas o el plegamiento de proteínas fallan. Gracias a su proximidad, el retículo endoplásmico rugoso puede simplemente enviar un mensaje al núcleo para ralentizar la producción mientras el RER se pone al día con la acumulación.
Síntesis de proteínas en el ER rugoso
Síntesis de proteínas generalmente funciona así: el núcleo de cada célula contiene un conjunto completo de ADN.
Este ADN es como el modelo que la célula puede usar para construir moléculas como proteínas. La célula transfiere la información genética necesaria para construir una sola proteína desde el núcleo a los ribosomas en la superficie del RER. Los científicos llaman a este proceso transcripción porque la célula transcribe, o copia, esta información del ADN original usando mensajeros.
Los ribosomas adjuntos al RER reciben a los mensajeros que llevan el código transcrito y usan esa información para hacer una cadena de aminoácidos.
Este paso se llama traducción porque los ribosomas leen el código de datos del mensajero y lo usan para decidir el orden de los aminoácidos en la cadena que forman.
Estas cadenas de aminoácidos son las unidades básicas de las proteínas. Eventualmente, esas cadenas se plegarán en proteínas funcionales y tal vez incluso reciban etiquetas o modificaciones para ayudarlas a hacer su trabajo.
Plegado de proteínas en la sala de emergencias áspera
El plegamiento de proteínas generalmente ocurre en el interior del RER.
Este paso le da a las proteínas una forma tridimensional única, llamada su conformación. El plegamiento de proteínas es crucial porque muchas proteínas interactúan con otras moléculas usando su forma única para conectarse como una llave que encaja en una cerradura.
Es posible que las proteínas mal plegadas no funcionen correctamente, y este mal funcionamiento puede incluso causar enfermedades humanas.
Por ejemplo, los investigadores ahora creen que los problemas con el plegamiento de proteínas pueden causar trastornos de salud como el tipo 2 diabetes, fibrosis quística, anemia de células falciformes y problemas neurodegenerativos como la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson enfermedad.
Enzimas son una clase de proteínas que hacen posibles las reacciones químicas en la célula, incluidos los procesos involucrados en el metabolismo, que es la forma en que la célula accede a la energía.
Las enzimas lisosomales ayudan a la célula a descomponer el contenido celular no deseado, como los orgánulos viejos y las proteínas mal plegadas, para reparar la célula y aprovechar el material de desecho para obtener su energía.
Las proteínas de membrana y las proteínas de señalización ayudan a las células a comunicarse y trabajar juntas. Algunos tejidos necesitan pequeñas cantidades de proteínas, mientras que otros tejidos necesitan muchas. Estos tejidos suelen dedicar más espacio al RER que otros tejidos con menores necesidades de síntesis de proteínas.
•••Ciencia
El retículo endoplásmico liso (RE liso)
El retículo endoplásmico liso, o SER, carece de ribosomas, por lo que sus membranas se ven como túbulos lisos o lisos bajo el microscopio.
Esto tiene sentido porque esta porción del retículo endoplásmico forma lípidos o grasas, en lugar de proteínas, y por lo tanto no necesita ribosomas. Estos lípidos pueden incluir ácidos grasos, fosfolípidos y moléculas de colesterol.
Los fosfolípidos y el colesterol son necesarios para construir las membranas plasmáticas de la célula.
El SER produce hormonas lipídicas que son necesarias para el buen funcionamiento de la sistema endocrino.
Estos incluyen hormonas esteroideas elaboradas a partir del colesterol, como el estrógeno y la testosterona. Debido al papel principal que desempeña el SER en la producción de hormonas, las células que requieren muchas hormonas esteroides, como las de los testículos y los ovarios, tienden a dedicar más espacio celular al SER.
El SER también participa en el metabolismo y la desintoxicación. Ambos procesos ocurren en las células del hígado, por lo que los tejidos del hígado suelen tener una mayor abundancia de SER.
Cuando las señales hormonales indican que las reservas de energía son bajas, los riñones y celulas hepáticas comenzar una vía de producción de energía llamada gluconeogénesis.
Este proceso crea la importante fuente de energía, la glucosa, a partir de fuentes no carbohidratos en la célula. El SER en las células hepáticas también ayuda a esas células hepáticas a eliminar toxinas. Para hacer esto, el SER digiere porciones del compuesto peligroso para hacerlo soluble en agua para que el cuerpo pueda excretar la toxina a través de la orina.
El retículo sarcoplásmico en las células musculares
Una forma altamente especializada del retículo endoplásmico aparece en algunos células musculares, llamada miocitos. Este formulario, llamado retículo sarcoplásmico, se encuentra generalmente en las células del músculo cardíaco (corazón) y esquelético.
En estas células, el orgánulo gestiona el equilibrio de los iones de calcio que las células utilizan para relajar y contraer las fibras musculares. Los iones de calcio almacenados se absorben en las células musculares mientras que las células se relajan y se liberan de las células musculares durante contracción muscular. Los problemas con el retículo sarcoplásmico pueden provocar problemas médicos graves, incluida la insuficiencia cardíaca.
La respuesta de la proteína desplegada
Ya sabe que el retículo endoplásmico es parte de la síntesis y el plegamiento de proteínas.
El plegamiento adecuado de proteínas es crucial para producir proteínas que puedan hacer su trabajo correctamente y, como se mencionó anteriormente, plegamiento incorrecto puede hacer que las proteínas funcionen incorrectamente o no funcionen en absoluto, lo que posiblemente provoque afecciones médicas graves como el tipo 2 diabetes.
Por esta razón, el retículo endoplásmico debe garantizar que solo las proteínas correctamente plegadas se transporten desde el retículo endoplásmico al aparato de Golgi para su envasado y envío.
El retículo endoplásmico asegura el control de la calidad de las proteínas a través de un mecanismo llamado respuesta de proteína desplegadao UPR.
Básicamente, se trata de una señalización celular muy rápida que permite que el RER se comunique con el núcleo celular. Cuando las proteínas desplegadas o mal plegadas comienzan a acumularse en la luz del retículo endoplásmico, el RER desencadena la respuesta de la proteína desplegada. Esto hace tres cosas:
- Señala al núcleo para ralentizar la tasa de síntesis de proteínas limitando el número de moléculas mensajeras enviadas a los ribosomas para su traducción.
- La respuesta de la proteína desplegada también aumenta la capacidad del retículo endoplásmico para Doblar proteínas y degradar proteínas mal plegadas.
- Si ninguno de estos pasos resuelve la acumulación de proteínas, la respuesta de la proteína desplegada también contiene un mecanismo de seguridad. Si todo lo demás falla, las células afectadas se autodestruirán. Esta es la muerte celular programada, también llamada apoptosis, y es la última opción que tiene la célula para minimizar cualquier daño que puedan causar las proteínas desplegadas o mal plegadas.
Forma ER
La forma del ER se relaciona con sus funciones y puede cambiar según sea necesario.
Por ejemplo, aumentar las capas de láminas de RER ayuda a algunas células a segregar una mayor cantidad de proteínas. Por el contrario, las células como las neuronas y las células musculares que no secretan tantas proteínas pueden tener más túbulos SER.
La ER periférico, que es la parte que no está conectada con la envoltura nuclear, puede incluso trasladarse según sea necesario.
Estas razones y mecanismos para ello son objeto de investigación. Puede incluir túbulos SER deslizantes a lo largo del microtúbulos de El citoesqueleto, arrastrando el ER detrás de otros orgánulos e incluso anillos de túbulos ER que se mueven alrededor de la célula como pequeños motores.
La forma del RE también cambia durante algunos procesos celulares, como mitosis.
Los científicos todavía están estudiando cómo se producen estos cambios. Un complemento de proteínas mantiene la forma general del orgánulo del RE, incluida la estabilización de sus láminas y túbulos y ayuda a determinar las cantidades relativas de RER y SER en una célula en particular.
Esta es un área de estudio importante para los investigadores interesados en la relación entre la sala de emergencias y la enfermedad.
ER y enfermedad humana
El plegamiento incorrecto de proteínas y el estrés ER, incluido el estrés de la activación frecuente de la UPR, pueden contribuir al desarrollo de enfermedades humanas. Estos pueden incluir fibrosis quística, diabetes tipo 2, enfermedad de Alzheimer y paraplejía espástica.
Virus también puede secuestrar el ER y utilizar la maquinaria de construcción de proteínas para producir proteínas virales.
Esto puede alterar la forma del ER e impedir que realice sus funciones normales para la célula. Algunos virus, como el dengue y el SARS, forman vesículas protectoras de doble membrana dentro de la membrana del ER.