Atlas de histología vegetal y animal

El retículo endoplasmático es un complejo sistema de túbulos y cisternas delimitados por membranas que están interconectados entre sí compartiendo el mismo espacio interno. Sus membranas se continúan con las de la envuelta nuclear y se pueden extender hasta las proximidades de la membrana plasmática. El retículo endoplasmático puede llegar a tener más de la mitad de las membranas de una célula y son más delgadas que las de otros compartimentos celulares (unos 5 nm de espesor).

El retículo endoplasmático se organiza en 3 dominios que realizan diferentes funciones. El retículo endoplasmático rugoso posee ribosomas asociados a sus membranas (de ahí el nombre de rugoso) y se organiza en cisternas aplanadas o túbulos más o menos rectos (Figura 1). El retículo endoplasmático liso no posee ribosomas asociados a sus membranas (de ahí el nombre de liso) y se organiza formando túbulos muy curvados e irregulares. La envuelta nuclear se considera un tercer dominio puesto que se continúa físicamente con las membranas del retículo endoplasmático, pero con funciones diferentes a las de los dos dominios anteriores. Sin embargo, se pueden observar ribosomas asociados a su membrana externa.

El retículo endoplasmático rugoso y el liso suelen ocupar espacios celulares diferentes, como ocurre en los hepatocitos, en las neuronas y en las células que sintetizan esteroides. Sin embargo, en algunas regiones del citoplasma no existe una segregación clara entre ambos dominios y se aprecian áreas de membrana con ribosomas mezcladas con otras sin ribosomas. La disposición espacial del retículo endoplasmático en las células animales depende de sus interacciones con los microtúbulos, mientras que en las vegetales son los filamentos de actina los principales responsables.

Desde el retículo endoplasmático se generan las gotas de lípidos y los peroxisomas. Estos procesos los veremos en las páginas dedicadas a estos orgánulos.

1. Retículo endoplasmático rugoso

El dominio rugoso del retículo endoplasmático se caracteriza por organizarse en una trama de túbulos alargados y sacos aplanados y apilados, más o menos regulares en su forma, con numerosos ribosomas asociados a sus membranas (Figuras 1 y 2). La cantidad de ribosomas asociados a sus membranas condiciona la forma de este orgánulo, de tal manera que cuando el número de ribosomas asociados aumenta, los túbulos se expanden adoptando la forma de cisternas aplanadas.

Síntesis de proteínas

La principal misión del retículo endoplasmático rugoso es la síntesis de proteínas, las cuales irán destinadas a diferentes lugares: a) el exterior celular, b) el interior de otros orgánulos que participan en la ruta vesicular, como los lisosomas, o c) formarán parte integral de las membranas, tanto plasmática como de otros orgánulos de la ruta vesicular. Las proteínas transmembrana de la membrana plasmática se sintetizan en el retículo endoplasmático. d) Además, el retículo endoplasmático rugoso tiene que sintetizar proteínas para sí mismo, denominadas proteínas residentes, las cuales, para ser retenidas, deben poseer una secuencia señal de cuatro aminoácidos concretos localizados en el extremo carboxilo (-COOH).

Todas estas proteínas empiezan su proceso de síntesis en los ribosomas libres del citosol, pero dicha síntesis terminará en el interior un túbulo o de una cisterna del retículo o bien formando parte de sus membranas (Figura 3). El proceso comienza con la unión del ARN mensajero (ARNm) a una subunidad pequeña ribosomal y posteriormente a una subunidad grande ribosomal para comenzar la traducción. Lo primero que se traduce de estos ARNm es una secuencia inicial de nucleótidos a partir de la cual se sintetiza una cadena de unos 70 aminoácidos denominada péptido señal. Una molécula conocida como SRP (sequence recognition particle) reconoce al péptido señal y enlentece el proceso de traducción. El complejo formado por ribosoma, ARNm, péptido señal, más el SRP difunde por el citosol hasta chocar con una membrana del retículo endoplasmático, a la cual se une gracias a la existencia de un receptor de membrana que reconoce al SRP unido. Después todo el conjunto anterior interacciona con un translocador, que es un complejo proteico transmembrana que tiene un canal. SRP y su receptor son liberados al medio y el péptido señal de la proteína que se está sintetizando queda unido al translocador, mientras que se reinicia la traducción y la cadena polipeptídica naciente se va introduciendo por el canal del translocador y alargando. Si la proteína es soluble, es decir, no es una proteína de membrana, una peptidasa presente en el retículo endoplasmático escinde el péptido señal del resto de la cadena de aminoácidos, quedando ésta libre. Una vez completada su síntesis, la cadena de aminoácidos adopta su conformación tridimensional funcional, ayudada por chaperonas, y el ribosoma se libera de la membrana del retículo, pudiendo comenzar un nuevo ciclo de traducción.

La cadena polipeptídica de proteínas que atraviesan la membrana, o proteínas transmembrana, tiene secuencias de aminoácidos hidrófobos, a veces sóla una, que cuando se traducen se insertan directamente entre los ácidos grasos de la membrana gracias a la acción del translocador. El proceso es muy complejo y diverso para los diferentes tipos de proteínas integrales puesto que, por ejemplo, algunos receptores transmembrana tiene hasta siete cruces de membrana. Sólo en raras ocasiones el retículo importa proteínas que se sintetizan completamente en el citosol gracias a otras proteínas presentes en su membrana.

Las proteínas que se sintetizan en los ribosomas adosados a la membrana del retículo endoplasmático son modificadas conforme van siendo sintetizadas. a) Hay glicosilación (N-glicosilación) de los aminoácidos asparragina. Éstos recibirán un complejo de 14 azúcares en su radical, que son transferidos desde un lípido embebido en la membrana denominado dolicol fosfato, perdiéndose algunos de estos azúcares en procesos posteriores. b) Se da hidroxilación sólo en algunas proteínas, sobre todo en aquellas que van a formar parte de la matriz extracelular. Aquí se hidroxilan los aminoácidos prolina y lisina, dando hidroxiprolina e hidroxilisina, que formarán parte del colágeno. c) Algunas proteínas de la membrana plasmática están unidas covalentemente a lípidos de la membrana. Esta unión también se produce en este compartimento. d) Se establecen puentes disulfuro entre cadenas de aminoácidos.

En el retículo endoplasmático rugoso se produce un control de la calidad de las proteínas sintetizadas, de modo que aquellas que tienen defectos son sacadas al citosol y eliminadas. Existen unas proteínas denominadas chaperonas que juegan un papel esencial en el plegamiento y maduración de las proteínas recién sintetizadas. Son también ellas las encargadas de detectar errores y marcar las proteínas defectuosas para su degradación. Otras proteínas con dominios tipo lectina, reconocen determinados azúcares y comprueban la adición correcta dem los glúcidos. El mal plegamiento de proteínas es más frecuente de lo que podría parecer, sobre todo en situaciones de estrés celular.

2. Retículo endoplasmático liso

Es un entramado de túbulos membranosos interconectados entre sí y que se continúan con las cisternas del retículo endoplasmático rugoso. No tienen ribosomas asociados a sus membranas, de ahí el nombre de liso. Por tanto la mayoría de las proteínas que contiene son sintetizadas en el retículo endoplasmático rugoso. El retículo endoplasmático liso es abundante en aquellas células implicadas en el metabolismo de grasas, detoxificación, y es un organúlo donde se almacena de calcio.

Síntesis lipídica

En las membranas del retículo endoplasmático liso se sintetizan la mayoría de los lípidos requeridos para la elaboración de las membranas de la célula, incluyendo glicerofosfolípidos y colesterol. Aunque gran parte de la síntesis de los esfingolípidos se lleva a cabo en el aparato de Golgi, su estructura básica, la ceramida, se sintetiza también en el retículo endoplasmático. El retículo es más una plataforma de ensamblado que de síntesis desde cero. Los ácidos grasos se sintetizan en el citosol y son insertados posteriormente en las membranas del retículo endoplasmático liso donde son transformados en glicerofosfolípidos, cosa que ocurre en la hemicapa citosólica de esta membrana. Como el cambio pasivo de los lípidos entre hemicapas, o movimiento "flip-flop", es difícil por el ambiente hidrófobo de las cadenas de ácidos grasos de la membrana, para que algunos de ellos lleguen a la hemicapa interna desde la citosólica se requiere la acción de transportadores de lípidos, denominados flopasas y "mezcladoras" (scramblases en inglés).

El transporte de lípidos entre membranas de distintos compartimentos celulares se puede llevar a cabo mediante vesículas, proteínas transportadoras y también ocurre en los lugares de contactos físicos entre membranas (Figura 4). Por la vía vesicular, formando parte de las membranas de las vesículas, los lípidos sintetizados en el retículo endoplasmático liso se reparten a las membranas de otros orgánulos, incluida la membrana plasmática. Las mitocondrias y los peroxisomas no forman parte de la ruta vesicular pero muchos de sus lípidos de membrana deben ser importados desde el retículo endoplasmático. Para ello pueden utilizar los transportadores de lípidos, que los toman en la membrana del retículo endoplasmático liso y los sueltan en las de estos orgánulos. Otro mecanismo para intercambiar lípidos entre membranas de orgánulos que no están conectados por la ruta vesicular ocurre en las zonas contacto físico entre sus membranas. Se ha observado con el microscopio electrónico que en algunos puntos las membranas del retículo están muy próximas a las de las mitocondrias y a los peroxisomas, donde se transfieren lípidos entre las membranas de los dos orgánulos.

El colesterol es otro importante componente de las membranas, sobre todo de la plasmática, que se sintetiza mayoritariamente en el retículo endoplasmático liso. Desde aquí es transportado por la vía vesicular o por transportadores proteicos solubles. Por ejemplo, las levaduras, que poseen ergosterol en sus membranas en vez de colesterol, usan vías no vesiculares para transportar el ergosterol desde el retículo hasta la membrana plasmática. Estos transportadores son diversos y sus movimientos son independientes de ATP.

En el retículo endoplasmático liso también se sintetizan lípidos como los triacilgliceroles que serán almacenados en el propio retículo o en gotas lipídicas citosólicas. Este proceso es muy activo en los adipocitos, células que almacenan grasa, con dos funciones: reserva alimenticia y aislamiento térmico. El retículo endoplasmático liso es el principal responsable de la síntesis de la parte lipídica de las lipoproteínas, de la producción de hormonas esteroideas y de ácidos biliares.

Detoxificación

Los hepatocitos, las células típicas del hígado, tienen un retículo endoplasmático liso muy desarrollado. En sus membranas se encuentran también enzimas, como la familia de proteínas P450, responsables de la eliminación de productos del metabolismo potencialmente tóxicos, así como algunas toxinas liposolubles incorporadas durante la ingesta. La superficie de membrana del retículo se adapta a la cantidad de enzimas detoxificadoras sintetizadas, la cual depende a su vez de la cantidad de tóxicos presentes en el organismo. La forma de los túbulos y la carencia de ribosomas en sus membranas tendrían la ventaja de ofrecer más superficie de membrana respecto al volumen del orgánulo.

Desfosforilación de la glucosa-6 fosfato

La glucosa se suele almacenar en forma de glucógeno, fundamentalmente en el hígado. Este órgano es el principal encargado de aportar glucosa a la sangre, gracias a la regulación llevada a cabo por las hormonas glucagón e insulina. La degradación del glucógeno produce glucosa-6-fosfato que no puede atravesar las membranas y por tanto no puede abandonar las células. La glucosa 6-fosfatasa se encarga de eliminar ese residuo fosfato, permitiendo que la glucosa sea transportada al exterior celular.

Reservorio intracelular de calcio

Las cisternas del retículo endoplasmático liso están también especializadas en el secuestro de calcio procedente del citosol y se almacena en el interior del domino liso y rugoso, gracias a bombas de calcio localizadas en sus membranas. La concentración de calcio en el interior del retículo es del orden de milimolar (mM), mientras que en el citosol es de nanomolar (nM). El calcio puede salir de forma masiva en respuesta a señales extra o intracelulares gracias a cascadas de segundos mensajeros, y desencadenar respuestas de las células tales como la exocitosis. Un ejemplo destacable es el retículo sarcoplasmático (nombre que recibe el retículo endoplasmático liso en las células musculares) que secuestra calcio gracias a una bomba de calcio presente en sus membranas. El secuestro y la salida de calcio desde el retículo sarcoplasmático se produce en cada ciclo de contracción de la célula muscular.

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  • Bibliografía

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