Biologia cel·lular

El reticle endoplasmàtic

El reticle endoplasmàtic (ER) és un sistema de cisternes membranoses (sacs aplanats) que s’estenen per tot el citoplasma. Sovint constitueix més de la meitat de la membrana total de la cèl·lula. Aquesta estructura es va fer notar per primera vegada a finals del segle XIX, quan els estudis sobre cèl·lules tacades van indicar la presència d'algun tipus d'estructura citoplasmàtica extensa, després es va anomenar gastroplasma. El microscopi electrònic va fer possible l’estudi de la morfologia d’aquest orgànul als anys quaranta, quan se li va donar el nom actual.

El reticle endoplasmàtic es pot classificar en dues formes funcionalment diferents, el reticle endoplasmàtic llis (SER) i el reticle endoplasmàtic rugós (RER). La distinció morfològica entre ambdues és la presència de partícules sintetitzadores de proteïnes, anomenades ribosomes, unides a la superfície exterior del RER.

El reticle endoplasmàtic llis

Les funcions del SER, una malla de vesícules fines de membrana tubular, varien considerablement de cèl·lula en cèl·lula. Un dels papers importants és la síntesi de fosfolípids i colesterol, que són components principals del plasma i de les membranes internes. Els fosfolípids es formen a partir d’àcids grassos, glicerol fosfat i altres molècules petites hidrosolubles per enzims units a la membrana ER amb els seus llocs actius enfront del citosol. Alguns fosfolípids romanen a la membrana ER, on, catalitzats per enzims específics dins de les membranes, poden "saltar" des del costat citoplasmàtic de la bicapa, on es van formar, fins al costat exoplasmàtic o interior. Aquest procés assegura el creixement simètric de la membrana ER. Altres fosfolípids són transferits a través del citoplasma a altres estructures membranoses, com la membrana cel·lular i el mitocondrió, mitjançant proteïnes especials de transferència de fosfolípids.

En cèl·lules hepàtiques, la SER està especialitzada en la desintoxicació d’una gran varietat de compostos produïts per processos metabòlics. El fetge SER conté una sèrie d'enzims anomenats citocrom P450, que catalitzen la descomposició dels carcinògens i altres molècules orgàniques. A les cèl·lules de les glàndules suprarenals i gònades, el colesterol es modifica a la SER en un moment de la seva conversió a hormones esteroides. Finalment, la SER en cèl·lules musculars, coneguda com el reticle sarcoplasmàtic, segresta ions de calci del citoplasma. Quan el múscul es desencadena per estímuls nerviosos, els ions de calci són alliberats, provocant una contracció muscular.

El reticle endoplasmàtic rugós

El RER sol ser una sèrie de sacs aplanats connectats. Té un paper central en la síntesi i l’exportació de proteïnes i glicoproteïnes i s’estudia millor a les cèl·lules secretores especialitzades en aquestes funcions. Les moltes cèl·lules secretores del cos humà inclouen cèl·lules hepàtiques que segreguen proteïnes sèriques com l'albúmina, cèl·lules endocrines que segreguen hormones del pèptid com insulina, glàndula salival i cèl·lules acinar pancreàtiques que secreten enzims digestius, cèl·lules de la glàndula mamària que secreten proteïnes de la llet i cèl·lules cartílages que secreten col·lagen i proteoglicans.

Els ribosomes són partícules que sintetitzen proteïnes a partir d’aminoàcids. Estan compostes per quatre molècules d’ARN i entre 40 i 80 proteïnes reunides en una subunitat gran i petita. Els ribosomes estan lliures (és a dir, no estan units a les membranes) al citoplasma de la cèl·lula o estan lligats a la RER. Entre els enzims lisosòmics, les proteïnes destinades a les membranes ER, Golgi i cel·lulars i les proteïnes a secretar de la cèl·lula es troben entre els sintetitzats en ribosomes units a la membrana. Es fabriquen en ribosomes lliures les proteïnes que queden al citosol i les unides a la superfície interna de la membrana exterior, així com les que s’han d’incorporar al nucli, els mitocondris, els cloroplasts, els peroxisomes i altres orgànuls. Les característiques especials de les proteïnes les etiqueten per transportar-les a destinacions específiques dins o fora de la cèl·lula. El biòleg cel·lular i molecular d'origen alemany, Günter Blobel, i el biòleg cel·lular argentí David Sabatini, de 1971, van suggerir que la porció amino-terminal de la proteïna (la primera part de la molècula que s'ha de fabricar) podria actuar com a "seqüència de senyal". Van proposar que una seqüència de senyal facilitaria l’adhesió de la proteïna creixent a la membrana ER i conduiria la proteïna ja sigui a la membrana o a través de la membrana cap al lumen ER (interior).

Un gran cos d’evidències experimentals ha estat acreditat per la hipòtesi del senyal. La traducció del model d’una proteïna específica codificada en una molècula d’ARN missatger comença a partir d’un ribosoma lliure. Com que la proteïna en creixement, amb la seqüència del senyal al seu extrem amino-terminal, sorgeix del ribosoma, la seqüència s’uneix a un complex de sis proteïnes i una molècula d’ARN coneguda com a partícula de reconeixement del senyal (SRP). El SRP també s’uneix al ribosoma per frenar la formació addicional de la proteïna. La membrana de l'ER conté llocs receptors que uneixen el complex ribosoma SRP a la membrana RER. En unir-se, la traducció es reprèn, i el SRP es dissocia del complex i la seqüència del senyal i la resta de la proteïna naixent que enfila a través de la membrana, mitjançant un canal anomenat translocó, al lumen ER. En aquell moment, la proteïna està segregada permanentment del citosol. En la majoria dels casos, la seqüència del senyal és escindida de la proteïna per un enzim anomenat peptidasa senyal, ja que surt a la superfície luminal de la membrana ER. A més, en un procés conegut com a glicosil·lació, sovint s’afegeixen cadenes d’oligosacàrids (sucre complex) a la proteïna per formar una glicoproteïna. Dins del lumen ER, la proteïna es plega en la seva característica conformació tridimensional.

Dins el lumen, les proteïnes que se segregaran de la cèl·lula es difonen a la porció de transició de la ER, una regió que està en gran part lliure de ribosomes. Allà les molècules s’envasen en petites vesícules de transport unides a la membrana, que es separen de la membrana ER i es desplacen pel citoplasma cap a una membrana objectiu, generalment el complex Golgi. Allà la membrana vesicular transportadora es fusiona amb la membrana de Golgi i el contingut de la vesícula es lliura al lumen del Golgi. Això, com tots els processos de brotació i fusió de les vesícules, preserva la part de les membranes; és a dir, la superfície citoplasmàtica de la membrana sempre es troba cap a l’exterior i el contingut luminal sempre està segrestat del citoplasma.

Algunes proteïnes no secretòries fetes al RER segueixen formant part del sistema de membrana de la cèl·lula. Aquestes proteïnes de membrana tenen, a més de la seqüència del senyal, una o més regions d'ancoratge compostes d'aminoàcids solubles en lípids. Els aminoàcids impedeixen el pas de la proteïna completament al lumen ER ancorant-la a la bicapa fosfolípida de la membrana ER.