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Contenido principal

Señalización de proteínas

Cómo se utilizan las etiquetas moleculares para dirigir proteínas a diferentes partes de la célula (y al exterior de la célula).

Introducción

Diferentes proteínas necesitan ser enviadas a diferentes lugares de la célula eucarionte o, en algunos casos, exportadas al exterior de la célula hacia el espacio extracelular. ¿Cómo es que las proteínas correctas llegan a los lugares correctos?
Las células tienen varios sistemas de envío, algo así como versiones moleculares del servicio postal, para asegurarse que las proteínas lleguen a sus destinos correctos. En estos sistemas se utilizan etiquetas moleculares (frecuentemente, secuencias de aminoácidos) para enviar las proteínas hacia el lugar específico de "entrega". Vamos a revisar cómo es que funcionan estos sistemas de envío.

Resumen de las rutas de envío celular

La traducción de todas las proteínas en la célula eucarionte comienza en el citosol (excepto por algunas proteínas producidas en la mitocondria y los cloroplastos). Conforme se produce una proteína, esta avanza paso a paso a través de un "árbol de decisiones". En cada etapa se revisan etiquetas moleculares o señales en particular de la proteína que indiquen si debe ser redirigida a una vía o ubicación específica.
Todas las proteínas comienzan su síntesis en el citosol. Muchas se establecen ahí permenentemente, pero otras se transportan a otros destinos celulares.
Algunas se sintetizan completamente en el citosol. Estas proteínas pueden ser importadas a la mitocondria, al peroxisoma, al cloroplasto o el núcleo mediante transporte post-traduccional.
Otras proteínas se importan co-traduccionalmente al retículo endoplásmico. De ahí, la mayoría viaja al aparato de Golgi mediante transporte vesicular. Del aparato de Golgi, las proteínas pueden viajar (igual, por transporte vesicular) al exterior de la célula (para su secreción), la membrana plasmática, el lisosoma u otras partes del sistema endomembranoso.
Diagrama basado en un diagrama similar de Alberts et al. start superscript, 1, end superscript.
El primer punto de bifurcación importante aparece poco después de que comienza la traducción. En este punto se decide si la proteína permanecerá en el citosol por el resto de la traducción o si se introducirá al retículo endoplásmico (ER) mientras es traducidasquared.
  • Las proteínas se transportan al RE durante la traducción si tienen una secuencia de aminoácidos llamada péptido señal. En general, las proteínas destinadas a organelos del sistema endomembranoso (como el RE, el aparato de Golgi o los lisosomas) o al exterior de la célula deben entrar al RE en esta etapa.
  • Las proteínas que no tienen un péptido señal permanecen en el citosol por el resto de la traducción. Si tampoco tienen otras "etiquetas de destinatario", estas residirán en el citosol permanentemente. Sin embargo, si tienen las etiquetas adecuadas, pueden enviarse a mitocondrias, cloroplastos, peroxisomas o el núcleo después de la traducción.

El sistema endomembranoso y la vía de secreción

Las proteínas destinadas a cualquier parte del sistema endomembranoso (o al exterior de la célula) se transportan al RE durante la traducción y se introducen a él mientras son producidas.

Los péptidos señal

El péptido señal que envía una proteína hacia el retículo endoplásmico durante la traducción es una serie de aminoacidos hidrofóbicos (“temerosos del agua”) que suele encontrarse cerca del inicio (el extremo amino) de la proteína. Cuando esta secuencia sale del ribosoma, un complejo proteico llamado partícula de reconocimiento de señal (SRP) la reconoce y lleva al ribosoma hacia el RE. Ahí el ribosoma facilita la entrada de la cadena de aminoácidos hacia el lumen (interior) del RE conforme se produce.
  1. La partícula de reconocimiento de señal (SRP) se une al péptido señal conforme emerge del ribosoma.
  2. La SRP transporta al ribosoma hacia el RE mediante la unión con un receptor en la superficie del RE. El receptor está asociado a otras proteínas que forman el poro.
  3. El ribosoma continúa con la traducción y a la vez introduce el polipéptido a través del poro hacia el lumen (el interior) del RE.
  4. Una enzima asociada al poro corta el péptido señal.
  5. La traducción continúa y la cadena de aminoácidos creciente se desplaza hacia el lumen del RE.
  6. El polipéptido terminado se libera al lumen del RE, donde flota libremente.
En algunos casos, el péptido señal se corta durante la traducción y la proteína terminada se libera hacia el interior del RE (como se muestra arriba). En otros casos, el péptido señal u otra porción de aminoácidos hidrofóbicos se incrusta en la membrana del RE. Esto produce un segmento transmembranal (que atraviesa la membrana) que ancla la proteína a la membrana.

Transporte a través del sistema endomembranoso

En el RE, las proteínas se pliegan en sus formas correctas y también pueden añadírseles grupos azúcar. La mayoría de las proteínas luego se transportan al aparato de Golgi en vesículas de membrana. Sin embargo, algunas proteínas deben permanecer en el RE y hacer ahí su trabajo. Estas proteínas tienen etiquetas de aminoácidos que garantizan que vuelvan al RE si "escapan" hacia el Golgi.
Imagen que muestra el transporte de una proteína de membrana del RE rugoso a través del Golgi, hacia la membrana plasmática. La proteína es modificada inicialmente por la adición de cadenas ramificadas de carbohidrato en el RE rugoso, las cuales son cortadas de nuevo y sustituidas con otras cadenas ramificadas en el aparato de Golgi. La proteína con su conjunto final de cadenas de carbohidratos es transportada entonces hacia la membrana plasmática en una vesícula de transporte. La vesícula se fusiona con la membrana plasmática y la carga de proteínas y lípidos se vuelven parte de la membrana.
_Imagen modificada de "The endomembrane system and proteins: Figura 1", de OpenStax College, Biología (CC BY 3.0)._
En el aparato de Golgi, las proteínas pueden experimentar más modificaciones (como la adición de grupos azúcar) antes de dirigirse a sus destinos definitivos. Estos destinos incluyen los lisosomas, la membrana plasmática y el exterior de la célula. Algunas proteínas necesitan hacer su trabajo dentro del aparato de Golgi (son "residentes del Golgi") y para almacenarlas o traerlas de vuelta se utiliza una variedad de señales moleculares, como etiquetas de aminoácidos o características estructuralescubed.
Si no tienen ninguna etiqueta específica, las proteínas se envían del Golgi a la superficie de la célula, donde se secretan al exterior celular (si se disuelven libremente) o se suministran a la membrana plasmática (si son solubles en la membrana). Esta vía predeterminada se muestra en el diagrama anterior para una proteína de membrana, de color verde, que contiene grupos azúcar, de color púrpura.
Las proteínas son enviadas a otros destinos si contienen las etiquetas moleculares adecuadas. Por ejemplo, las proteínas destinadas a los lisosomas tienen una etiqueta molecular formada por un azúcar con un grupo fosfato unido. En el aparato de Golgi, las proteínas con esta etiqueta se clasifican en vesículas según su destino, los lisosomas en este caso.

Importación hacia organelos ajenos al sistema endomembranoso

Las proteínas que se producen en el citosol (y que no entran al RE durante la traducción) pueden quedarse permanentemente en el citosol. Sin embargo, también pueden ser enviadas a otros destinos ajenos al sistema endomembranoso. Por ejemplo, las proteínas cuyo destino son las mitocondrias, los cloroplastos, los peroxisomas o el núcleo suelen producirse en el citosol y son enviadas cuando termina su traducción.
Para ser enviada a uno de estos organelos después de la traducción, una proteína debe contener un "etiqueta de destinatario" de aminoácidos específica. La etiqueta es reconocida por otras proteínas de la célula, que ayudan a transportar la proteína a su destino correcto.
Como ejemplo, vamos a tomar la importación al peroxisoma, un orgánulo que participa en la destoxificación. Las proteínas que necesita el peroxisoma tienen una secuencia específica de aminoácidos llamada señal de importación peroxisomal. La señal clásica consiste solamente de 3 aminoácidos, serina-lisina-leucina, que se encuentra hasta el final (en el extremo carboxilo) de una proteína. Este patrón de aminoácidos es reconocido por una proteína auxiliar del citosol, la cual transporta la proteína al peroxisomastart superscript, 4, end superscript.
Generalmente, la importación a la mitocondrial, el cloroplasto y el núcleo son similares a la importación peroxisomal. Es decir, ciertas secuencias de aminoácidos envían la proteína al orgánulo destino (o un compartimento dentro de dicho orgánulo). Sin embargo, la naturaleza de estas "etiquetas" es diferente en cada caso.

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  • Avatar blobby green style para el usuario sara Ibeth Hernandez
    cual es la importación a la mitocondrial
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  • Avatar leafers seedling style para el usuario michael sanchez
    me gusto toda la informacion
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  • Avatar blobby green style para el usuario Dan
    10/10 que buena información y de manera muy bien resumida
    (2 votos)
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  • Avatar blobby green style para el usuario paty950212
    ¿Cómo es el mecanismo de transporte de una hidrolasa al exterior de la célula? Existe alguna secuencia en específico de las hidrolasas que sea reconocida como péptido señal?
    (2 votos)
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