6. Tipos de vesículas y transporte vesicular

6. Tipo de vesículas y transporte vesicular

Los materiales son transportados entre compartimientos por vesículas que se desprenden de membranas donadoras y se fusionan con las membranas receptoras.

Las yemas vesiculares se encuentran cubiertas con proteínas y estas tienen por lo menos dos funciones:

•    Actúan como dispositivo mecánico que hace que la membrana se curve y forme una vesícula desprendible.
•    Proporcionan un mecanismo para seleccionar los componentes que transporta la vesícula.
•    Los componentes seleccionados incluyen:
•    Cargamento consistente en proteínas secretoras, lisosómicas y de membrana que deben transportarse.
•    La estructura necesaria para dirigir y conectar la vesícula con la membrana receptora correcta.

Hay diferentes tipos de vesículas cubiertas, pero las tres mejor estudiadas son:

§  Vesículas cubiertas con COP II: Desplazan materiales del ER hacia el ERGIC y al aparato de Golgi.

§  Vesículas cubiertas con COP I: Mueven materiales en sentido retrógrado (del ERGIC y Golgi hacia el ER y desde las cisternas Golgi trans a las cisternas Golgi cis).

§  Vesículas cubiertas con clatrina: Movilizan materiales de la TGN a los endosomas, lisosomas y vacuolas. Mueven materiales de la membrana plasmática a los compartimientos citoplásmicos a lo largo de la vía endocítica.

6.1 Vesículas cubiertas con COP I

Se encargan de mediar la primera rama del traslado por la vía biosintética: del RE al ERGIC y la red cis del Golgi

Las proteínas seleccionadas por las vesículas cubiertas con COP II incluyen:

§  Enzimas que actúan en etapas avanzadas de la vía biosintética

§  Proteínas de membrana participantes en el acoplamiento y fusión de la vesícula con el compartimiento blanco.

§  Proteínas de membrana que pueden unirse con cargamento soluble.

Entre las proteínas de cubierta COP II se encuentra Sar1 (proteína G).

Se recluta a la membrana del ER. Regula el inicio de la formación de la vesícula y regula el ensamble de la cubierta de la vesícula. 

1.       Sar1-GDP es reclutada en la membrana del RE por una proteína llamada GEF (factor de intercambio de guanina) y es inducida a cambiar su GDP por un GTP.
2.     Al unirse a GTP, Sar1 sufre un cambio conformacional que hace que la hélice α en su externo N terminal se inserte a la hoja citosólica de la bicapa del RE, induciendo la curvatura de la membrana lipídica
3.      Sar1- GTP atrae dos polipéptidos adicionales de la cubierta COP II: Sec23 y Sec24, estos se unen como un dímero. Ejercen presión adicional sobre la membrana, lo que le ayuda a doblarse más.
4.      Sec24 es una proteína adaptadora, interactúa con proteínas de membrana destinadas a trasladarse al aparato de Golgi.
5.       Subunidades restantes de la cubierta COP II se unen con la membrana para formar la jaula estructural externa: Sec13 y Sec31.
6.      Una vez ensamblada toda la cubierta COPII, la vesícula se separa de la membrana del ER
7.     Para que la vesícula cubierta pueda fusionarse con la membrana blanco, la cubierta proteínica debe desensamblarse, este desacoplamiento se inicia con la hidrolisis del GTP, lo que produce Sar1- GDP.

6.2 Vesículas cubiertas con COP I

La cubierta posee una proteína conocida como ARF1 (Proteína G)

Las vesículas cubiertas con COP I median el transporte retrógrado de proteínas, incluido el movimiento de:

•      Enzimas residentes en el aparato de Golgi en dirección trans a cis.
•      Enzimas residentes del ER del ERGIC y el aparato de Golgi de regreso al ER.

6.3 Conservación y recuperación de las proteínas residentes del ER

Las proteínas se mantienen en un organelo por combinación de dos mecanismos:

§  Retención de las moléculas residentes que se excluyen de las vesículas de transporte.

§  Recuperación de las moléculas “prófugas” para devolverlas al compartimiento en que se encuentran normalmente.

Las proteínas que residen en el ER cuentan con una “señal de recuperación”, esto asegura su regreso al ER en caso de que se trasladen por accidente hacia el ERGIC o al aparato de Golgi.

La recuperación se realiza mediante receptores que capturan las moléculas y las regresan al ER en vesículas cubiertas con COP I.

La señal de recuperación se denomina KDEL y los receptores que la reconocen y la regresan al ER son receptores KDEL. Esto explica cómo cada compartimiento mantiene su complemento único de proteínas a pesar del movimiento constante de vesículas que entran y salen del mismo.

6.4 Ordenamiento de proteínas en la red trans de Golgi (TGN)

Es importante que una célula sea capaz de distinguir entre las diversas proteínas que elabora. Esto se logra cuando la célula separa las proteínas destinadas a sitios diferentes en distintos portadores limitados por membranas.

La red trans de Golgi funciona como una instancia clasificadora y dirige las proteínas hacia diversos destinos. La vía más conocida es la que lleva enzimas lisosómicas.

Ordenamiento y transporte de enzimas lisosómicas

§  Las proteínas lisosómicas se sintetizan en ribosomas unidos con la membrana en el ER y se transportan al aparato de Golgi junto con otras proteínas.

§  En el aparato de Golgi, se cataliza la adición de un grupo fosfato a los azúcares manosa de las enzimas lisosómicas (esta es su señal de clasificación).

§  Los receptores para manosa 6- fosfato (MPR)  de la TGN reconocen y capturan a las enzimas lisosómicas que llevan la señal manosa 6 -fosfato.

§  Las enzimas lisosómicas se transportan desde la TGN en vesículas cubiertas con clatrina.

Las cubiertas de estas vesículas contienen:

§  Una celosía externa formada por la proteína clatrina (soporte estructural).

§  Una capa interna formada por adaptadores.

Adaptador: molécula que vincula físicamente dos componentes distintos.

Proteínas adaptadoras en las vesículas de clatrina que transportan enzimas lisosómicas: GCA

Una molécula de GCA tiene varios dominios, cada uno capaz de sujetar una proteína diferente que participa en la formación vesículas.

·        Extremo exterior del adaptador: se une con las moléculas de clatrina

·        Superficie interna del adaptador: Se une al receptor para manosa 6-fosfato. Estos receptores a su vez se unen con las enzimas lisosómicas solubles dentro de la vesícula.

El resultado de estas interacciones (adaptadores GCA, MPR de la TGN y enzimas lisosómicas) es la concentración de vesículas cubiertas con clatrina.

La producción de vesículas cubiertas con clatrina en el TGN inicia con el reclutamiento de una proteína G: Arf1.

Una vez que se desprende la vesícula de la TGN, la cubierta de clatrina se  pierde y la vesícula avanza a su destino: endosoma temprano o endosoma tardío.

Los MPR se separan de las enzimas lisosómicas y regresan a la TGN para iniciar otra ronda de transporte de enzima lisosómica.

Separación y transporte de proteínas no lisosómicas

Las proteínas destinadas a la membrana plasmática y los materiales secretores destinados a la exportación fuera de la célula también se transportan desde la TGN.

Los portadores membranosos de estas proteínas se producen cuando la TGN se fragmenta en vesículas y túbulos de diversos tamaños. Las proteínas que se descargan mediante secreción regulada se retienen en gránulos secretores que se desprenden de las cisternas trans de Golgi y de la TGN.

La entrega dirigida de proteínas integrales a la membrana plasmática se basa en señales de separación en su dominios citoplásmicos, de esta forma son llevadas hasta la superficie celular por transportadores separados.

6.5 Direccionamiento de las vesículas

La fusión de las vesículas requiere de interacciones específicas entre membranas diferentes. La fusión selectiva asegura un flujo dirigido por los compartimientos membranosos de la célula. Una vesícula contiene proteínas específicas  en asociación con su membrana que regulan los movimientos y la fusión de esa vesícula.

Pasos entre el desprendimiento de la vesícula y su fusión:

•     Movimiento de la vesícula hacia el compartimiento blanco específico: mediado por microtúbulos (vías).
•         Fijación de las vesículas al compartimiento blanco: participan proteínas fijadoras, hay dos tipos: proteínas fibrosas cilíndricas y complejos de múltiples proteínas. Las proteínas fijadoras se conectan con el compartimiento blanco específico gracias a unas proteínas G llamadas Rab.
•        Acoplamiento de las vesículas al compartimiento blanco: la membrana de la vesícula y el compartimiento blanco entran en contacto estrecho gracias a proteínas denominadas SNARE. Existen dos categorías: SNARE- v y SNARE t. 
•       Fusión entre las membranas de la vesícula y el blanco: las vesículas que se encuentran en esta etapa permanecen acopladas con la membrana listas para descargar su contenido en forma instantánea una vez que reciban una señal de activación: incremento de la concentración de Ca++.
•        Al ocurrir la fusión se da una disociación del complejo formado por las proteínas SNARE. La proteína que tuerce a este complejo para separarlo y que utiliza energía procedente de ATP es NSF.