El retículo endoplasmático

El retículo endoplasmático (RE) es un complejo sistema de membranas dispuestas en forma de sacos aplanados y túbulos que están interconectados entre sí compartiendo el mismo espacio interno y que se extiende por todo el citoplasma y se continúan con las de la envuelta nuclear; se pueden extender hasta las proximidades de la membrana plasmática, llegando a representar más de la mitad de las membranas de una célula.

La membrana del RE forma cisternas, sáculos y tubos aplanados que definen un único espacio interno denominado lumen del RE, que generalmente representa más del 10% del volumen celular.

Esquema del retículo endoplasmático

El retículo organiza sus membranas en regiones o dominios que realizan diferentes funciones, siendo las más importantes las relacionadas con la síntesis de los lípidos y de las proteínas de muchos orgánulos, así como de las proteínas que son segregadas al exterior. Los dos dominios más fáciles de distinguir son el retículo endoplasmático rugoso, con sus membranas formando túbulos más o menos rectos, a veces cisternas aplanadas, y con numerosos ribosomas asociados, y el retículo endoplasmático liso, sin ribosomas asociados y con membranas organizadas formando túbulos muy curvados e irregulares. La membrana externa de la envuelta nuclear se puede considerar como parte del retículo endoplasmático puesto que es una continuación física de él y se pueden observar ribosomas asociados a ella realizando la traducción.

El retículo endoplasmático rugoso

el retículo endoplasmático rugoso se caracteriza por organizarse en una trama de túbulos alargados o sacos aplanados y apilados, más o menos regulares en su forma, con numerosos ribosomas asociados a sus membranas que intervienen en la síntesis proteica. Su membrana se continúa con la envoltura nuclear y forma sáculos y cisternas aplanadas; cuando el número de ribosomas asociados aumenta los túbulos se expanden adoptando la forma de cisternas aplanadas.

El desarrollo y la distribución del RE rugoso varían notablemente en los diferentes tipos de células. Está muy desarrollado en las células secretoras tales como las células acinares pancreáticas y en las células plasmáticas secretoras de anticuerpos.

Micrografía electrónica del retículo endoplasmático rugoso donde se observan los sáculos aplanados
del retículo cubiertos con ribosomas

Funciones del retículo endoplasmático rugoso

Son dos las funciones que desempeña el retículo endoplasmático rugoso:

• La principal misión del retículo endoplasmático rugoso es la síntesis de proteínas que irán destinadas a diferentes lugares: el exterior celular, el interior de otros orgánulos que participan en la ruta vesicular, como los lisosomas, o que formarán parte integral de las membranas, tanto plasmática como de otros orgánulos de la ruta vesicular. Además, el retículo endoplasmático rugoso tiene que sintetizar proteínas para sí mismo, denominadas proteínas residentes. Las proteínas integrales de la membrana plasmática se sintetizan en el retículo endoplasmático. Hay que tener en cuenta que las proteínas sintetizadas en el retículo que van destinadas a orgánulos concretos de la ruta vesicular deben tener unas secuencias de aminoáidos o modificaciones específicas (actuarán como señales) para que cuando lleguen a la zona de reparto del aparato de Golgi sean reconocidas y dirigidas a sus compartimentos diana correspondientes.
  
  Cualquier proteína que se secrete o que forme parte de los orgánulos o compartimentos de la ruta vesicular empieza su proceso de síntesis en el citosol pero terminará en el interior de una cisterna del retículo o formando parte de sus membranas. El proceso comienza con la unión de los ARNm, localizados en el citosol, uniéndose en primer lugar a una subunidad pequeña ribosomal y posteriormente a una subunidad grande ribosomal para comenzar la traducción, tal como se explicó en el capítulo anterior. 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 recognizing particule), que es una mezcla de 7 ARNs y 6 polipéptidos, reconoce al péptido señal y enlentece el proceso de traducción. El complejo formado por ribosoma, ARNm, péptido señal más SRP difunde por el citosol hasta chocar con las membranas del retículo endoplasmático, a las cuales se une gracias a la existencia de un receptor de membrana que reconoce al SRP. Todo el complejo anterior interacciona con un translocador, que es una proteína integral que forma un canal por el cual penetra la cadena polipeptídica naciente hacia el interior de la cisterna del retículo endoplasmático. El péptido señal queda unido al translocador mientras que el resto de la cadena que se va traduciendo y liberando hacia el interior. Una peptidasa presente en el retículo escinde el péptido señal del resto de la cadena de aminoácidos, quedando ésta libre en el interior. Una vez completada la síntesis, la cadena de aminoácidos adopta su conformación tridimensional y el ribosoma se libera de la membrana.
  
  

  
  Esquema de la síntesis de proteínas en el retículo endoplasmático con la translocación de la proteína a través de la membrana

  Si la proteína que se está sintetizando es una proteína integral de membrana no será liberada al interior del retículo. En estos casos las proteínas nacientes tienen cadenas de aminoácidos hidrófobos que cuando se traducen facilitan su inserción directamente entre los ácidos grasos de la membrana gracias a la acción del translocador.
  
  
• Glicosilación de proteínas. La glicosilación de las proteínas es una de las principales funciones biosintéticas del retículo endoplasmático y del complejo de Golgi y se considera como una parte del proceso de la síntesis de proteínas que da lugar a las glicoproteínas. Así, las proteínas se van modificando a medida que se sintetizan por el ribosoma aosado a la pared del retículo:
  
  
  Hay una glucosilación (N-glucosilación) 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.
  
  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.
  
  Algunas proteínas asociadas a la membrana plasmática están unidas covalentemente a lípidos de la membrana, esta unión también se produce en este compartimento.
  
  

En el retículo endoplasmático 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.

En resumen, las proteínas que se sintetizan en el retículo endoplasmático terminan en varios posibles destinos: en el exterior celular mediante un proceso de secreción, el interior o en la membrana de alguno de los compartimentos de la ruta vesicular como el aparato de Golgi, los endosomas o los lisosomas. Sin embargo, algunas tienen su función en el propio retículo endoplasmático, son las denominadas proteínas residentes. Hemos nombrado algunas como las chaperonas, ciertas glusosidasas, el receptor para el SRP, el propio translocados, etcétera. Para ser retenidas en el retículo deben poseer una secuencia de cuatro aminoácidos concrfetos localizados en el extremo carboxilo (-COOH).

El retículo endoplasmático liso

El 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 lo que la mayoría de las proteínas que contiene son sintetizadas en el retículo endoplasmático rugoso. Es abundante en aquellas células implicadas en el metabolismo de grasas, detoxificación y almacén de calcio.

Micrografía electrónica del retículo endoplasmático liso

Funciones

El retículo endoplasmático liso está involucrado en una serie de importantes procesos celulares de los que se pueden destacar:

• Síntesis lipídica. Las membranas del retículo endoplasmático liso producen la mayoría de los lípidos requeridos para la elaboración de las nuevas membranas de la célula, incluyendo glicerofosfolípidos y colesterol. Gran parte de la síntesis de los esfingolípidos se lleva a cabo en el aparato de Golgi, pero su estructura básica, la ceramida, se sintetiza también en el retículo. En realidad, en las membranas del retículo no se realizan todos los pasos de la síntesis de los lípidos de las membranas. Los ácidos grasos se sintetizan en el citosol y son insertados posteriormente en las membranas del retículo endoplasmático liso donde son transformados en glicerofosfolípidos. Esta síntesis la realizan proteínas de membrana que tienen sus centros activos orientados hacia el citosol y por tanto los lípidos estarán inicialmente en la hemicapa citosólica de la 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 externa se requiere la existencia de transportadores de lípidos. Hay varios tipos de transportadores de lídos entre las dos hemicapas de la membrana que se distribuyen por los diferentes compartiementos membranosos, incluÍda la membrana plasmática. Unos están especializados en la transportar desde la hemicapa citosólica hasta la extracelular (el espacio interno de los orgánulos se puede considerar como extracelular), otros lo hacen en sentido contrario. A éstas se las denomina flipasas y flopasas, respectivamente, y consumen energía. Hay otras denominadas "mezcladoras" (scramblases en inglés) que transportan lípidos en ambas direcciones. Por tanto, la asimetría se establece a lo largo de la vía vesicular y las características de esta asimetría depende de las proteínas transportadoras que posean. También contribuyen a la asimetrí os azúcares que formarán los glucolípidos se ensamblan en el interior del retículo y del aparato de Golgi, y no serán expuestos al citosol. Por tanto, en cuestión de lípidos, la localización asimétrica de éstos en las membranas no depende de la síntesis inicial en el retículo endoplasmático.
  
  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.
  
  Las mitocondrias y los peroxisomas no forman parte de la ruta vesicular por lo que sus lípidos de membrana deben ser importados. Para ello utilizan los transportadores de lípidos. Por ejemplo, para los glicerofosfolípidos existen unas proteínas solubles llamadas intercambiadoras de glicerofosfolípidos que tienen la habilidad de transportarlos a través del citosol. Los toman en la membrana del retículo endoplasmático liso y los sueltan en las de estos orgánulos. En las células de los tejidos fotosintéticos son los cloroplastos los encargados de sintetizar sus propios glicerofosfolípidos y glucolípidos.
  
  En el retículo endoplasmático liso también se sintetizan lípidos como los triacilgliceroles que serán almacenados en el propio retículo. Este proceso es muy activo en los adipocitos, células que almacenan grasa, con dos funciones: reserva alimenticia y aislamiento térmico. También 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. El retículo endoplasmático liso interviene en procesos de detoxificación, metabolizando sustancias tóxicas liposolubles (como los pesticidas, carcinógenos,...), y compuestos perjudiciales producidos por el propio metabolismo, para evitar que se acumulen en las membranas celulares. Las reacciones de detoxificación transforman las sustancias tóxicas y metabolitos insolubles en agua, en compuestos hidrosolubles que pueden abandonar la célula y ser eliminados por la orina. Este proceso se realiza en los hepatocitos. Cuando la célula recibe sustancias tóxicas liposolubles, los hepatocitos sintetizan grandes cantidades de enzimas de detoxificación y su RE liso aumenta en unos pocos días. Una vez eliminada la sustancia tóxica, el exceso de RE liso se destruye por autofagia.
  
  
• Defosforilación 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 y almacenaje de calcio procedente del citosol. Este calcio puede salir de forma masiva en respuesta a señales extra o intracelulares gracias a cascadas de segundos mensajeros. Un ejemplo destacable es el retículo sarcoplásmico (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 sarcoplásmico se produce en cada ciclo de contracción de la célula muscular.