Proteínas a su sitio: la traslocación

Normalmente se le presta bastante atención a los procesos relacionados con el ADN. Y alguna a los relacionados con el ARN. Pero… ¿De qué sirve elaborar una proteína si no llega al lugar en el que tiene que ejecutar su trabajo? Es como si no se hubiera sintetizado. No llevar a una proteína a su destino es equivalente a perder el gen que la codifica.

Más o menos, la mitad de las proteínas sintetizadas permanecen en el citoplasma. La otra mitad se integra en las membranas o va a orgánulos concretos. No hay un proceso sino varios, que se entrecruzan entre sí en ocasiones. Y se agrupan en lo que se conoce como “tráfico celular“. Que se inicia en el Retículo Endoplasmático con dos pasos: traslocación hacia el interior para las proteínas que vayan a ser empaquetadas dentro de un orgánulo membranoso, inclusión en la membrana para las proteínas que deban ejercer su función ligadas a una superficie, sea interna o externa. Tras esto vendrán otras etapas del tráfico celular. La vía exocítica que pasa por el Aparato de Golgi y libera inmediatamente los productos almacenados al exterior o los lleva a la membrana citoplasmática. La vía secretoria, muy parecida a la anterior, pero que almacena los productos hasta que le llega a la célula una señal para que los libere. La vía lisosómica, que almacena proteínas para que se unan a vesículas digestivas, sean estas endocíticas o exocíticas. Y otras rutas que llevan las proteínas a núcleo, mitocondrias, cloroplastos, etc.

El mecanismo molecular por el que se consigue esto se basa en zonas que tienen las proteínas que han de ir a alguna parte. Zonas que pueden ser reconocidas por otras. Zonas que son cortas secuencias de unos 20-50 aminoácidos que constituyen señales. Zonas que no les sirven para ejecutar nada sino para decir hacia dónde tienen que ser dirigidas. Dependiendo del destino, la proteína puede incluir un par de señales o portar bastantes más. Y es que hay lugares a los que se llega fácil y otros a los que se llega más difícil.

Las señales de reconocimiento del tráfico celular son un mecanismo general, propio de todos los eucariotas. Obviamente en procariotas es distinto, pues carecen de orgánulos. Por tanto, la evolución de procariotas a eucariotas no solo exigió cambios estructurales sino profundas variaciones de funcionamiento celular. Y el tráfico celular es uno de esos cambios.

Traslocación en el RE
Fuente: Mario Halic

Cuando se necesita que una proteína entre en el interior del Retículo Endoplasmático, esta tendrá, al inicio de su secuencia, en el extremo amino, una señal de internalización. Con una longitud de unos 16 a 30 aminoácidos, pero muy parecida de una proteína a otra. Y es una secuencia que se suele perder apenas que ha cumplido su función y que no formará parte de la proteína madura, funcional. Esa secuencia convoca a una riboproteína del citoplasma, llamada SRP (“partícula de reconocimiento de señal”). La cual no solo se une a la señal de internalización sino también al ribosoma. Y a un receptor del SRP de la membrana del Retículo Endoplasmático. Es decir, la SRP hace función de adaptador, reuniendo a los diversos actores del proceso. Y aún más. Frena el proceso de traducción, atasca al ribosoma, hasta que ha cumplido su función. Para evitar que la proteína sea demasiado grande y tenga problemas para entrar. Solo cuando todo está encajado continuará el ribosoma con su traducción, con su síntesis de proteínas.

El origen de la SRP se puede rastrear hasta las procariotas. Se ha descubierto una proteína homóloga en bacterias que realiza una función similar, traslocando proteínas hacia el exterior. Aunque carece de varios de los dominios de la SRP, sí que otros han resultado muy conservados a lo largo de la evolución.

Al receptor del SRP va unido el traslocón, un complejo de tres proteínas (Sec61 ?, ? y ?). Que no es otra cosa que el canal por el que la proteína en formación accederá al interior del Retículo Endoplasmático. Cuando se ha formado el conjunto se libera la SRP y el receptor para unirse a nuevos ribosomas y traslocones respectivamente. Esa liberación sucede con gasto de energía (dos moléculas de GTP). Y cuando se han soltado, el ribosoma reanuda la traducción. Que impulsa la traslocación puesto que conforme la proteína se crea, empuja a la parte ya elaborada. Por tanto, con la energía gastada en un proceso tienen lugar dos.

Para que veas lo importante que es acoplar traducción y traslocación te cuento que existe una traslocación post-traduccional que no implica al SRP ni a su receptor. Sucede cuando la proteína ya está completamente sintetizada. Y, por tanto, el ribosoma no puede empujarla. Así, es el traslocón, en ausencia de la fuerza de impulso del ribosoma, el que tienen, por sí mismo, que empujar y tirar del péptido. Pero por sí solo el traslocón no puede hacerlo avanzar. Solo empujar hacia dentro y tirar hacia fuera. Una y otra vez. De ahí que se recurra a una chaperona llamada BiP, que está en el interior del Retículo Endoplasmático. Esta BiP tiene un dominio de unión a péptido que hace que se una a la cadena entrante, impidiendo su retroceso. Así, solo avanza. Y cuando avanza lo suficiente para que se una otra BiP, la anterior se suelta. Eso sí, cada unión cuesta una molécula de ATP, por lo que se trata de un proceso sustancialmente más caro que el anterior. Solo tiene lugar en levaduras y, ocasionalmente, en algunas otras células eucariotas.

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Y para acabar, en la cara interna del traslocón hay una proteasa que cortará la secuencia de internalización cuando esta ya no sea necesaria, cuando haya cumplido su función.

Al final de estos procesos, la proteína está en el interior del Retículo Endoplasmático, disponible para ser empaquetada en una vesícula y seguir su camino. Lo que le vaya a pasar de aquí en adelante te lo cuento otro día…

Reino, un concepto taxonómico que no termino de creerme

Anidamiento de categorías taxonómicas
Peter Halasz

Reino es una categoría taxonómica (si no recuerdas lo que es eso, pásate por “Ciao a la taxonomía” y por “La taxonomía no es aburrida (no mucho)“). Y es una categoría de alto nivel. O sea, que engloba a otras, que tiene dentro a otras, que es más grande que ellas.

¿Quiénes son esas categorías taxonómicas que están dentro de reino? En orden descendente, Phylum (o Filo), Clase, Orden, Familia, Género, Especie. Digo en orden descendente porque si reino contiene varios phylums, entonces phylum contiene varias clases, clase varios órdenes, y así sucesivamente. Como cajas dentro de cajas dentro de cajas…

De todas ellas, la única que me creo, y no del todo, es la de especie. Que, estoy seguro, es la única que te resulta verdaderamente familiar. En la tele, en la prensa, en la radio, en conversaciones con amigos y amigas has oído hablar de especies. Especie en peligro de extinción, especie cultivable, especie introducida, especie invasora, especie exótica, especie patógena, especie domesticada… No es nada habitual que se hable de géneros, y menos de familias, órdenes…

La especie, te lo recuerdo, era todo el conjunto de individuos que podían aparearse entre sí y tener descendencia fértil. O sea, son de la misma especie todos aquellos que pueden tener nietos al aparearse (o lo que es lo mismo, hijos que tengan hijos).

Te decía que especie me la creo (más o menos). Pero género me lo creo menos. Género es un conjunto de especies que tienen un antepasado común cercano y distinto a otros géneros. Ese grupo lo veo más artificial, la verdad. Es cuestión de gustos decidir qué especies se quedan fuera y cuáles entran. Porque si quiero que una especie se quede fuera, sólo tengo que buscar un antepasado común más cercano, que ella no tenga. Y si lo que quiero es lo contrario, incluir a otra, pues justo lo opuesto, localizar a un antepasado común más antiguo y que sí sea compartido.

Y si género no me lo creo, no te cuento ya familia, jejejeje… ¿Adivinas? Cuanto mayor es la categoría, menos me la creo. Porque cada una se puede abrir o cerrar a nuevos candidatos a conveniencia. ¡Ojo! Que no digo yo que la taxonomía esté mal, no. La taxonomía es un mecanismo para agrupar especies a conveniencia y que cuenten un relato, el relato de su historia, de su pasado. Y los géneros o las familias las hago unas más grandes que otras para así relacionar mejor las especies y comprender mejor los pasados de los seres vivos.

El reino animal, por ejemplo, tengo dificultades para creérmelo. En el hubo desde individuos unicelulares como Dictyostelium (te lo contaba en “Dicty, para los amigos“) hasta elefantes. ¿Realmente es lógico este reino? ¿Es lo mismo un ser vivo unicelular, que no ha inventado la muerte, que otro pluriceluar, que sí? (Si quieres, consulta “La muerte no es obligatoria, pero sí útil” y “Otra idea más sobre el envejecimiento“). ¡Tienen estrategias radicalmente distintas! Por eso surgió el reino Protista, para separar esos individuos que una vez estuvieron juntos pero eran tan diferentes. Pero aún permanecen unidos, en el mismo reino, organismos tan distintos como nematodos y elefantes.

También tengo dificultades con aplicar la misma idea de reino a grupos de seres vivos distintos ¿O es lo mismo el reino vegetal que el animal? Resulta que en el reino vegetal la hibridación entre especies (que dos especies distintas puedan tener descendencia) es bastante más que frecuente. O la reproducción monoparental, en la que la planta ha tenido un único progenitor (no tiene un “papá” y una “mamá”, no, sino sólo uno de ellos). En el reino animal esos dos fenómenos no son frecuentes. Y cuando se dan, es entre los organismos más sencillos. ¿Es posible llamar de igual modo (reino) a una agrupación de especies como los vegetales, y también reino a una agrupación de especies como las animales, siendo cada una de ellas muy distinta de la otra? ¿O habría que inventarse una taxonomía para vegetales y otra para animales (yo creo que sí…)?

Árbol evolutivo ARN 16s
Stephen Abedon

No te cuento cuando hablamos de bacterias. En ese nombre caben células que, aparentemente, son muy parecidas entre sí. Pequeñitas ellas. Pero resulta que dentro de bacterias hay dos grandes grupos: eubacteria y archaea. Entre ellas hay una distancia filogenética enorme (te recuerdo que la distancia filogenética es el tiempo atrás que hay que remontarse para encontrar un antepasado común). Mucho mayor que entre vegetales y animales. ¡Y sólo están juntas porque se parece superficialmente! Pero cuando rascas un poco, cuando miras con más detalle, resulta que son muy, muy, muy distintas. Ni tienen los mismos ribosomas ni tienen la misma pared bacteriana, ni el mismo metabolismo. ¡Sólo tienen el mismo aspecto!

Y claro, tú dirás: “Es que tampoco es cosa de entrar en detalles tan novedosos en la ciencia aprendida en la escuela”. Bueno, si te parece novedosa esta idea de que hay bacterias más diferentes entre sí que una lechuga y tú, pues te comento que surgió en 1970, y que culminó en 1990 con un artículo ya histórico, propuesto por Woese, Kandler y Wheelis. No, no es nada nueva. Es más, en la escuela debería haberse tenido en cuenta mucho antes. Porque ayuda a entender que la taxonomía es una ciencia variable y muy subjetiva. Una ciencia todavía muy afectada por ideas creacionistas. Una ciencia en la que todo parece hecho a la medida del ser humano.

No, creo que reino no es una buena idea. No por igual y no para todos los grupos. Me gusta más el concepto de que hay tres dominios: archaea, eubacteria y eucarya. Quizá haya que ir abandonando la idea de reino.