3.2. Destrucción de proteínas
No solo las enzimas, sino casi cualquier proteína ha de ser destruida más tarde o más temprano. Algunas, como las llamadas ciclinas, apenas “viven” unos minutos; en el otro extremo, la duración de las proteínas del cristalino del ojo es indefinida.
Lo cierto es que la destrucción de proteínas juega un papel de primera magnitud en la vida de la célula. No solo evita el daño que podrían ocasionar enzimas que se extralimitan en su actividad, sino que permite reciclar sus componentes y utilizarlos para construir proteínas [véase el epígrafe 3 de la Unidad 6] más adecuadas a las exigencias celulares del momento (o a las más permanentes, como son los procesos de diferenciación y desarrollo). Contribuye también al rejuvenecimiento de la célula, renovando continuamente la mayoría de sus estructuras: aunque las células del cerebro de cualquier persona lleven muchos años en su sitio, sus diferentes orgánulos tienen menos de un mes. Capacita asimismo a la célula para defenderse, deshaciéndose de proteínas extrañas que ha captado —por ejemplo, de un virus— y de proteínas desnaturalizadas o erróneamente plegadas (la acumulación de estas últimas es característica de enfermedades como la de Alzheimer).
La vía mejor conocida para degradar proteínas en el citosol es un enorme complejo proteínico en forma de barril, del que cada célula aloja miles de ejemplares. Contiene proteasas, enzimas especializadas en degradar proteínas, por lo que recibió el nombre de proteasoma. Las proteínas no entran al azar en el proteasoma, sino que son seleccionadas mediante un complejo enzimático que reconoce secuencias de aminoácidos específicas en proteínas de corta vida media o proteínas mal plegadas; la proteína se etiqueta entonces con ubicuitina, una proteína pequeña llamada así por su ubicuidad (se halla en muchos organismos diferentes), que es precisamente la señal reconocible por el proteasoma (ver ilustración↓ de un modelo de proteasoma).
Arriba: modelo de un proteasoma, de frente (izquierda) y de perfil (derecha); cada color corresponde a una cdena polipeptídica diferente. Abajo: el etiquetado de una proteína para su degradación en el proteasoma requiere la acción coordinada de tres enzimas distintas (fuente: ASH).
El destino de una proteína de vida media larga es distinto, y se acompaña en su fatalidad de otras muchas estructuras celulares: se trata de la digestión por lisosomas.
Los lisosomas son vesículas limitadas por una única membrana, comunes en células animales pero raras en las vegetales (en los que las vacuolas asumen hasta cierto punto su papel). Presentan formas y tamaños muy diversos, y pueden hallarse varios centenares en una sola célula típica. Su interior se halla repleto de enzimas conocidas como hidrolasas, capaces de hidrolizar (romper por reacción con agua) enlaces específicos. Se han identificado decenas de tipos de hidrolasas, entre ellas diversas endoproteasas y exopeptidasas, que en conjunto reducen las proteínas a pequeños péptidos, lipasas que digieren lípidos, o carbohidrasas, que dan cuenta de los polisacáridos. Todas ellas comparten una característica: solo son eficientes si el pH del medio es ácido, lo que se logra gracias a una bomba de H+ de clase V (que consume ATP) y a un canal de iones Cl¯; en conjunto, ambos transportadores introducen ácido clorhídrico (HCl) y mantienen un pH de 4,8.
Existe una nomenclatura muy variada para designar lisosomas de aspectos y etapas funcionales diferentes. Así, se pueden distinguir tres tipos básicos:
1. Lisosomas primarios, casi esféricos, que contienen hidrolasas recién salidas del aparato de Golgi pero carecen de partículas visibles o restos de membranas.
2. Lisosomas secundarios, más grandes e irregulares, que incluyen membranas o partículas en proceso de digestión. Resultan de la fusión de uno o más lisosomas primarios con diversos orgánulos, lo que permite diferenciar entre:
- Endolisosomas. Reciben este nombre cuando el orgánulo con el que se fusiona el lisosoma primario es un endosoma, la estación central en la que convergen las vesículas de endocitosis y que ya estudiamos en la Unidad 3.
- Fagolisosomas. En este caso la fusión se da con un fagosoma, la vesícula que engloba a un cuerpo de gran tamaño captado del exterior (como una bacteria).
El proceso digestivo llevado a cabo en endolisosomas y fagolisosomas se denomina heterofagia (del griego hetero, “otro”, y phag, “comer”) porque muchos organismos unicelulares lo utilizan como medio de nutrición (ver ilustración↓ sobre procesos de heterofagia). En los organismos pluricelulares, por el contrario, la heterofagia asume una labor esencialmente defensiva, y su papel alimenticio queda circunscrito a ciertos nutrientes (como el colesterol o el hierro) que deben entrar por endocitosis.
- Autofagolisosomas. La voz autofagia significa “comerse a sí mismo”, y es la manifestación de ese necesario proceso de reciclaje del material celular al que antes hacíamos referencia (véase la ilustración siguiente). Para que un orgánulo envejecido pase a un lisosoma antes debe rodearse de membranas derivadas del retículo endoplasmático liso (el fagóforo) para formar un autofagosoma que, posteriormente, se funde con un lisosoma primario constituyendo el autofagolisosoma:
3. Cuerpos residuales, que contienen el material que no ha podido ser digerido por las hidrolasas. Dependiendo del tipo de célula, su contenido puede ser expulsado por exocitosis o retenido indefinidamente. Esta acumulación de desechos está relacionada probablemente con el envejecimiento celular. A veces, sin embargo, se da a edades tempranas; el ejemplo más conocido es el de la enfermedad de Tay-Sachs, debida a una hidrolasa defectuosa incapaz de degradar gangliósidos que, por tanto, se acumulan en las neuronas y llegan a “asfixiarlas”, precipitando su muerte.
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