Ya sea como una parte esencial de su biosíntesis o como una parte clave de su función biológica, muchas proteínas (entre 20-30%) necesitan cruzar o insertarse en una membrana. Este proceso conocido como translocación de proteínas , y se lleva a cabo por una proteína especializada llamada translocon .
A continuación, detallaré los puntos principales sobre este proceso. No he incluido ninguna figura, así que tendrás que desafiar …
Requisitos para la translocación
Como se puede imaginar, el proceso de transporte de proteínas (que son grandes, de forma extraña, consisten en regiones hidrofóbicas e hidrofílicas, y contienen cargas múltiples) de manera específica, a través de una membrana que es tanto hidrófoba como impermeable a los iones, es una proceso complicado que exige una adaptación altamente especializada.
Esto está unido al hecho de que la mayoría de las membranas biológicas se activan con un potencial de membrana (es decir, una diferencia de carga a través de la membrana), por lo que cualquier fuga de iones podría resultar altamente perjudicial para la célula.
Por lo tanto, la translocación tiene que:
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- Sea específico , es decir, no traslade accidentalmente la proteína incorrecta
- Mantener gradientes de iones de membrana
- Proteja la proteína del entorno de la membrana , ya que podría ser extremadamente desfavorable entálpicamente
- Proteja la proteína del ambiente acuoso del citosol , especialmente si la proteína tiene regiones hidrofóbicas más grandes (como proteínas de membrana).
Estos múltiples requisitos se cumplen mediante el uso de proteínas de membrana especializadas que pueden llevar a cabo el proceso de translocación de proteínas; estos se llaman translocons, siendo el más importante el translocón Sec, que se detalla a continuación.
Los mecanismos de cómo los translocons logran estos requisitos se destacan a continuación cuando corresponde (subrayados y en negrita).
El proceso de translocación
El proceso de translocación comienza con la fase de direccionamiento , por lo que las proteínas del sustrato se dirigen a la membrana mediante sus secuencias hidrófobas N-terminales. Este requisito es universal a través de los dominios de la vida, y el motivo de direccionamiento puede ser secuencias señal escindibles o segmentos transmembrana hidrofóbicos (TM), dependiendo de si la proteína debe translocarse total o parcialmente. El requisito de una secuencia de señal (la hipótesis de secuencia de señal ) fue observado por primera vez por Günter Blobel, que recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por este descubrimiento.
Una vez segmentado, la secuencia de señal se inserta en, y posteriormente “activa” el translocon. Esto permite que la translocación sea específica .
¿Co-traducción o post-traducción?
Hay dos caminos diferentes para la translocación: co-traducción y post-traducción. Excepto en sistemas bacterianos inusuales (mencionados brevemente al final), esto generalmente implica que la proteína translocada permanezca desplegada hasta que se encuentre localizada .
La translocación co-traduccional es la vía principal para la inserción de proteínas en la membrana en bacterias, y para todas las translocaciones de proteínas en el retículo endoplasmático en eucariotas. Implica la asociación del complejo ribosoma-péptido directamente con el translocon . A medida que se traduce, la cadena polipeptídica alargada se alimenta directamente desde el ribosoma hacia el canal, impulsada por la fuerza de traducción derivada de la hidrólisis de GTP. Esta ruta protege el péptido del citosol acuoso , por lo que es energéticamente favorable para los segmentos TM hidrófobos.
La translocación postraduccional es utilizada principalmente por bacterias, arqueas, mitocondrias y cloroplastos. En esta ruta, la proteína del sustrato solo está dirigida al translocón una vez que se ha traducido por completo. Las proteínas Chaperone (como SecB en bacterias) mantienen la preproteína desplegada y la translocación competente. Este proceso es impulsado tanto por la fuerza motriz del protón a través de la membrana, como por la clave ATPasa (como la bacteriana SecA).
Ahora sobre algunos detalles del translocon más común …
El translocon Sec
En cada célula viva en el planeta , la mayor parte de la translocación de proteínas ocurre en el complejo Sec heterotrimérico ubicuo y conservado: llamado Sec61αβγ en la membrana ER eucariota; SecYEG en la membrana plasmática de arqueas y bacterias, y en la membrana tilacoidal de los cloroplastos.
La membrana que abarca SecY / Sec61α, que es la mayor de las tres proteínas, actúa como un poro que proporciona un canal para que las proteínas desplegadas atraviesen o se inserten en la membrana. Al proporcionar a la proteína un poro protector, el translocon actúa para proteger la proteína del entorno de la membrana.
Además, el poro está ocluido en su estado de reposo por un anillo estrecho de seis residuos hidrófobos ramificados (por ejemplo, Ile). Cada uno de ellos proyecta sus cadenas laterales hacia adentro, sobre las cuales se asienta una corta hélice, llamada el dominio ‘plug’. Estos se coordinan para formar un sello alrededor de la proteína de translocación, evitando así la permeación indeseable de moléculas pequeñas y mantiene los gradientes de iones de membrana.
Diferentes translocons
Hay varios tipos diferentes de translocon, que actualmente están menos estudiados que Sec. Proporcionaré una breve descripción de cada uno aquí:
- Tat (translocación de arginina gemela): esta es una vía bacteriana que transporta proteínas en un estado aún plegado. Los sustratos de Tat también tienen una secuencia de señal escindible en el extremo N, que se distingue por un motivo gemelo de arginina en el extremo N-terminal. Los recientes avances en la determinación de la estructura Tat buscan aumentar el interés en este campo.
- Sistemas de secreción de bacterias : también en bacterias, y particularmente importante en bacterias patógenas. Existen múltiples ‘tipos’, y ya he analizado esto con cierto detalle aquí: Quora Respuesta del usuario a ¿Cuáles son los diferentes tipos de sistemas de secreción bacteriana?
- TIM / TOM : Translocasa de la membrana interna / externa. Los principales translocons de proteínas en las mitocondrias. Tenga en cuenta que el transporte de proteínas se realiza exclusivamente fuera de la instalación, por lo que es diferente a los sistemas anteriores. Ya he entrado en detalles sobre estos aquí: Quora Respuesta del usuario a las mitocondrias: ¿Qué determina si la señal de dirección mitocondrial se dirige a una proteína o péptido a la matriz mitocondrial o al espacio intermembrana?
- TIC / TOC : similar a TIM / TOM pero en la envoltura cloroplástica. Se sabe menos sobre TIC / TOC que TIM / TOM, y su proceso de señalización permanece desconocido.
- Peroxinas : llevan a cabo la translocación de proteínas en peroxisomas. Un misterio.
En conclusión
La translocación de proteínas a través de las membranas biológicas es complicada. Debe hacerse con especificidad, manteniendo los gradientes de iones y manteniendo los costes entálpicos al mínimo. Como es un proceso extremadamente fundamental, los mecanismos por los cuales evolucionó evolucionaron desde el principio, por lo que se conservan ampliamente en todos los dominios de la vida.
