Harper. Bioquimica ilustrada 28th-FREELIBROS.ORG

CApítulo 44 Micronutrientes: vitaminas y minerales 481

■ La vitamina B6 como fosfato de piridoxal es la coenzima para varias FAO/WHO: Human Vitamin and Mineral Requirements:
enzimas del metabolismo de aminoácidos, entre ellas las Report of a Joint FAO/WHO Expert Consultation: Bankok,
transaminasas, y de la glucógeno fosforilasa. La biotina es la Thailand. Food and Nutrition Division of the United Nations
coenzima para varias enzimas carboxilasa. Food and Agriculture Organization, 2000.

■ La vitamina B12 y el folato proporcionan residuos de un carbono para Geissler C, Powers HJ: Human Nutrition, 11th edition. Elsevier,
la síntesis de DNA y otras reacciones; la deiciencia suscita anemia 2005.
megaloblástica.
Institute of Medicine: Dietary Reference Intakes for Calcium,
■ La vitamina C es un antioxidante hidrosoluble que mantiene en el Phosphorus, Magnesium, Vitamin D and Fluoride. National
estado reducido a la vitamina E y muchos cofactores metal. Academy Press, 1997.

■ Los elementos minerales inorgánicos que tienen una función en el Institute of Medicine: Dietary Reference Values for Thiamin,
cuerpo deben encontrarse en la dieta. Cuando la ingestión es Riboflavin, Niacin, Vitamin B6, Folate, Vitamin B12,
insuiciente, puede aparecer deiciencia, y las ingestiones excesivas Pantothenic Acid, Biotin and Choline. National Academy Press,
pueden ser tóxicas. 2000.

rEFErENCiaS Institute of Medicine: Dietary Reference Values for Vitamin C,
Vitamin E, Selenium and Carotenoids. National Academy Press,
Bender DA, Bender AE: Nutrition: A Reference Handbook. Oxford 2000.
University Press, 1997.
Institute of Medicine: Dietary Reference Intakes for Vitamin A,
Bender DA: Nutritional Biochemistry of the Vitamins, 2nd edition. Vitamin K, Arsenic, Boron, Chromium, Copper, Iodine, Iron,
Cambridge University Press, 2003. Manganese, Molybdenum, Nickel, Silicon, Vanadium and Zinc.
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Nutrients for the United Kingdom. Her Majestyʹs Stationery Office, Scientific Advisory Committee on Nutrition of the Food Standards
1991. Agency: Folate and Disease Prevention. The Stationery Office,
2006.

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Radicales libres y nutrientes CAPÍTULO
antioxidantes
45
David A. Bender, PhD

IMPORTANCIA BIOMÉDICA en membranas celulares y proteínas plasmáticas conduce a la for-
mación de peróxidos de lípidos, y después a dialdehídos muy reac-
Los radicales libres se forman en el organismo en condiciones nor- tivos que pueden modificar químicamente proteínas y bases de áci-
males. Dan por resultado daño de ácidos nucleicos, proteínas y lípi- dos nucleicos. Las proteínas también están sujetas a modificación
dos en membranas celulares y lipoproteínas plasmáticas. Esto puede química directa por interacción con radicales. El daño oxidativo de
originar cáncer, aterosclerosis y enfermedad de arteria coronaria, residuos tirosina en proteínas puede llevar a la formación de dihi-
y enfermedades autoinmunitarias. En estudios epidemiológicos y droxifenilalanina que puede pasar por reacciones no enzimáticas
de laboratorio se han identificado varios nutrientes antioxidantes que dan pie a formación adicional de radicales de oxígeno.
protectores: selenio, vitaminas C y E, β-caroteno, y varios compues-
tos polifenólicos derivados de alimentos de origen vegetal. Muchas La carga corporal total de radical puede estimarse al medir los
personas toman complementos de uno o más nutrientes antioxidan- productos de la peroxidación de lípidos. Los peróxidos de lípi-
tes. Sin embargo, estudios de intervención muestran poco beneficio dos pueden medirse por medio de la oxidación ferrosa en valora-
de los complementos de antioxidantes excepto entre personas que al ción con naranja de xilenol (FOX). En condiciones ácidas, oxidan
principio tenían deficiencia, y muchos estudios sobre el β-caroteno Fe2+ hacia Fe3+, que forma un cromóforo con el naranja de xilenol.
y la vitamina E han mostrado aumento de la mortalidad entre quie- Los dialdehídos formados a partir de peróxidos de lípidos pueden
nes recibieron los complementos. medirse por medio de reacción con ácido tiobarbitúrico, cuando
forman un aducto fluorescente de color rojo; los resultados de esta
Las reacciones de radicales libres reacción por lo general se reportan como sustancias reactivas a áci-
son reacciones en cadena que se perpetúan do barbitúrico totales (TBARS). La peroxidación de ácidos grasos
por sí mismas poliinsaturados n-6 lleva a la formación de pentano, y la de áci-
dos grasos poliinsaturados n-3 a la formación de etano; ambos pue-
den medirse en el aire espirado.

Los radicales libres son especies moleculares muy reactivas con un

electrón no pareado; sólo persisten durante un tiempo muy breve El daño por radicales puede suscitar
(del orden de 10–9 −10–12 s) antes de colisionar con otra molécula y mutaciones, cáncer, enfermedad
autoinmunitaria y aterosclerosis
sustraer o donar un electrón para alcanzar estabilidad. Al hacerlo,

generan un nuevo radical a partir de la molécula con la cual colisio-

naron. El único modo en el cual se puede desactivar un radical libre, El daño del DNA por radical en células de la línea germinal en los

y así poner fin a esta reacción en cadena, es si dos radicales reaccio- ovarios y los testículos puede llevar a mutaciones hereditarias; en

nan juntos, cuando los electrones no pareados pueden formar par las células somáticas el resultado puede ser el inicio de cáncer. Los

en una u otra de las moléculas originales. Este suceso es raro, debido dialdehídos que se forman como resultado de peroxidación de lípi-

a la vida media muy breve de un radical individual y las concentra- dos inducida por radical en membranas celulares también pueden

ciones muy bajas de radicales en los tejidos. modificar bases en el DNA.

Los radicales más perjudiciales en sistemas biológicos son los La modificación química de aminoácidos en proteínas, sea por

radicales de oxígeno (a veces denominados especies de oxígeno acción directa de radical o como resultado de reacción con los pro-
reactivas), en especial superóxido, •O2–, hidroxilo, •OH, y perhi- ductos de peroxidación de lípidos inducida por radical, conduce a
droxilo, •O2H. El daño de tejido causado por radicales de oxígeno proteínas que el sistema inmunitario reconoce como extrañas. Los
suele llamarse daño oxidativo, y los factores que protegen contra anticuerpos resultantes también tendrán reacción cruzada con pro-

daño por radical de oxígeno se conocen como antioxidantes. teínas hísticas normales, de manera que se inicia enfermedad auto-

inmunitaria.

Los radicales pueden dañar dNa, La modificación química de las proteínas o los lípidos en lipo-
lípidos y proteínas proteína de baja densidad (LDL) plasmática da pie a LDL anormal
que no es reconocida por los receptores de LDL del hígado y, así, no

La interacción de radicales con bases en el DNA puede llevar a cam- se depura en dicho órgano. La LDL modificada es captada por los
bios químicos que, si no se reparan (cap. 35), pueden heredarse en receptores recolectores de los macrófagos. Los macrófagos ingurgi-
las células hijas. El daño por radical de ácidos grasos insaturados tados con lípido se infiltran bajo el endotelio de los vasos sanguí-

www.FreeLibros.org482

CApítulo 45 Radicales libres y nutrientes antioxidantes 483

Modificación de aminoácidos en apoproteínas en LDL
Peroxidación de lípidos en LDL

Dialdehídos
Los macrófagos fagocitan LDL modificada
Anticuerpos producidos contra proteínas modificadas

Modificación de aminoácidos en proteínas
Peroxidación de lípidos en membranas

Dialdehídos

Roturas de cadena y Figura 45-1 Daño de tejido por
modificación de bases en el DNA
radicales.

neos (en particular cuando ya hay cierto daño del endotelio), y son superóxido para dar peroxinitrito, que se desintegra para formar ra-

muertos por el alto contenido de colesterol no esterificado que han dicales hidroxilo.

acumulado. Esto ocurre en la aparición de placas ateroscleróticas La explosión respiratoria de macrófagos activados (cap. 52) es

que, en casos extremos, pueden ocluir de modo más o menos com- la utilización incrementada de glucosa por medio de la vía de la

pleto un vaso sanguíneo. pentosa fosfato (cap. 21) para reducir NADP+ a NADPH, y utiliza-

ción aumentada de oxígeno para oxidar NADPH para producir

Hay múltiples fuentes de radicales radicales de oxígeno (y halógeno) como agentes citotóxicos para
de oxígeno en el cuerpo matar microorganismos fagocitados. La oxidasa de la explosión
respiratoria (NADPH oxidasa) es una flavoproteína que reduce el
oxígeno hacia superóxido: NADPH + 2O2 → NADP+ + 2O2—∙ +
Las radiaciones ionizantes (rayos X y UV) pueden lisar el agua, lo 2H+. Los marcadores plasmáticos de daño de lípidos por radical se
que lleva a la formación de radicales hidroxilo. Los iones metálicos

de transición, entre ellos Cu+, Co2+, Ni2+ y Fe2+, pueden reaccio- incrementan de modo considerable en respuesta a incluso una in-

nar de manera no enzimática con oxígeno o peróxido de hidrógeno, fección leve.

lo que de nuevo conduce a la formación de radicales hidroxilo. El La oxidación de coenzimas flavina reducidas en las cadenas

óxido nítrico (el factor de relajación derivado del endotelio) en sí de transporte de electrones mitocondrial (cap. 13) y microsómica

www.FreeLibros.orges un radical y, lo que es más importante, puede reaccionar con el procede por una serie de pasos en los cuales el radical flavina semi-

484 SECCIÓN VI Temas especiales

Macrófagos activados Óxido nítrico sintasa
Radiación ionizante

Iones metálicos
de transición + O2

Figura 45-2 Fuentes de radicales. Oxidación mitocondrial de flavinas reducidas

quinona es estabilizado por la proteína a la cual está unido, y forma unido a la transferrina, ferritina y hemosiderina, el cobre a la ceru-

radicales de oxígeno como intermediarios transitorios. Aunque los loplasmina, y otros iones metálicos están unidos a metalotioneína.

productos finales no son radicales, debido a la naturaleza imprede- Esta unión a proteínas de transporte que son demasiado grandes

cible de los radicales hay considerable “escape” de éstos, y alrededor como para que se filtren en los riñones también evita la pérdida de

de 3 a 5% del consumo diario de 30 mol de oxígeno por un ser hu- iones metálicos en la orina.

mano adulto se convierte en oxígeno singleto, peróxido de hidróge- El superóxido se produce de modo accidental, y también como

no, y radicales superóxido, perhidroxilo e hidroxilo, en lugar de pa- especies de oxígeno reactivas requeridas para diversas reacciones

sar por reducción completa hacia agua. Esto da por resultado la catalizadas por enzima. Una familia de superóxido dismutasas cata-

producción diaria de aproximadamente 1.5 mol de especies de oxí- liza la reacción entre superóxido y agua para dar oxígeno y peróxido
geno reactivas. de hidrógeno: O2—∙ + H2O → O2 + H2O2. El peróxido de hidrógeno a

continuación es eliminado por la catalasa y por diversas peroxida-

Hay varios mecanismos de protección sas: 2H2O2 → 2H2O + O2. Casi todas las enzimas que producen y
contra daño por radical requieren superóxido están en los peroxisomas, junto con las super-

óxido dismutasa, catalasa y peroxidasas.

Los iones metálicos que pasan por reacción no enzimática para for- Los peróxidos que se forman por daño por radical de lipoides

mar radicales de oxígeno normalmente no se encuentran libres en en membranas y lipoproteínas plasmáticas son reducidos hacia áci-

solución, sino que están unidos a las proteínas para las cuales pro- dos grasos por la glutatión peroxidasa, una enzima dependiente de
porcionan el grupo prostético, o a proteínas de transporte y almace- selenio (de ahí la importancia de la ingestión adecuada de selenio

www.FreeLibros.orgnamiento específicas, de manera que son no reactivos. El hierro está para maximizar la actividad antioxidante), y el glutatión oxidado es

CApítulo 45 Radicales libres y nutrientes antioxidantes 485

reducido por la glutatión reductasa dependiente de NADPH (fig. Cuadro 45-1 Funciones antioxidantes
21-3). Los peróxidos de lípidos también se reducen hacia ácidos gra- y prooxidantes de la vitamina C
sos mediante reacción con vitamina E, lo que forma el radical toco-
feroxilo relativamente estable, que persiste suficiente tiempo como Funciones antioxidantes:
para pasar por reducción de regreso hacia tocoferol por medio de
reacción con vitamina C en la superficie de la célula o la lipoproteí- Ascorbato + •O2− → H2O2 + monodehidroascorbato; la catalasa y las
na (fig. 44-6). El radical monodehidroascorbato resultante luego peroxidasas catalizan la reacción: 2H2O2 → 2H2O + O2
pasa por reducción enzimática de regreso hacia ascorbato o una re-
acción no enzimática de 2 mol de monodehidroascorbato para dar Ascorbato + •OH → H2O + monodehidroascorbato
1 mol, cada uno, de ascorbato y dehidroascorbato.
Funciones prooxidantes:
El ascorbato, el ácido úrico y diversos polifenoles derivados de
alimentos de origen vegetal actúan como antioxidantes hidrosolu- Ascorbato + O2 → •O2− + monodehidroascorbato
bles que atrapan radical, lo que forma radicales relativamente esta-
bles que persisten suficiente tiempo como para pasar por reacción Ascorbato + Cu2+ → Cu+ + monodehidroascorbato
hacia productos no radicales. De manera similar, la ubiquinona y los
carotenos actúan como antioxidantes liposolubles que atrapan radi- Cu+ + H2O2 → Cu2+ + OH− + •OH
cal en membranas y lipoproteínas plasmáticas.
persiste suficiente tiempo como para penetrar a mayor profundidad
Los antioxidantes también pueden en la lipoproteína, lo que da por resultado más daño por radical, en
lugar de interactuar con un antioxidante hidrosoluble en la superfi-
cie de la lipoproteína.

ser prooxidantes

Si bien el ascorbato es un antioxidante que reacciona con superóxi- rESuMEN
do e hidroxilo para dar monodehidroascorbato y peróxido de hi-
drógeno o agua, también puede ser una fuente de radicales super- ■ Los radicales libres son especies moleculares muy reactivas con un
óxido mediante reacción con oxígeno, y de radicales hidroxilo por electrón no pareado. Pueden reaccionar con, además de modiicar,
medio de reacción con iones de Cu2+ (cuadro 45-1). Empero, estas proteínas, ácidos nucleicos y ácidos grasos en las membranas
acciones prooxidantes necesitan cifras relativamente altas de ascor- celulares y las lipoproteínas plasmáticas.
bato que es poco probable que se alcancen en los tejidos, porque una
vez que la concentración plasmática de ascorbato alcanza alrededor ■ El daño por radical de lípidos y proteínas en lipoproteínas
de 30 mmol/L, se llega al umbral renal, y a ingestiones por arriba de plasmáticas es un factor en la aparición de aterosclerosis y
arteriopatía coronaria; el daño por radical de ácidos nucleicos
aproximadamente 100 a 120 mg/día la vitamina se excreta en la ori- puede inducir mutaciones hereditarias y cáncer; el daño por

radical de proteínas puede llevar a enfermedades

na de modo cuantitativo con la ingestión. autoinmunitarias.

Una cantidad considerable de evidencia epidemiológica sugie- ■ Los radicales de oxígeno se forman como resultado de exposición a

re que el caroteno protege contra cánceres pulmonar y de otros ti- radiación ionizante, reacciones no enzimáticas de iones metálicos de

pos. Con todo, dos estudios de intervención importantes en el dece- transición, la explosión respiratoria de macrófagos activados, y la
nio de 1990-1999 mostraron un aumento de las muertes por cáncer oxidación normal de coenzimas lavina reducidas.

pulmonar (y de otros tipos) entre personas que recibieron comple- ■ La protección contra daño por radicales es proporcionada por

mentos de β-caroteno. El problema es que si bien el β-caroteno en enzimas que eliminan iones superóxido y peróxido de hidrógeno,
realidad es un antioxidante que atrapa radicales en condiciones de reducción enzimática de peróxidos de lípidos enlazados a oxidación
presión parcial baja de oxígeno, como en casi todos los tejidos, de glutatión, reacción no enzimática de peróxidos de lípidos con
a presiones parciales altas de oxígeno (como en los pulmones) y es- vitamina E, y reacción de radicales con compuestos como vitaminas
pecialmente en concentraciones altas, el β-caroteno es un prooxi- C y E, caroteno, ubiquinona, ácido úrico, y polifenoles de la dieta que
dante autocatalítico y, en consecuencia, puede iniciar daño de lípi- forman radicales relativamente estables que persisten suiciente
dos y proteínas por radicales. tiempo como para pasar por una reacción hacia productos no
radicales.
Evidencia epidemiológica también sugiere que la vitamina E es
protectora contra aterosclerosis y enfermedad cardiovascular. Aun ■ Salvo en personas que al principio tuvieron deiciencia, los estudios
así, metaanálisis de estudios de intervención con vitamina E mues- de intervención sobre vitamina E y β-caroteno en general han
mostrado aumento de la mortalidad entre quienes toman los

tran incremento de la mortalidad entre quienes toman complemen- complementos. El β-caroteno sólo es un antioxidante a cifras bajas

tos (en dosis altas). En todos estos estudios se ha usado α-tocoferol, de oxígeno; a concentraciones más altas de oxígeno es un

y es posible que los otros vitámeros de la vitamina E que están pre- prooxidante autocatalítico. La vitamina E forma un radical estable

sentes en los alimentos, no así en los complementos, tengan impor- que tiene la capacidad de reaccionar con antioxidantes
tancia. In vitro, las proteínas plasmáticas forman menos hidroper- hidrosolubles o de penetrar más hacia lipoproteínas y tejidos,
óxido de éster de colesterol cuando se incuban con fuentes de de manera que incrementa el daño por radicales.

concentraciones bajas de radicales perhidroxilo cuando la vitamina

C se ha eliminado que cuando está presente. El problema parece ser

que la vitamina E actúa como un antioxidante al formar un radical rEFErENCiaS

estable que persiste lo suficiente como para pasar por metabolismo

www.FreeLibros.orghacia productos no radicales. Esto significa que el radical también
Asplund K: Antioxidant vitamins in the prevention of cardiovascular
disease: a systematic review. J Intern Med 2002;251:372.

486 SECCIÓN VI Temas especiales

Bjelakovic G, Nikolova D, Gluud LL, Simonetti RG, Gluud C: Klaunig JE, Kamendulis LM: The role of oxidative stress in
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Tráfico y distribución CAPÍTULO
intracelulares de proteínas
46
Robert K. Murray, MD, PhD

IMPORTANCIA BIOMÉDICA péptido señal y se suministran hacia el citosol. Ahí se dirigen hacia

las mitocondrias, el núcleo y los peroxisomas por medio de señales
Las proteínas deben viajar desde los polirribosomas, donde se sin- específicas, o permanecen en el citosol si carecen de una señal.
tetizan, hacia muchos sitios diferentes en la célula para desem- Cualquier proteína que contiene una secuencia de dirección que
peñar sus funciones particulares. Algunas están destinadas a ser después se elimina se llama una preproteína. En algunos casos
componentes de organelos específicos, otras al citosol o a exporta- también se elimina un segundo péptido, y en ese caso la proteína
ción, y aún otras estarán ubicadas en las diversas membranas ce- original se conoce como una preproproteína (p. ej., preproalbú-
lulares. Así, hay considerable tráfico intracelular de proteínas. mina; cap. 50).
Una información importante fue el reconocimiento por Blobel y
otros de que, para que las proteínas alcancen sus ubicaciones apro- Las proteínas que se sintetizan y clasifican en la rama del ER
piadas, por lo general contienen información (una señal o se- rugoso (fig. 46-1) incluyen muchas destinadas para diversas mem-
cuencia de codificación) que las dirige de modo apropiado. Una branas (p. ej., del ER, aparato de Golgi, membrana plasmática
vez que se definieron varias de las señales (cuadro 46-1), quedó de [PM]) y para secreción. Las enzimas lisosómicas también están
manifiesto que ciertas enfermedades se producen por mutaciones comprendidas. De este modo, estas diversas proteínas pueden resi-
que afectan estas señales. En este capítulo se comentan el tráfico dir en las membranas o en la luz del ER, o seguir la ruta de trans-
intracelular de proteínas y su organización, y se consideran de ma- porte importante de proteínas intracelulares hacia el GA. La vía
nera breve algunos de los trastornos que sobrevienen cuando ocu- completa de ER → GA → PM suele denominarse la vía secretoria o
rren anormalidades. exocítica. Se dará atención especial a eventos a lo largo de esta ruta.

Las proteínas destinadas para el GA, la PM, ciertos otros sitios, o

para secreción, se portan en vesículas de transporte (fig. 46-2);

MUCHAS PROTEÍNAS SON más adelante se dará una breve descripción de la formación de estas
DIRIGIDAS POR SECUENCIAS partículas importantes. Ciertas otras proteínas destinadas para se-
DE SEÑAL HACIA SUS DESTINOS creción se acarrean en vesículas secretorias (fig. 46-2). Éstas son
prominentes en el páncreas y en ciertas otras glándulas. Su movili-

CORRECTOS zación y secreción están reguladas, y a menudo se llaman “secre-

ción regulada”, mientras que la vía secretoria que incluye vesículas
Las vías biosintéticas de proteína en las células pueden considerarse de transporte se denomina “constitutiva”. En el capítulo 47 se des-
un gran sistema de distribución grande. Muchas proteínas portan cribe el paso de enzimas hacia los lisosomas usando la señal de la
señales (por lo regular secuencias de aminoácidos específicas) que manosa 6-fosfato.
las dirigen hacia su destino; de esta manera se asegura que termina-

rán en la membrana o el compartimiento celular apropiado; estas

señales son un componente fundamental del sistema de distribu- El aparato de golgi participa

ción. Por lo general las secuencias de señal se reconocen e interac- en la glucosilación y clasificación
túan con áreas complementarias de otras proteínas que sirven como de proteínas
receptores para las que contienen las señales.

una decisión importante de distribución es tomada en eta- El aparato de Golgi tiene dos funciones importantes en la síntesis

pas tempranas en la biosíntesis de proteína, cuando se sintetizan de membrana. En primer lugar, participa en el procesamiento de

proteínas específicas en polirribosomas libres o unidos a mem- las cadenas de oligosacárido de la membrana y otras glucoproteí-

brana. Esto da por resultado dos ramas de clasificación, denomi- nas ligadas a N, y contiene también enzimas involucradas en la

nadas la rama citosólica y la rama del retículo endoplásmico O-glucosilación (cap. 47). En segundo lugar, participa en la distri-

rugoso (RER) (fig. 46-1). Esta distribución sucede porque las pro- bución de diversas proteínas antes de su aporte hacia sus destinos

teínas sintetizadas en polirribosomas unidos a membrana contie- intracelulares apropiados. Todas las partes del GA participan en la

nen un péptido señal que media su fijación a la membrana del ER. primera función, mientras que la red trans-Golgi está involucra-

Más adelante se proporcionan más detalles sobre el péptido señal. da particularmente en la segunda, y tiene contenido muy alto de

www.FreeLibros.orgLasproteínassintetizadasenpolirribosomaslibrescarecendeese vesículas. 487

488 SECCIÓN VI Temas especiales

Cuadro 46-1 algunas secuencias o moléculas que LA MITOCONDRIA IMPORTA PROTEÍNAS
dirigen proteínas hacia organelos específicos Y LAS SINTETIZA

Secuencia o compuesto de dirección organelo al cual se Las mitocondrias contienen muchas proteínas. Trece polipéptidos
dirige (en su mayor parte componentes de membrana de la cadena de

Secuencia de péptido señal Membrana del ER transporte de electrón) son codificados por el genoma mitocon-

Secuencia KDEL amino terminal (Lis-Asp-Glu- Supericie luminal del ER drial (mt), y se sintetizan en este organelo usando su propio sistema
Leu) en proteínas residentes en el ER en de síntesis de proteínas. Sin embargo, casi todos (al menos varios

vesículas COPI cientos) son codificados por genes nucleares, se sintetizan fuera de

Secuencias diacídicas (p. ej., Asp-X-Glu) en Membranas de Golgi las mitocondrias en polirribosomas citosólicos, y se deben impor-

proteínas de membrana en vesículas tar. Las células de levadura han resultado ser un sistema en especial
COPII útil para analizar los mecanismos de importación de proteínas mi-

Secuencia amino terminal (20 a 80 residuos) Matriz mitocondrial tocondriales, en parte porque ha resultado posible generar diversos

NLS (p. ej., Pro2-Lis3-Arg-Lis-Val) Núcleo mutantes que han aclarado los procesos fundamentales involucra-
dos. Casi todo el progreso se ha hecho en el estudio de proteínas

PTS (p. ej., Ser-Lis-Leu) Peroxisoma presentes en la matriz mitocondrial, como las subunidades F1 de
ATPasa. Aquí sólo se comentará con algún detalle la vía de importa-
Manosa 6-fosfato Lisosoma ción de proteínas de matriz.

abreviaturas: NLS, señal de localización nuclear; PTS, secuencia de dirección de matriz Las proteínas de matriz deben pasar desde polirribosomas ci-
peroxisómica. tosólicos a través de las membranas mitocondriales externa e in-

Polirribosomas 1) Citosólico Proteínas terna para llegar a su destino. El paso a través de las dos membranas
2) ER rugoso Mitocondriales se llama translocación. Tienen una secuencia líder amino terminal
Nucleares (presecuencia), de alrededor de 20 a 50 aminoácidos de largo (cua-
Peroxisómicas dro 46-1), que no está muy conservada pero es amfipática y contie-
Citosólicas ne muchos aminoácidos hidrofóbicos y con carga positiva (p. ej., Lis
o Arg). La presecuencia es equivalente a un péptido señal que media
Membrana del ER la fijación de polirribosomas a membranas del ER (véase más ade-
Membrana del aparato de Golgi lante), pero en este caso dirigiendo proteínas hacia la matriz; si la
Membrana plasmática secuencia líder se divide, las proteínas de matriz potenciales no al-
Secretoria canzarán su destino. En la figura 46-3 se muestran algunas caracte-
Enzimas lisosómicas rísticas generales del paso de una proteína desde el citosol hacia la
matriz mt.

Figura 46-1 Representación esquemática de las dos ramas de La translocación ocurre de manera postraduccional, después

clasificación de proteína que ocurre por medio de síntesis en de que las proteínas de matriz se liberan desde los polirribosomas

polirribosomas 1) citosólicos y 2) unidos a membrana. Las proteínas citosólicos. Las interacciones con varias proteínas citosólicas que
mitocondriales listadas son codificadas por genes nucleares; en el actúan como chaperones (véase más adelante) y como factores de
cuadro 46-1 se lista una de las señales que se usan en la clasificación dirección suceden antes de la translocación.
adicional de proteínas de matriz mitocondrial. (ER, retículo
endoplásmico; GA, aparato de Golgi.) Dos complejos de translocación distintos están situados en las
membranas mitocondriales externa e interna, lo que se denomina

(respectivamente) TOM (translocasa de la membrana externa) y

TIM (translocasa de la membrana interna). Se ha analizado cada

una amplia variedad de técnicas complejo, y se ha encontrado que está compuesto de varias proteí-
experimentales se ha usado para investigar nas, algunas de las cuales actúan como receptores (p. ej., tom20/22)
el tráfico y la distribución para las proteínas que están llegando, y otros como componentes
(p. ej., tom40) de los poros transmembrana a través de los cuales

Los métodos que han proporcionado información importante sobre deben pasar estas proteínas. Las proteínas deben hallarse en el esta-
los procesos descritos en este capítulo son: 1) microscopia electróni- do desdoblado para pasar por los complejos, y esto se hace posible
ca; 2) uso de mutantes de levadura; 3) fraccionamiento subcelular; por medio de la unión (dependiente de Atp) a varias proteínas
4) aplicación de técnicas de DNA recombinante (p. ej., mutación o chaperón. Las funciones de las proteínas chaperón en el plegado de
eliminación de secuencias particulares en proteínas, o fusión de proteínas se comentan más adelante en este capítulo. En las mito-
nuevas secuencias en ellas); 5) creación de sistemas in vitro (p. ej., condrias, participan en la translocación, clasificación, plegado,
para estudiar la translocación en el ER y mecanismos de formación montaje y degradación de proteínas importadas. La importación re-
de vesícula); 6) uso de marcas fluorescentes para seguir el movi- quiere una fuerza motriz de protón a través de la membrana inter-
miento de proteínas, y 7) estudios estructurales sobre ciertas proteí- na; consta del potencial eléctrico a través de la membrana (negativo
dentro) y el gradiente de pH (cap. 13). La secuencia líder con carga
nas, en particular mediante cristalografía con rayos X.
A continuación se describe la clasificación de proteínas que positiva puede recibir ayuda a través de la membrana mediante la
www.FreeLibros.orgzando por las proteínas mitocondriales.
pertenecen a la rama citosólica a la cual se hizo referencia, empe- carga negativa en la matriz. La presecuencia se divide en la matriz
por medio de una proteasa de procesamiento de matriz (Mpp). El

CApítulo 46 Tráico y distribución intracelulares de proteínas 489

Membrana plasmática Endosoma tardío Clatrina
Lisosoma
Endosoma
temprano

Vesícula secretoria

Vesícula
de transporte

Vesícula secretoria inmadura

Complejo TGN
de Golgi
trans
COPI medial

Retículo cis
endoplásmico
COPI
ERGIC

COPII

Envoltura Núcleo
nuclear

Figura 46-2 Representación esquemática de la rama de clasificación de proteína del ER rugoso. Las proteínas recién

sintetizadas se insertan en la membrana o en la luz del ER desde polirribosomas unidos a membrana (pequeños círculos de color
negro que tachonan la cara citosólica del ER). Las proteínas que se transportan hacia afuera del ER son acarreadas en vesículas
COPII hacia el cis-Golgi (transporte anterógrado). Las proteínas parecen moverse a través del aparato de Golgi principalmente
por medio de maduración de las cisternas. En la TGN, el lado de salida del aparato de Golgi, las proteínas se secretan y clasifican.
Las proteínas secretorias se acumulan en vesículas secretorias (secreción regulada), desde las cuales se expulsan en la
membrana plasmática. Las proteínas destinadas para la membrana plasmática o las que se secretan de una manera constitutiva
se llevan hacia afuera de la superficie celular en vesículas de transporte que hasta ahora quedan por caracterizar (secreción
constitutiva). Las vesículas cubiertas por clatrina participan en la endocitosis; acarrean carga hacia endosomas tardíos y hacia
lisosomas. La manosa 6-fosfato (que no se muestra; cap. 47) actúa como una señal para transportar enzimas hacia lisosomas. Las
vesículas COPI participan en la recuperación de proteínas desde el aparato de Golgi hacia el ER (transporte retrógrado), y quizá
estén involucradas en algo de transporte intra-Golgi. El compartimiento ERGIC/VTR parece ser un sitio principalmente para
concentrar carga destinada para el transporte retrógrado hacia vesículas COPI. (TGN, red trans-Golgi; ERGIC/VTR, complejo
intermedio de ER-Golgi o agrupaciones de túbulo vesicular.) (Cortesía de E Degen.)

contacto con otros chaperones presentes en la matriz es esencial No se han dilucidado por completo los detalles de cómo se

para completar el proceso de importación general. La interacción translocan las preproteínas. Es posible que el potencial eléctrico

con mt-Hsp70 (mt = mitocondrial; Hsp = proteína de choque por relacionado con la membrana mitocondrial interna cause un cam-

calor; 70 = ~ 70 kDa) asegura importación apropiada hacia la ma- bio conformacional en la preproteína desdoblada que se está trans-

triz, y evita plegado inadecuado o agregación, mientras que la inter- locando, y que esto ayude a tirar de ella. Además, el hecho de que

acción con el sistema mt-Hsp60-Hsp10 asegura plegado apropiado. la matriz es más negativa que el espacio intermembrana puede

www.FreeLibros.orgriores necesitan hidrólisis de Atp para impulsarlas.
Las interacciones de proteínas importadas con los chaperones ante- “atraer” el amino terminal con carga positiva de la preproteína para

que entre en la matriz. Para que ocurra translocación se requiere

490 SECCIÓN VI Temas especiales

CITOSOL Estado desdoblado
Hsp70

Secuencia de
dirección de matriz

Tom 40 Tom 20/22

OMM
Tim 23/17
Tim 44

IMM

Proteasa Matriz Hsp70
de matriz
Proteína
madura

Secuencia de dirección

Figura 46-3 Representación esquemática de la entrada de una proteína hacia la matriz mitocondrial. La proteína desdoblada

sintetizada en polirribosomas citosólicos y que contiene una secuencia de dirección a matriz interactúa con el chaperón citosólico Hsp70.
A continuación la proteína interactúa con el receptor de membrana externa mt Tom 20/22, y se transfiere hacia el canal de importación
vecino Tom 40 (Tom, translocón de la membrana externa). Después la proteína se transloca a través del canal; el canal en la membrana mt
interna está en gran parte compuesto de proteínas Tim 23 y Tim 17 (Tim, translocón de la membrana interna). En el lado de la membrana
mt interna, interactúa con el chaperón de matriz Hsp70 que, a su vez, interactúa con la proteína de membrana Tim 44. La hidrólisis de ATP
por medio de Hsp70 mt probablemente ayuda a impulsar la translocación, como lo hace el interior electronegativo de la matriz. Después
la enzima de procesamiento de matriz divide la secuencia de dirección, y la proteína importada adopta su forma final, o puede interactuar
con una chaperonina mt antes de esto. En el sitio de translocación, las membranas mt interna y externa se encuentran en estrecho
contacto. (Modificada, con autorización, de Lodish H, et al.: Molecular Cell Biology, 6th ed. W.H. Freeman & Co., 2008.)

aposición estrecha en sitios de contacto entre las membranas ex- mediar la reubicación subsiguiente (p. ej., hacia la membrana inter-

terna e interna. na). Ciertas proteínas mitocondriales no contienen presecuencias

Lo anterior describe la vía importante de proteínas destinadas (p. ej., citocromo c, que se ubica en el espacio intermembrana) y

a la matriz mitocondrial. Empero, ciertas proteínas se insertan en la otras contienen presecuencias internas. En general, las proteínas

membrana mitocondrial externa, lo cual es facilitado por el com- emplean diversos mecanismos y rutas para llegar a sus destinos fi-

plejo TOM. Otras se detienen en el espacio intermembrana, y algu- nales en las mitocondrias.

nas se insertan en la membrana interna. Aún otras proceden hacia En el cuadro 46-2 se resumen las características generales que

la matriz y después regresan a la membrana interna o el espacio in- se aplican a la importación de proteínas hacia organelos, entre ellos

termembrana. Varias proteínas contienen dos secuencias emisoras las mitocondrias y algunos de los otros organelos que se comentan

www.FreeLibros.orgde señal: una para entrar en la matriz mitocondrial y la otra para másadelante.

CApítulo 46 Tráico y distribución intracelulares de proteínas 491

Cuadro 46-2 algunas características generales nucleótido guanina (GEF), que están localizados en el núcleo, y

de la importación de proteínas hacia organelos proteínas activadoras de guanina (GAP) Ran, que son predomi-

•   La importación de una proteína hacia un organelo por lo general sucede  nantemente citoplásmicas. El estado de Ran unido a GTP se favore-
en tres etapas: reconocimiento, translocación y maduración. ce en el núcleo, y el estado unido a GDP, en el citoplasma. Las con-
formaciones y actividades de moléculas Ran varían dependiendo de
•  L  as secuencias de dirección sobre la proteína son reconocidas en el 
citoplasma o sobre la supericie del organelo. si está unido a ellas GTP o GDP (el estado unido a GTP es activo;
véase la exposición sobre proteínas G en el cap. 42). Se cree que la

•   La proteína por lo general se desdobla para translocación, un estado  asimetría entre el núcleo y el citoplasma —respecto a cuál de estos

mantenido en el citoplasma por medio de chaperones. dos nucleótidos está unido a moléculas Ran— es crucial en el enten-

•   El paso de la proteína a través de una membrana necesita energía y  dimiento de las funciones de Ran en la transferencia unidireccional

chaperones de organelos en el lado trans de la membrana. de complejos a través del NPC. Cuando las moléculas de carga se

•  L  os ciclos de unión y liberación de la proteína al chaperón producen  liberan dentro del núcleo, las importinas recirculan hacia el cito-
tracción de su cadena polipeptídica a través de la membrana. plasma para ser usadas de nuevo. La figura 46-4 resume algunas de

•  O  tras proteínas dentro del organelo catalizan el plegado de la proteína,  las características principales en el proceso anterior.
a menudo ijan cofactores u oligosacáridos y los montan hacia Proteínas similares a las importinas, llamadas exportinas, par-
monómeros u oligómeros activos.
ticipan en la exportación de muchas macromoléculas (diversas pro-

Fuente: Datos tomados de McNew JA, Goodman JM: The targeting and assembly of teínas, moléculas de tRNA, subunidades ribosómicas y ciertas mo-
peroxisomal proteins: some old rules do not apply. Trends Biochem Sci 1998;21:54. léculas de mRNA) desde el núcleo. Las moléculas de carga para

Reimpreso con autorización de Elsevier. exportación portan señales de exportación nuclear (NES). Las

proteínas Ran también están involucradas en este proceso, y ahora

se encuentra establecido que los procesos de importación y exporta-

ción comparten varias características. La familia de las importinas y

LAS SEÑALES DE LOCALIZACIÓN, las exportinas se denomina carioferinas.

IMPORTINAS Y EXPORTINAS, Otro sistema está involucrado en la translocación de casi todas
ESTÁN INVOLUCRADAS EN EL las moléculas de mRNA, las cuales se exportan desde el núcleo ha-
TRANSPORTE DE MACROMOLÉCULAS cia el citoplasma como complejos de ribonucleoproteína (RNP) fijos
a una proteína llamada exportador mRNp. Ésta es una molécula

HACIA ADENTRO Y HACIA AFUERA heterodimérica (es decir, compuesta de dos subunidades diferentes,
DEL NÚCLEO TAP y Nxt-1) que acarrea moléculas de RNP a través del NPC. Ran
no está involucrada. Este sistema parece usar la hidrólisis de Atp

Se ha estimado que en una célula eucariótica activa cada minuto se mediante una RNA helicasa (Dbp5) para impulsar la translocación.
transportan más de un millón de macromoléculas entre el núcleo y Otras Gtpasas monoméricas pequeñas (p. ej., ARF, Rab, Ras

el citoplasma. Estas macromoléculas comprenden histonas, proteí- y Rho) son importantes en diversos procesos celulares como la for-
nas ribosómicas y subunidades ribosómicas, factores de transcrip- mación y el transporte de vesículas (ARF y Rab; véase más adelan-
ción y moléculas de mRNA. El transporte es bidireccional y sucede te), ciertos procesos de crecimiento y diferenciación (Ras), y forma-
a través de los complejos de poro nuclear (NPC). Se trata de estruc- ción del citoesqueleto de actina. Un proceso que involucra a GTP y
GDP también es crucial en el transporte de proteínas a través de la
turas complejas con una masa de unas 15 veces la de un ribosoma, y membrana del ER (véase más adelante).
están compuestas de agregados de alrededor de 30 proteínas dife-

rentes. El diámetro mínimo de un NPC es de alrededor de 9 nm. Las

moléculas de menos de alrededor de 40 kDa pueden pasar por el LAS PROTEÍNAS IMPORTADAS HACIA
canal del NPC mediante difusión, pero hay mecanismos de trans- PEROXISOMAS PORTAN SECUENCIAS
locación particulares para moléculas de mayor tamaño. Estos me-

canismos se están investigando de modo intensivo, pero ya han sur- DE DIRECCIÓN SINGULARES

gido algunas características importantes.

Aquí se describirá la importación nuclear de ciertas macro- El peroxisoma es un organelo importante involucrado en aspectos

moléculas. El cuadro general que ha surgido es que las proteínas del metabolismo de muchas moléculas, entre ellas ácidos grasos y

que se van a importar (moléculas de carga) portan una señal de lo- otros lípidos (p. ej., plasmalógenos, colesterol, ácidos biliares), puri-

calización nuclear (NlS). Un ejemplo de una NLS es la secuencia nas, aminoácidos y peróxido de hidrógeno. El peroxisoma está deli-

de aminoácidos (Pro)2-(Lis)3-Arg-Lis-Val (cuadro 46-1), bastante mitado por una sola membrana y contiene más de 50 enzimas; la
rica en residuos lisina básicos. Dependiendo de cuál NLS contiene, catalasa y la urato oxidasa son enzimas marcadoras para este orga-

una molécula de carga interactúa con una de una familia de proteí- nelo. Sus proteínas se sintetizan en polirribosomas citosólicos y se

nas solubles llamada importinas, y el complejo se acopla de manera pliegan antes de la importación. Se han estudiado las vías de impor-

transitoria en el NPC. Otra familia de proteínas denominadas Ran tación de varias de sus proteínas y enzimas; algunas son componen-

desempeña una función reguladora crucial en la interacción del tes de matriz (fig. 46-5) y otras componentes de membrana. Se

complejo con el NPC y en su translocación a través del NPC. Las han descubierto por lo menos dos secuencias de dirección de

proteínas Ran son Gtpasas nucleares monoméricas pequeñas y, al matriz peroxisómica (ptS). Una, la ptS1, es un tripéptido (esto

igual que otras GTPasas, existen en estados unidos a GTP o a GDP. es, Ser-Lis-Leu [SKL], pero se han detectado variaciones de esta se-

www.FreeLibros.orgSe regulan por sí mismas por medio de factores de intercambio de cuencia) localizado en el carboxilo terminal de varias proteínas de

492 SECCIÓN VI Temas especiales

(Plegada) I
C+

NLS

I

C R GAP R

GDP P1 H2O GTP

I

Citoplasma

Envoltura Se une a NLS
nuclear

Nucleoplasma

C = Carga α

R GTP I = Importina (S)
GDP GEF
C+R R = Ran β
GTP GDP
I Se une a proteína
I C
R en el NPC
GTP
GAP = Factor activador de GTPasa

GEF = Factor de intercambio

de nucleótido guanina

NLS = Señal de localización nuclear

Figura 46-4 Representación simplificada de la entrada de una proteína hacia el nucleoplasma. Una

molécula de carga en el citoplasma mediante su NLS interactúa para formar un complejo con una importina
(parte superior izquierda de la figura). (Ésta puede ser importina α o importina tanto α como β.) Este
complejo a continuación interactúa con Ran·GDP y atraviesa el NPC hacia el nucleoplasma. En este último, el
GEF convierte Ran·GDP en Ran·GTP, lo que origina un cambio conformacional de Ran, lo que causa
liberación de la molécula de carga. El complejo de importina-Ran·GTP a continuación abandona el
nucleoplasma por medio del NPC para regresar al citoplasma. En este último, debido a la acción de la
proteína activadora de GTP (GAP), que convierte GTP en GDP, la importina se libera para participar en otro
ciclo de importación. El Ran·GTP es la forma activa del complejo; la forma Ran·GDP se considera inactiva. Se
cree que la direccionalidad es conferida en el proceso general por la disociación de Ran·GTP en el
nucleoplasma. (C, molécula de carga; I, importina; NLS, señal localizadora nuclear; NPC, complejo de
poro nuclear; GEF, factor de intercambio de nucleótido guanina; GAP, factor activador de GTPasa.)
(Modificada, con autorización, de Lodish H, et al.: Molecular Cell Biology, 6th ed. W.H. Freeman & Co., 2008.)

matriz, entre ellas la catalasa. Otra, ptS2, es un N-terminal y se ha La mayor parte de los casos de síndrome
hallado en al menos cuatro proteínas de matriz (p. ej., tiolasa). Nin- de Zellweger se debe a mutaciones en
guna de estas dos secuencias se divide luego de entrar en la matriz. genes involucrados en las biogénesis
Las proteínas que contienen secuencias de PTS1 forman comple- de peroxisomas
jos con una proteína receptora citosólica (pex5) y las proteínas que

contienen secuencias PTS2 forman complejos con otra proteína re- Estudios sobre el síndrome de Zellweger han estimulado el interés

ceptora. Los complejos resultantes después interactúan con un com- por la importación de proteínas hacia peroxisomas. Dicho síndro-

plejo de receptor de membrana, pex2/10/12, que los transloca hacia me se manifiesta en el momento del nacimiento y se caracteriza por

la matriz. También hay proteínas involucradas en el transporte adi- deterioro neurológico profundo; las víctimas suelen morir durante

cional de proteínas hacia la matriz. Pex5 se recicla hacia el citosol. Se un año. El número de peroxisomas puede variar desde ser casi nor-

ha encontrado que casi todas las proteínas de membrana peroxisó- males hasta falta casi total en algunos pacientes. Los datos bioquí-

micas no contienen ninguna de las dos secuencias de dirección an- micos incluyen una acumulación de ácidos grasos de cadena muy

teriores, pero parece ser que contienen otras. El sistema de importa- larga, anormalidades de las síntesis de ácidos biliares, así como una

ción puede manejar oligómeros intactos (p. ej., catalasa tetramérica). notoria disminución de los plasmalógenos. Parece que la enferme-
www.FreeLibros.orgproteínasdemembrana.
La importación de proteínas de matriz necesita Atp, no así la de dad se debe a mutaciones en genes que codifican para ciertas pro-

teínas —denominadas peroxinas— involucradas en varios pasos de

CApítulo 46 Tráico y distribución intracelulares de proteínas 493

Catalasa (plegada)
PTS (C-terminal)

Pex5 Figura 46-5 Representación

Pex5 esquemática de la entrada de una proteína
hacia la matriz peroxisómica. La proteína
Pex14 Membrana de que se va a importar hacia la matriz se
Matriz peroxisoma sintetiza en polirribosomas citosólicos,
adopta su forma plegada antes de la
Complejo importación, y contiene una secuencia de
Pex 2/10/12 dirección peroxisómica (PTS) C-terminal.
Interactúa con la proteína receptora
PTS intacta citosólica Pex5, y el complejo a
continuación interactúa con un receptor
sobre la membrana peroxisómica, Pex14.
A su vez, el complejo de proteína-Pex14
pasa hacia el complejo de Pex 2/10/12 en
la membrana peroxisómica y se transloca.
Pex5 se regresa hacia el citosol. La proteína
retiene su PTS en la matriz. (Modificada,
con autorización, de Lodish H, et al.:
Molecular Cell Biology, 6th ed. W.H. Freeman
& Co., 2008.)

la biogénesis de peroxisoma (como la importación de proteínas an- entera ocurre en polirribosomas libres carecen de este péptido se-
tes descrita), o en genes que codifican para ciertas enzimas peroxi- ñal. Un aspecto importante de la hipótesis de la señal fue que sugirió
sómicas por sí mismos. Dos enfermedades estrechamente vincu- —como resulta ser— que todos los ribosomas tienen la misma es-
ladas son la adrenoleucodistrofia neonatal y la enfermedad de
Refsum infantil. El síndrome de Zellweger y estas dos enfermeda- Cuadro 46-3 Trastornos debidos a anormalidades
des representan un espectro de características que se superponen; el de peroxisomas
síndrome de Zellweger es el más grave (afección de muchas proteí-
nas) y la enfermedad de Refsum infantil es la menos grave (sólo una Número de oMiM1
o algunas proteínas afectadas). El cuadro 46-3 lista estas enfermeda-
des y otras enfermedades relacionadas. Síndrome de Zellweger 214100
Adrenoleucodistroia neonatal 202370

LA HIPÓTESIS DE LA SEÑAL EXPLICA Enfermedad de Refsum infantil 266510
DE QUÉ MODO LOS POLIRRIBOSOMAS Acidemia hiperpipecólica 239400

SE UNEN AL RETÍCULO ENDOPLÁSMICO Condrodisplasia rizomélica punteada 215100

Adrenoleucodistroia 300100

Como se indicó, la rama del ER rugoso es la segunda de las dos Seudoadrenoleucodistroia neonatal 264470
ramas comprendidas en la síntesis y distribución de proteínas. En Seudosíndrome de Zellweger 261515
esta rama, las proteínas se sintetizan en polirribosomas unidos a

membrana y se translocan hacia la luz del ER rugoso antes de la Hiperoxaluria tipo I 259900
distribución adicional (fig. 46-2). Acatalasemia 115500

Blobel y Sabatini propusieron la hipótesis de la señal en parte

para explicar la distinción entre polirribosomas libres y unidos a Deiciencia de glutaril-CoA oxidasa 231690

membrana. Hallaron que las proteínas sintetizadas en polirriboso- Fuente: Reproducido, con autorización, de Seashore MR, Wappner RS: Genetics in
mas unidos a membrana contenían una extensión peptídica (pép- Primary Care & Clinical Medicine. Appleton & Lange, 1996.
1 OMIM = Online Mendelian Inheritance in Man. Cada número especiica una referencia
en la cual puede hallarse información en cuanto a cada una de las enfermedades
anteriores.
tido señal) en sus amino terminales que mediaba su fijación a las

www.FreeLibros.orgmembranas del ER. Como se mencionó, las proteínas cuya síntesis

494 SECCIÓN VI Temas especiales

Cuadro 46-4 algunas propiedades ER. Incorpora características de la hipótesis de la señal original y de
de los péptidos señal investigación subsiguiente. El mRNA para ese tipo de proteína codi-
fica para un péptido señal amino terminal (también llamado de
•  Por lo regular están localizados en el amino terminal manera variada secuencia líder, señal de inserción transitoria, secuen-
cia de señal, o presecuencia). La hipótesis de la señal propuso que la
•  Contienen de 12 a 35 aminoácidos proteína se inserta en la membrana del ER al mismo tiempo que su
mRNA se está traduciendo en polirribosomas, la denominada in-
•  La metionina por lo general es el aminoácido amino terminal serción cotraduccional. Conforme el péptido señal surge de la sub-
unidad grande del ribosoma, es reconocido por una partícula de
•  Contienen una agrupación central de aminoácidos hidrofóbicos reconocimiento de señal (SRp) que bloquea la traducción adicional
luego de que se han polimerizado aproximadamente 70 aminoáci-
•   Contienen al menos un aminoácido con carga positiva cerca de su  dos (40 sepultados en la subunidad ribosómica grande y 30 expues-
amino terminal tos). El bloqueo se llama paro de elongación. La SRP contiene seis
proteínas y tiene un RNA 7S relacionado con ella, estrechamente
•  P  or lo general se dividen en el extremo carboxilo terminal de un  vinculado con la familia Alu de secuencias de DNA muy repetidas
residuo Ala mediante señal peptidasa (cap. 35). El bloqueo impuesto por SRP no se libera sino hasta que el
complejo de SRP-péptido señal-polirribosoma se ha unido a la deno-
tructura, y que la distinción entre ribosomas unidos a membrana y minada proteína de acoplamiento (SRP-R, un receptor para la SRP)
libres depende sólo de las proteínas acarreadoras anteriores que tie- en la membrana del ER; de este modo, la SRP guía el péptido señal
nen péptidos señal. Mucha evidencia ha confirmado la hipótesis hacia la SRP-R, e impide el plegado y la expulsión hacia el citosol
original. Dado que muchas proteínas de membrana se sintetizan en prematuros de la proteína que se está sintetizando.
polirribosomas unidos a membrana, la hipótesis de la señal tiene
importancia en conceptos de montaje de membrana. El cuadro La SRp-R es una proteína de membrana integral compuesta de
46-4 resume algunas características de los péptidos señal. subunidades α y β. La subunidad α se une a GDP, y la subunidad β

La figura 46-6 ilustra las características principales en relación abarca la membrana. Cuando el complejo de SRP-péptido señal
con el paso de una proteína secretada a través de la membrana del

5′ Codones de señal 3′
AUG

Péptido señal
SRP

División del
péptido señal

Señal peptidasa

Receptor de ribosoma SRP-R

Figura 46-6 Diagrama de la hipótesis de señal para el transporte de proteínas secretadas a través

de la membrana del ER. Los ribosomas que sintetizan una proteína se mueven a lo largo de RNA
mensajero que especifica la secuencia de aminoácidos de la proteína. (El RNA mensajero está
representado por la línea entre 5’ y 3’.) El codón AUG marca el inicio del mensaje para la proteína; las
líneas con trama que siguen a AUG representan los codones para la secuencia de señal. A medida que la
proteína crece hacia afuera de la subunidad ribosómica de mayor tamaño, la secuencia de señal se
expone y es unida por la partícula de reconocimiento de señal (SRP). La traducción se bloquea hasta que
el complejo se une a la “proteína de acoplamiento”, también designada SRP-R (representada por medio
de la barra de color negro) en la membrana del ER. Asimismo, hay un receptor (barra de color rojo) para
el ribosoma en sí. La interacción del ribosoma y la cadena peptídica en crecimiento con la membrana ER
suscita la abertura de un canal a través del cual la proteína se transporta hacia el espacio interior del ER.
En el transcurso de la translocación, la secuencia de señal de casi todas las proteínas es eliminada por
una enzima que se denomina la “señal peptidasa”, localizada en la superficie luminal de la membrana del
ER. La proteína completada finalmente es liberada por el ribosoma, que a continuación se separa hacia
sus dos componentes: las subunidades ribosómicas grande y pequeña. La proteína termina dentro del
ER. Véanse más detalles en el texto. (Modificada y reproducida, con autorización, de Marx JL: Newly made
proteins zip through the cell. Science 1980;207:164. Copyright ©1980 por la American Association for the

www.FreeLibros.orgAdvancementofScience.)

CApítulo 46 Tráico y distribución intracelulares de proteínas 495

interactúa con el receptor, se estimula el intercambio de GDp por mas (véase más adelante). No está claro si el translocón está involu-

Gtp. Esta forma del receptor (con GTP unida) tiene afinidad alta crado en la retrotranslocación; pueden estar implicados uno o más

por la SRp y, así, libera el péptido señal, que se une a la maquinaria de otros canales. Cualquiera que sea el caso, hay tráfico bidireccio-

de translocación (translocón) también presente en la membrana del nal a través de la membrana del ER.

ER. A continuación, la subunidad α hidroliza su Gtp unido, lo

que restituye GDP y completa un ciclo de GTP-GDP. La unidirec-

cionalidad de este ciclo ayuda a impulsar la interacción del polirri- LAS PROTEÍNAS SIGUEN VARIAS

bosoma y su péptido señal con la membrana del ER en la dirección RUTAS PARA INSERTARSE EN LAS
anterógrada.
El translocón consta de tres proteínas de membrana (el com- MEMBRANAS DEL RETÍCULO
ENDOPLÁSMICO, O PARA FIjARSE
plejo Sec61) que forma un canal conductor de proteínas en la A LAS MISMAS
membrana del ER, a través del cual puede pasar la proteína recién

sintetizada. El canal parece únicamente estar abierto cuando hay Las rutas que siguen las proteínas que se van a insertar en las mem-
un péptido señal, lo que preserva la conductancia a través de la branas del ER son:
membrana del ER cuando se cierra. La conductancia del canal se

ha medido experimentalmente.

La inserción del péptido señal en el canal conductor, mientras inserción cotraduccional
el otro extremo de la proteína original aún está fijo a los ribosomas,
se llama “inserción cotraduccional”. El proceso de alargamiento La figura 46-7 muestra diversos modos en los cuales las proteínas se
de la parte restante de la proteína probablemente facilita el paso de distribuyen en la membrana plasmática. En particular, puede obser-
la proteína naciente a través de la bicapa lipídica puesto que los ri- varse que los amino terminales de ciertas proteínas (p. ej., el recep-
bosomas permanecen fijos a la membrana del ER. De esta manera, tor de LDL) están en la cara extracitoplásmica, mientras que para
se forma el ER rugoso (o tachonado de ribosomas). Es importante otras proteínas (p. ej., el receptor de asialoglucoproteína) los car-
que la proteína se mantenga en un estado no plegado antes de en- boxilo terminales se encuentran en esta cara. Para explicar estas
trar al canal conductor; de otro modo, quizá sea incapaz de tener disposiciones, es necesario considerar los eventos biosintéticos ini-
acceso al canal. ciales en la membrana del ER. El receptor de lDl entra en la mem-
brana y el ER de una manera análoga a una proteína secretoria (fig.
Los ribosomas permanecen fijos al ER en el transcurso de la 46-6); atraviesa en parte la membrana del ER, su péptido señal se
síntesis de proteínas que contienen péptido señal, pero cuando se divide, y su amino terminal sobresale hacia la luz. Con todo, se re-
completa el proceso se liberan y disocian hacia sus dos tipos de tiene en la membrana porque contiene un segmento muy hidrofó-
subunidades. El péptido señal se hidroliza por medio de la señal bico, la señal de suspensión o cese de transferencia. Esta secuencia
peptidasa, ubicada en el lado luminal de la membrana del ER (fig. forma el segmento transmembrana único de la proteína y su domi-
46-6), y después al parecer es degradado con rapidez por proteasas. nio de fijación a la membrana. El pequeño parche de membrana del
ER en el cual está localizado el receptor de LDL recién sintetizado
El citocromo p450 (cap. 53), una proteína integral de la mem- después brota como un componente de una vesícula de transporte.
brana del ER, no cruza por completo la membrana. En lugar de eso, Como se describe más adelante en la exposición sobre asimetría de
reside en la membrana con su péptido señal intacto. Su paso a través proteínas y lípidos en montaje de membrana, la disposición del re-
de la membrana es evitado por una secuencia de aminoácidos que ceptor en la membrana del ER está preservada en la vesícula, que
se llama señal de suspensión o cese de transferencia. finalmente se fusiona con la membrana plasmática. En contraste, el
receptor de asialoglucoproteína posee una secuencia de inserción
Las proteínas secretorias y las proteínas solubles destinadas interna, que se inserta en la membrana pero no se divide. Esto ac-
para organelos distales al ER cruzan por completo la bicapa de la túa como un ancla, y su carboxilo terminal muestra extrusión a tra-
membrana, y se descargan hacia la luz del ER. Si están presentes, se vés de la membrana. La disposición más compleja de los transpor-
añaden cadenas de N-glicano (cap. 47), dado que estas proteínas tadores (p. ej., para glucosa) puede explicarse por el hecho de que
atraviesan la parte interna de la membrana del ER, proceso denomi- las hélices α transmembrana alternantes actúan como secuencias
nado “glicosilación cotraduccional”. Después, las proteínas se en- de inserción no divididas y como señales de suspensión de trans-
cuentran en la luz del aparato de Golgi, donde suceden cambios ferencia, respectivamente. Cada par de segmentos helicoidales se
adicionales de las cadenas de glicano (fig. 47-9) antes de la distribu- inserta como una horquilla. Las secuencias que determinan la es-
ción o secreción intracelular. Hay fuerte evidencia de que el péptido tructura de una proteína en una membrana se llaman secuencias
señal está involucrado en el proceso de la inserción de proteína ha- topogénicas. Las tres proteínas anteriores son ejemplos de proteí-
cia membranas del ER. Las proteínas mutantes, que contienen pép- nas transmembrana tipos I, II y IV (pie de la fig. 46-7).
tidos señal alterados en los cuales un aminoácido hidrofóbico es
remplazado por uno hidrofílico, no se insertan en las membranas
del ER. Proteínas no de membrana (p. ej., globina α) a las cuales se

han fijado péptidos señal mediante procedimientos de ingeniería

genética, se pueden insertar en la luz del ER, o incluso secretar. Síntesis en polirribosomas libres,
Hay evidencia de que la membrana del ER está involucrada en y fijación subsiguiente a la membrana
del retículo endoplásmico
el transporte retrógrado de diversas moléculas desde la luz del ER
hacia el citosol. Estas moléculas incluyen glucoproteínas no plega-

das o plegadas de manera errónea, glicopéptidos y oligosacáridos. Un ejemplo es el citocromo b5, que entra en la membrana del ER de

www.FreeLibros.orgPor lo menos algunas de estas moléculas se degradanenproteaso- modoespontáneo.

496 SECCIÓN VI Temas especiales

NN

NC N Cara
NN extracitoplásmica

CC

NC foBsifcoalpípaiddoe

Diversos transportadores (p. ej., glucosa) C citopCláasrma ica
N
CN CC Receptores acoplados a proteína G
Neuraminidasa del virus de la gripe Receptores de
Receptor de asialoglucoproteína insulina e IGF-1

Receptor de transferrina
Cadena invariante de HLA-DR

Receptor de LDL
Cadena pesada de HLA-A
Hemaglutinina del virus de la gripe

Figura 46-7 Variaciones del modo en el cual las proteínas se insertan hacia membranas. Esta

representación esquemática, que ilustra varias orientaciones posibles, muestra los segmentos de las
proteínas dentro de la membrana como hélices α, y los otros segmentos como líneas. El receptor de
LDL, que cruza la membrana una vez y tiene su amino terminal en el exterior, se llama proteína
transmembrana tipo I. El receptor de asialoglucoproteína, que también cruza la membrana una vez
pero tiene su carboxilo terminal en el exterior, se denomina proteína transmembrana tipo II. El
citocromo P450 (que no se muestra) es un ejemplo de una proteína transmembrana tipo III; su
disposición es similar a la de las proteínas tipo I, pero no contiene una secuencia de señal divisible.
Los diversos transportadores indicados (p. ej., glucosa) cruzan la membrana varias veces, y se llaman
proteínas transmembrana tipo IV; también se denominan proteínas de membrana politópicas.
(N, amino terminal; C, carboxilo terminal.) (Adaptada, con autorización, de Wickner WT, Lodish HF:
Multiple mechanisms of protein insertion into and across membranes. Science 1985;230:400.
Copyright ©1985 por la American Association for the Advancement of Science.)

retención en la cara luminal del retículo LOS CHAPERONES SON PROTEÍNAS

endoplásmico por secuencias de QUE IMPIDEN EL PLEGADO DEFECTUOSO

aminoácidos específicas E INTERACCIONES NO PRODUCTIVAS

Varias proteínas poseen la secuencia de aminoácidos KDEl (Lis- DE OTRAS PROTEÍNAS
Asp-Glu-Leu) en su carboxilo terminal (cuadro 46-1). Las proteínas
que contienen KDEL viajan primero hacia el GA en vesículas de Ya se hizo referencia a los chaperones moleculares en este capítulo.
transporte COPII (véase más adelante), interactúan con una proteí- El cuadro 46-5 lista varias propiedades importantes de estas proteí-
na receptora de KDEL específica, y luego regresan en vesículas de nas y en el cuadro 46-6 se encuentran los nombres de algunas de
transporte CopI hacia el ER, donde se disocian del receptor. importancia especial en el ER. Básicamente, estabilizan interme-

diarios no plegados o plegados de manera parcial, lo que les otor-

Transporte retrógrado desde ga tiempo para plegarse de manera apropiada, y evitan interacciones
el aparato de golgi inapropiadas; ello combate la formación de estructuras no funcio-
nales. Casi todos los chaperones muestran actividad de Atpasa y se

Ciertas otras proteínas que no contienen KDEl destinadas a las unen a ADP y ATP. Esta actividad tiene importancia para su efecto
membranas del ER también pasan al aparato de Golgi y después re- sobre el plegado de proteína. El complejo de ADP-chaperón a me-
gresan, mediante transporte vesicular retrógrado, al ER para ser nudo tiene afinidad alta por la proteína no plegada, que, cuando se
insertadas allí (véase más adelante). une, estimula la liberación de ADP con remplazo por ATP. El com-
plejo de ATP-chaperón, a su vez, libera segmentos de la proteína que
Los párrafos anteriores demuestran que diversas rutas partici- se han plegado de modo apropiado, y el ciclo que involucra unión
pan en el montaje de las proteínas de las membranas del ER; una de ADP y ATP se repite hasta que se libera la proteína.
situación similar probablemente ocurre para otras membranas

(p. ej., las membranas mitocondriales y la membrana plasmática). Las chaperoninas son la segunda clase principal de chaperones.

En algunos casos se han identificado secuencias de dirección preci- Forman estructuras parecidas a barril complejas en las cuales se re-

sas (p. ej., secuencias KDEL). tiene una proteína no plegada, lo que le da tiempo y condiciones idó-
www.FreeLibros.orgteenestecapítulo.
El tema de la biogénesis de membrana se comenta más adelan- neas en las cuales plegarse de manera apropiada. La chaperonina mt-

GroEL se ha estudiado mucho. Es polimérica, tiene dos estructuras

CApítulo 46 Tráico y distribución intracelulares de proteínas 497

Cuadro 46-5 algunas propiedades de proteínas LA ACUMULACIÓN DE PROTEÍNAS

chaperón PLEGADAS DE MODO ERRÓNEO

•  E  stán presentes en una amplia gama de especies, desde bacterias hasta  EN EL RETÍCULO ENDOPLÁSMICO PUEDE
seres humanos INDUCIR LA RESPUESTA A PROTEÍNAS
DESDOBLADAS (UPR)
•  Muchas son las llamadas proteínas de choque por calor (Hsp) 

•   Algunas son inducibles por condiciones que ocasionan desdoblamiento 

de proteínas recién sintetizadas (p. ej., temperatura alta y diversas El mantenimiento de la homeostasis en el ER es importante para la
sustancias químicas) función celular normal. La perturbación del ambiente singular den-
tro de la luz del ER (p. ej., cambios en el Ca2+ del ER, alteraciones del
•   Se unen a regiones predominantemente hidrofóbicas de proteínas  estado redox, exposición a diversas toxinas o algunos virus) puede
desdobladas e impiden su agregación llevar a decremento de la capacidad de plegado de proteína y a
acumulación de proteínas plegadas de manera errónea. La acumu-
•  A  ctúan en parte como un control de calidad o mecanismo de edición  lación de estas últimas en el ER se denomina estrés del ER. La célula
para detectar proteínas plegadas de modo erróneo o por lo demás ha adquirido por evolución un mecanismo llamado la UPR para de-
defectuosas tectar las concentraciones de proteínas plegadas de modo erróneo e
iniciar mecanismos de emisión de señales intracelulares para com-
•  C  asi todos los chaperones muestran actividad de ATPasa asociada; el  pensar las condiciones de estrés y restituir la homeostasis del ER. La
ATP o ADP está involucrado en la interacción entre proteína y chaperón

•   Se encuentran en diversos compartimientos celulares, como el citosol, 
las mitocondrias y la luz del retículo endoplásmico

UPR se inicia por sensores de estrés del ER, que son proteínas trans-

Cuadro 46-6 algunos chaperones y enzimas membrana incrustadas en la membrana del ER. La activación de
involucrados en el plegado, que están localizados estos sensores de estrés origina tres efectos principales: inhibición
en el retículo endoplásmico rugoso transitoria de la traducción para aminorar la cantidad de proteínas
recién sintetizadas, e inducción de una respuesta transcripcional
•  BiP (proteína de unión a cadena pesada de inmunoglobulina) que conduce a aumento de la expresión de chaperones del ER y de

•  GRP94 (proteína regulada por glucosa) proteínas involucradas en la degradación de proteínas del ER plega-

•  Calnexina das de manera errónea (véase más adelante). En consecuencia, la
•  Calreticulina UPR incrementa la capacidad de plegado en el ER e impide la acumu-
•  PDI (proteína disulfuro isomerasa) lación de productos proteínicos improductivos y en potencia tóxi-
cos, además de otras respuestas para restituir la homeostasis celular.

•  PPI (peptidil prolil cis-trans isomerasa) No obstante, si persiste el deterioro del plegado, se activan vías de

muerte celular (apoptosis). Una comprensión más completa de la

UPR probablemente proporcione nuevos métodos para tratar enfer-

parecidas a anillo, cada una de las cuales está compuesta de siete sub- medades en las cuales ocurren estrés del ER y plegado defectuoso de
unidades idénticas, y, de nuevo, el ATP está involucrado en su acción. proteína (cuadro 46-7).

Cuando se comentó la clasificación de proteínas mitocondriales

se presentaron varios ejemplos de chaperones. La proteína de unión LAS PROTEÍNAS PLEGADAS DE MODO
(Bip) a la cadena pesada de inmunoglobulina está ubicada en la luz ERRÓNEO PASAN POR DEGRADACIÓN
del ER. Esta proteína promueve el plegado apropiado al impedir la ASOCIADA CON EL RETÍCULO
agregación y se unirá a cadenas pesadas de inmunoglobulina y cier- ENDOPLÁSMICO (ERAD)
tas otras proteínas plegadas de modo anormal, y evita que abando-
nen el ER. Otro chaperón importante es la calnexina, una proteína

de unión a calcio localizada en la membrana del ER. Esta proteína se Las proteínas plegadas de manera errónea surgen en muchas enfer-
une a una amplia variedad de proteínas, entre ellas antígenos del medades genéticas (cuadro 46-7). Las proteínas que se pliegan de
complejo principal de histocompatibilidad (MHC) y diversas proteí- modo erróneo en el ER se transportan de regreso a través del ER
nas plasmáticas. Como se describe en el capítulo 47, la calnexina se (retrotranslocación o dislocación) de manera selectiva para entrar
une a la especie monoglicosilada de glucoproteínas que surge duran- en proteasomas presentes en el citosol. La ruta precisa por la cual
te el procesamiento de estas últimas, y las retiene en el ER hasta que las proteínas plegadas de modo erróneo pasan de regreso a través
la glucoproteína se ha plegado de manera apropiada. La calreticuli-
na, que también es una proteína de unión a calcio, tiene propiedades de la membrana del ER todavía está en investigación. Si está involu-
similares a las de la calnexina; no está unida a membrana. Los chape- crado un canal, no parece ser el translocón (complejo Sec61) antes
rones no son las únicas proteínas en la luz del ER que se encargan del descrito, aun cuando tal vez contenga algunos de sus componentes.
plegado apropiado de proteínas. Hay dos enzimas que tienen una La energía para la translocación parece ser proporcionada al menos
función activa en el plegado. La proteína disulfuro isomerasa (pDI) en parte por p97, una AAA-ATPasa (una de una familia de ATPasas
Asociadas con diversas Actividades celulares). Los chaperones pre-
promueve la formación de enlaces disulfuro, y la formación y rotura sentes en la luz del ER (p. ej., BiP) y en el citosol ayudan a dirigir
sucesivas de los mismos, hasta que se logra el juego correcto. La pep- proteínas plegadas de manera errónea hacia proteasomas. Antes de
tidil prolil isomerasa (ppI) acelera el plegado de proteínas que con- entrar a estos últimos, casi todas las proteínas pasan por ubiquiti-
www.FreeLibros.orgPro, donde X es cualquier residuo aminoácido.
tienen prolina al catalizar la isomerización cis-trans de enlaces X- nación (véase el párrafo siguiente) y son acompañadas hacia pro-

teasomas por proteínas de unión a poliubiquitina. Las ubiquitina

498 SECCIÓN VI Temas especiales

Cuadro 46-7 algunas enfermedades conformacionales Péptidos
causadas por anormalidades del transporte intracelular
de proteínas y enzimas específicas debidas a mutaciones1

Enfermedad Proteína afectada Proteasoma

Deiciencia de α1-antitripsina con α1-Antitripsina
enfermedad del hígado (OMIM 107400)

Síndrome de Chediak-Higashi (OMIM Regulador del tráico Poliubiquitina
214500) lisosómico

Deiciencia combinada de factores V y VIII ERGIC53, una lectina de
(OMIM 227300) unión a manosa

Fibrosis quística (OMIM 219700) CFTR

Diabetes mellitus (algunos casos) (OMIM Receptor de insulina Canal Proteína blanco
147670) (subunidad α)

Hipercolesterolemia familiar, autosómica Receptor de LDL
dominante (OMIM 143890)

Enfermedad de Gaucher (OMIM 230800) β-glucosidasa ER

Hemoilia A (OMIM 306700) y B (OMIM Factores VIII y IX Figura 46-8 Diagrama esquemático de los eventos el la ERAD.
306900)
HFE Una proteína blanco (que puede estar plegada de manera errónea o
Hemocromatosis hereditaria (OMIM 235200) Subunidad β3A del plegada normalmente) pasa por transporte retrógrado a través de la
Síndrome de Hermansky-Pudlak (OMIM membrana del ER hacia el citosol, donde queda sujeta a
complejo adaptador poliubiquitinación. Después de esta última, entra en un proteasoma,
203300) AP-3 dentro del cual se degrada hacia péptidos pequeños que salen y
N-acetilglucosamina pueden tener varios destinos. Las moléculas de ubiquitina liberadas se
Enfermedad de célula I (OMIM 252500) 1-fosfo-transferasa reciclan. Aún se desconoce la ruta precisa mediante la cual las proteínas
PIP2 5-fosfatasa plegadas de modo erróneo pasan de regreso a través de la membrana
Síndrome oculocerebrorrenal de Lowe del ER; es posible que exista un canal (como se muestra en la figura),
(OMIM 309000) β-Hexosaminidasa pero que al parecer no se ha establecido.
Factor de von Willebrand
Enfermedad de Tay-Sachs (OMIM 272800)
Enfermedad de von Willebrand (OMIM

193400)

abreviaturas: PIP2, fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato. una función clave en el marcado de diversas proteínas para de-
Nota: Los lectores deben consultar tratados de medicina o pediatría para obtener gradación en proteasomas subsiguiente. La figura 46-9 muestra el
mecanismo de fijación de la ubiquitina a una proteína blanco (p. ej.,
información sobre las manifestaciones clínicas de las enfermedades listadas. una forma de CFTR plegada de manera errónea, la proteína involu-
1Véase Schroder M, Kaufman RJ: The Mammalian Unfolded Protein Response. Annu crada en el origen de la fibrosis quística; caps. 40 y 54), y comprende

Rev Biochem 2005;74, 739 y Olkonnen V, Ikonen E: Genetic defects of intracellular

membrane transport. N Engl J Med 2000;343: 10095.

tres enzimas: una enzima activadora, una enzima conjugadora y

ligasas están presentes en la membrana del ER. El proceso anterior una ligasa. Hay varios tipos de enzimas conjugadoras y, de manera

se denomina ERAD (fig. 46-8). sorprendente, algunos cientos de ligasas diferentes. Es esta última

enzima la que confiere especificidad de sustrato. Una vez que la mo-

LA UBIQUITINA ES UNA MOLÉCULA lécula de ubiquitina está fija a la proteína, varias otras también se
fijan, lo que da por resultado una proteína blanco poliubiquitina-

CLAVE EN LA DEGRADACIÓN da. Se ha estimado que debe fijarse un mínimo de cuatro molécu-

DE PROTEÍNA las de ubiquitina para comprometer a una molécula blanco a de-
gradación en un proteasoma. La ubiquitina se puede dividir desde

Hay dos vías importantes de degradación de proteínas en eucario- una proteína blanco por medio de enzimas que producen desubi-
tas. Una comprende proteasas lisosómicas y no requiere ATP. La quitinación y la ubiquitina liberada se puede volver a emplear.

otra vía incluye ubiquitina y es dependiente de ATP. Tiene una fun-

ción importante en la degradación de proteínas, y se asocia en par- Las proteínas ubiquitinadas se degradan
ticular con la eliminación de proteínas plegadas de modo erróneo, en proteasomas
y con enzimas reguladoras que tienen vida media breve. La inves-

tigación sobre la ubiquitina se ha expandido con rapidez, y se sabe Las proteínas blanco poliubiquitinadas entran en los proteasomas,

que está involucrada en la regulación del ciclo celular (degradación localizados en el citosol. El proteasoma es una estructura cilíndrica

de ciclinas), reparación del DNA, activación del NFκB (cap. 50), relativamente grande, compuesta por alrededor de 50 subunidades.

emaciación muscular, infecciones virales, y muchos otros proce- El proteasoma tiene un centro hueco, y una o dos cubiertas que
sos fisiológicos y patológicos importantes. La ubiquitina es una pro- desempeñan una función reguladora. Las proteínas blanco son des-

www.FreeLibros.orgteína pequeña (76 aminoácidos), muy conservada, que desempeña dobladas por ATPasas presentes en las cubiertas de proteasoma.

CApítulo 46 Tráico y distribución intracelulares de proteínas 499

O Cuadro 46-8 algunos tipos de vesículas
Ub C O− y sus funciones

ATP HS E1 Vesícula Función
AMP + PPi
O E1 COPI Participa en el transporte intra-GA y el
Ub C S E2 COPII transporte retrógrado desde el GA
hacia el ER
HS
Participa en la exportación desde el ER
hacia el ERGIC o el GA

HS E1 Clatrina Participa en el transporte de
O E2 Vesículas secretorias ubicaciones pos-GA, entre ellas la
Vesículas del TGN a la PM PM, TGN y endosomas
Ub C S
Participa en la secreción regulada
E3 H2N LIS Pr desde órganos como el páncreas (p.
Ub E2 Pr ej., secreción de insulina)
HS
O LIS Portan proteínas hacia la PM y
participan también en la secreción
C NH constitutiva

Poliubiquitinación Pr abreviaturas: GA, aparato de Golgi; ER, retículo endoplásmico; ERGIC, compartimiento
O intermedio del ER-GA; PM, membrana plasmática; TGN, red trans-Golgi.
Nota: Cada vesícula tiene su propio juego de proteínas de cubierta. La clatrina muestra
Ub Ub Ub Ub C NH LIS vínculo con diversas proteínas adaptadoras (AP), p. ej., AP-1, AP-2 y AP-3, lo que forma
diferentes tipos de vesículas de clatrina. Estas diversas vesículas de clatrina tienen blancos
Figura 46-9 Secuencia de reacciones además de la ubiquitina intracelulares diferentes. Las proteínas de vesículas secretorias y vesículas involucradas
en el transporte desde el GA hacia la PM no se encuentran bien caracterizadas; tampoco
hacia una proteína blanco. En la reacción catalizada por E1, el grupo COO– lo están los mecanismos involucrados en sus formaciones y destinos.
C-terminal de ubiquitina está enlazado en un enlace tioéster a un grupo
SH de E1. En la reacción catalizada por E2, la ubiquitina activada se ridad, en este libro se hace referencia a las vesículas que no están
transfiere hacia un grupo SH de E2. En la reacción catalizada por E3, la cubiertas por clatrina como vesículas de transporte. En el cuadro
ubiquitina se transfiere desde E2 hacia un grupo є-amino en una lisina de 46-8 se resumen los tipos y funciones de las vesículas importantes
identificadas hasta la fecha.
la proteína blanco. A continuación rondas adicionales de ubiquitinación

construyen la cadena de poliubiquitina. (Ub, ubiquitina; E1, enzima

activadora; E2, enzima conjugadora; E3, ligasa; LIS ^^^^ Pr, proteína blanco.)

El modelo de vesículas de transporte

Los proteasomas pueden hidrolizar una variedad muy amplia de en- involucra SNarE y otros factores

laces peptídicos. Las proteínas blanco pasan hacia el centro para Las vesículas son el quid del transporte intracelular de muchas pro-
degradarse hacia péptidos pequeños, que luego salen del proteaso- teínas. Se ha logrado progreso importante en el entendimiento de
ma (fig. 46-8) para ser más degradados por peptidasas citosólicas. los eventos involucrados en la formación y el transporte de vesícu-
Los sustratos para el proteasoma son proteínas plegadas tanto nor- las. Esto ha ocurrido debido al uso de diversos métodos. Han sido
malmente como de modo anormal. Las moléculas de ubiquitina li- cruciales en especial el uso por Schekman y colegas de métodos ge-
beradas se reciclan. El proteasoma desempeña una función impor- néticos para el estudio de vesículas en levaduras, y la creación por
tante en la presentación de péptidos pequeños producidos por Rothman y colegas de sistemas libres de células para estudiar la
degradación de diversos virus y otras moléculas clase I del MHC, formación de vesículas. Por ejemplo, mediante microscopia electró-
un paso clave en la presentación de antígeno a linfocitos T.
nica es posible observar el brote de vesículas desde preparaciones de

Golgi incubadas con citosol y ATP. El mecanismo general es com-

LAS VESÍCULAS DE TRANSPORTE TIENEN plejo, tiene su propia nomenclatura (cuadro 46-9), e incluye di-
versas proteínas citosólicas y de membrana, GTP, ATP, y factores
UNA PARTICIPACIÓN CLAVE EN EL
accesorios. El brote, la atadura, el acoplamiento, y la fusión de

TRÁFICO DE PROTEÍNA INTRACELULAR membrana son pasos clave en los ciclos de vida de vesículas con Sar,
ARF, y las Rab GTPasas (véase más adelante) que actúan como con-

Las proteínas que se sintetizan en polirribosomas unidos a membra- mutadores moleculares.
Hay pasos generales comunes en la formación de vesículas de
na y están destinadas al GA o a la PM alcanzan estos sitios dentro de
vesículas de transporte. Las vesículas involucradas en el transporte transporte, la dirección de vesículas y la fusión con una membrana
anterógrado (COPII) desde el ER hacia el GA, y en el transporte blanco, independientemente de la membrana a partir de la cual se
retrógrado (COPI) desde el GA hacia el ER están libres de clatrina. forma la vesícula, o su destino intracelular. La naturaleza de las pro-
Las vesículas de transporte y secretorias que portan carga desde el teínas de cubierta, GTPasas y factores de dirección difiere depen-
GA hacia la PM también están libres de clatrina. Las vesículas invo- diendo de a partir de dónde se forma la vesícula, y su destino final.
lucradas en la endocitosis (véanse las exposiciones sobre el receptor El transporte desde el ER hacia el aparato de Golgi es el ejemplo
de LDL en los caps. 25 y 26) están cubiertas por clatrina, al igual que mejor estudiado, y se usará para ilustrar estos pasos. El transpor-

www.FreeLibros.orgciertas vesículas que llevan carga hacia lisosomas. En aras de la cla- te vesicular anterógrado desde el ER hacia el aparato de Golgi

500 SECCIÓN VI Temas especiales

Cuadro 46-9 algunos factores involucrados Paso 4: El desmontaje de cubierta (que involucra disociación
en la formación de vesículas no cubiertas por clatrina de Sar1 y la protección de las proteínas de cubierta) sigue a la hi-
y su transporte drólisis de Gtp unido hacia GDp por Sar1, lo cual es promovido
por una proteína de cubierta específica. De esta manera, la Sar1 des-
•   ARF: factor de ribosilación de ADP, una GTPasa involucrada en la  empeña funciones clave tanto en el ensamble como en la disocia-
formación de vesículas COPI y cubiertas por clatrina. ción de las proteínas de cubierta. La eliminación de la cubierta es
necesaria para que ocurra fusión.
•   Proteínas de cubierta: una familia de proteínas que se encuentra en 
vesículas cubiertas. Diferentes vesículas de transporte tienen diferentes Paso 5: La dirección de vesícula se logra mediante fijación de
totales de proteínas de cubierta. moléculas Rab a vesículas. Las moléculas de Rab·GDP en el citosol se
convierten en moléculas Rab·GTP por medio de un factor de inter-
•   GTP-γ-S: un análogo no hidrolizable de GTP, usado para probar la  cambio de nucleótido guanina específico, y éstos se fijan a las vesícu-
participación de GTP en procesos bioquímicos. las. Las moléculas de Rab·GTP después interactúan con proteínas
efectoras Rab en membranas para atar la vesícula a las membranas.
•   NEM: N-etilmaleimida, una sustancia química que alquila grupos
sulfhidrilo y desactiva NSF. Paso 6: v-SNARE forman pares con t-SNARE cognadas en la
membrana blanco para acoplar las vesículas e iniciar fusión. En gene-
•  NSF: factor sensible a NEM, una ATPasa. ral una v-SNARE en la vesícula forma pares con tres t-SNARE en la
membrana aceptora para formar un haz de cuatro hélices estrecho.
•  S  ar1: una GTPasa que desempeña una función clave en el montaje de 
vesículas COPII. Paso 7: La fusión de la vesícula con la membrana aceptora su-
cede una vez que las v-SNARE y t-SNARE están estrechamente ali-
•   Sec 12: un factor de intercambio de nucleótido guanina (GERF) que  neadas. Luego de fusión de vesícula y liberación del contenido, el
interconvierte Sar1·GDP y Sar1·GTP. GTP se hidroliza hacia GDP, y las moléculas de Rab·GDP se liberan
hacia el citosol. Cuando una SNARE sobre una membrana interac-
•  α  -SNAP: proteína de ijación a NSF soluble. Junto con el NSF, esta  túa con una SNARE sobre otra membrana, enlazando las dos mem-
proteína participa en la disociación de complejos SNARE. branas, esto se llama un complejo trans-SNARE o un alfiler SNARE.
Las interacciones de SNARE en la misma membrana forman un
•  S  NARE: receptor de SNAP. Las SNARE son moléculas clave en la fusión  complejo cis-SNARE. Para disociar el fascículo de cuatro hélices
de vesículas con membranas aceptoras. entre las v-SNARE y t-SNARE, de modo que puedan volver a em-
plearse, se necesitan dos proteínas adicionales. Éstas son una Atpa-
•  t-SNARE: SNARE blanco. sa (NSF) y α-SNAP. La NSF hidroliza ATP, y la energía liberada di-
socia el fascículo de cuatro hélices, lo que hace que las proteínas
•  v-SNARE: SNARE vesícula. SNARE estén disponibles para otra ronda de fusión de membrana.

•   Proteínas Rab: una familia de proteínas relacionadas con Ras (GTPasas  Paso 8: Ciertos componentes se reciclan (p. ej., Rab, posible-
monoméricas) observada por vez primera en el cerebro de rata. Son mente v-SNARE).
activas cuando el GTP está unido. Diferentes moléculas Rab acoplan
distintas vesículas a membranas aceptoras. En el transcurso del ciclo anterior, las SNARE, proteínas de ata-
dura, Rab y otras proteínas colaboran para suministrar una vesícula
•   Proteínas efectoras Rab: una familia de proteínas que interactúa con  y su contenido al sitio apropiado.
moléculas Rab; algunas actúan para atar vesículas a membranas aceptoras.
Las vesículas CoPi, CoPii, y cubiertas
comprende vesículas CopII, y puede considerarse que el proceso
sucede en ocho pasos (fig. 46-10). El concepto básico es que cada por clatrina se han estudiado más
vesícula de transporte lleva una carga específica y una o más proteí-
nas v-SNARE que controlan la dirección. Cada membrana blanco Los puntos que siguen aclaran y expanden la sección previa.
porta una o más proteínas t-SNARE complementarias con las cua-
les interactúa la primera, y median la fusión de vesícula-membrana
dependiente de proteína SNARE. Las proteínas Rab también ayu-
dan a dirigir las vesículas hacia membranas específicas, y están in-
volucradas en la atadura, antes del acoplamiento de vesícula en una
membrana blanco.

Paso 1: El brote se inicia cuando Sar1 es activada por la unión 1. Como se indica en el cuadro 46-8, hay varios tipos de ve-

a Gtp, que se intercambia por GDP por medio de la acción de sículas. Quizá quedan por descubrir otros tipos de vesículas. Aquí

Sec12. Esto suscita un cambio conformacional en Sar1·GTP, y pro- los autores se enfocan principalmente en vesículas COPII, COPI y

duce incrustación del mismo en la membrana del ER para formar cubiertas por clatrina. Cada uno de estos tipos tiene una totalidad

un punto focal para el ensamble de vesícula. diferente de proteínas en su cubierta. Los detalles del montaje para

Paso 2: Diversas proteínas de cubierta se unen a Sar1·GTP. A vesículas COPI y cubiertas por clatrina son un poco diferentes de

su vez, las proteínas de carga de membrana se unen a las proteí- los antes descritos. Por ejemplo, Sar1 es la proteína involucrada en

nas de cubierta y proteínas de carga solubles dentro de vesículas el paso 1 de la formación de vesículas COPII, mientras que ARF está

unidas a regiones receptoras de la primera. Otras proteínas de cu- involucrada en la formación de vesículas COPI y cubiertas por cla-

bierta se montan para completar la formación del brote. Las pro- trina. Como quiera que sea, los principios que se refieren al montaje

teínas de cubierta promueven el brote, contribuyen a la curvatura de de estos tipos diferentes en general son similares.

brotes, y ayudan también a clasificar proteínas. 2. Respecto a la selección de moléculas de carga por vesículas,

Paso 3: El brote se desprende, lo que completa la formación de ésta parece ser principalmente una función de las proteínas de cu-

la vesícula cubierta. La curvatura de la membrana del ER y las inter- bierta de vesículas. Las moléculas de carga mediante sus señales de

www.FreeLibros.orgbrote, facilitan el desprendimiento desde sitios de salida del ER.
acciones entre una proteína y otra, y entre proteína y lípido en el clasificación pueden interactuar con proteínas de cubierta de ma-

nera directa o por medio de proteínas intermediarias que se fijan a

2 FORMACIÓN GTP
DE BROTES GTP
ELIMINA-
GTP 3 DESPREN- GTP 4 CIÓN
DIMIENTO
DE LA
GTP
CUBIERTA

Carga

GTP Proteínas
de cubierta

V-SNARES GDP Sar1·GDP GTP Rab1·GTP
GTP Sar1·GTP GDP Rab1·GDP
GTP
1 INICIO V-SNARE
Carga
GDP T-SNARE
Membrana donadora Proteínas de cubierta

(ER) 8 RECICLADO

Figura 46-10 Modelo de los pasos en una ronda de transporte anterógrad

izquierdo de la figura, donde dos moléculas de Sar1 están representadas como ó
texto. Los diversos componentes se describen brevemente en el cuadro 46-7. En
(véase el texto) en el proceso general. (Adaptada, con autorización, de Rothman J
Cortesía de E Degen.)

www.Free

V-SNARE Proteína
atadora

5 DIRECCIÓN G GTP
Y ATADURA T ACOPLA-
P
6 MIENTO

T-SNARES

GTP GTP Fascículo
de 4 hélices
G 7 FUSIÓN CApítulo 46 Tráico y distribución intracelulares de proteínas
T Carga
P

ATPasa
α-SNAP

GDP
GDP

Membrana aceptora
(cis-Golgi)

do que involucra vesículas COPII. El ciclo empieza en el cuadrante inferior
óvalos pequeños que contienen GDP. Los pasos en el ciclo se describen en el

esta figura no se abordan las funciones de proteínas efectoras Rab y Rab
JE: Mechanisms of intracellular protein transport. Nature 1994;372:55.

eLibros.org 501

502 SECCIÓN VI Temas especiales

proteínas de cubierta, y después quedan encerradas en sus vesículas 6. El Gtp-γ-S (un análogo no hidrolizable de GTP que a me-
apropiadas. Se han identificado varias secuencias de señal sobre mo- nudo se usa en investigaciones de la función del GTP en procesos
léculas de carga (cuadro 46-1). Por ejemplo, las secuencias KDEL diri- bioquímicos) bloquea el desmontaje de la cubierta desde vesículas
gen ciertas proteínas residentes en el ER en flujo retrógrado hacia el cubiertas, lo que da pie a acumulación de estas últimas; ello facilita
ER en vesículas COPI. Las secuencias diacídicas (p. ej., Asp-X-Glu) y su estudio.
las secuencias hidrofóbicas cortas sobre proteínas de membrana parti-
cipan en interacciones con proteínas de cubierta de vesículas COPII. 7. Como se mencionó, una familia de proteínas parecidas a Ras,
llamada la familia de proteína Rab, se requiere en varios pasos del
Las proteínas en las áreas apical o basolateral de las membra- transporte de proteína intracelular, y en la secreción y la endocitosis
nas plasmáticas de células epiteliales polarizadas pueden transpor- reguladas. (Las proteínas Ras participan en la emisión de señales
tarse hacia estos sitios en vesículas de transporte que brotan desde celulares mediante receptores de tirosina cinasas). Al igual que las
la TGN. Diferentes proteínas Rab probablemente dirigen algunas proteínas Ras, las Rab son el GTPasas monoméricas pequeñas que
vesículas hacia regiones apicales, y otras hacia regiones basolatera- se fijan a las caras citosólicas de membranas (por medio de anclas de
les. En ciertas células, las proteínas se dirigen primero hacia la mem- lípido geranilgeranil). Se fijan en el estado unido a GTP a la vesí-
brana basolateral, después pasan por endocitosis y se transportan a cula que está brotando, y están presentes también sobre membranas
través de la célula mediante transcitosis hacia la región apical. Aún aceptoras. Las proteínas Rab interactúan con proteínas efectoras
otro mecanismo para clasificar proteínas hacia la región apical (o Rab, que tienen diversas funciones, como la participación en la ata-
en algunos casos hacia la región basolateral) involucra el ancla gli- dura y en la fusión de membrana.
cosilfosfatidilinositol (GpI) descrita en el capítulo 47. Esta estruc-
tura también suele estar presente en balsas de lípido (cap. 40). 8. La fusión de vesículas sinápticas con la membrana plasmá-
tica de neuronas involucra una serie de eventos similares a los antes
No todas las moléculas de carga pueden tener una señal de cla- descritos. Por ejemplo, una v-SNARE se designa sinaptobrevina, y
sificación. Algunas proteínas secretorias muy abundantes viajan ha- dos t-SNARE se designan sintaxina y SNAP 25 (proteína de 25 kDa
cia diversos destinos celulares en vesículas de transporte por medio asociada con el sinaptosoma). La toxina botulínica B es una de las
de flujo de masa; es decir, entran en vesículas de transporte en la toxinas más letales conocidas, y la causa más seria de intoxicación
misma concentración que la que muestran en el organelo. No se co- por alimentos. Un componente de esta toxina es una proteasa que
noce con claridad la extensión precisa del flujo de masa, aunque parece dividir únicamente sinaptobrevina, lo que de esta manera
parece ser que casi todas las proteínas se clasifican de modo activo inhibe la liberación de acetilcolina en la unión neuromuscular, y
(se concentran) hacia vesículas de transporte, y sólo un grupo selec- posiblemente resulta letal, dependiendo de la dosis tomada.
to de proteínas de carga usa el flujo de masa.
9. Aunque el modelo anterior se refiere a vesículas no cubier-
3. Una vez que las proteínas en las vías secretorias llegan a cis- tas por clatrina, parece probable que muchos de los eventos antes
Golgi desde el ER en vesículas, pueden viajar a través del GA hacia descritos se aplican, por lo menos en principio, a vesículas cubiertas
el trans-Golgi en vesículas, o mediante un proceso denominado por clatrina.
maduración de las cisternas, o tal vez en algunos casos por medio
de difusión simple. Una opinión anterior era que el GA es en esen- 10. Algunas proteínas quedan sujetas además a procesamiento
cia un organelo estático, que permite el flujo vesicular desde una adicional mediante proteólisis, mientras están dentro de vesículas
cisterna estática hacia la siguiente. De cualquier manera, ahora hay de transporte o secretorias. Por ejemplo, los hepatocitos sintetizan la
evidencia que apoya la opinión de que las cisternas se mueven y se albúmina como preproalbúmina (cap. 50). Su péptido señal se eli-
transforman en otra (es decir, maduración de las cisternas). En este mina, lo que la convierte en proalbúmina. A su vez, la proalbúmina,
modelo, elementos vesiculares del ER se fusionan entre sí para ayu- mientras está dentro de vesículas de transporte, se convierte en al-
dar a formar el cis-Golgi, que a su vez puede avanzar para convertir- búmina por medio de la acción de la furina (fig. 46-11). Esta enzi-
se en el Golgi medial, etc. Las vesículas COPI regresan enzimas de ma divide un hexapéptido desde la proalbúmina inmediatamente
Golgi (p. ej., glicosiltransferasas) desde cisternas distales del GA ha- C-terminal a un sitio aminoácido dibásico (ArgArg). La albúmina
cia cisternas más proximales (p. ej., cis). madura resultante se secreta hacia el plasma. Las hormonas como la
insulina (cap. 41) están sujetas a divisiones proteolíticas similares
4. Las vesículas se mueven a través de las células a lo largo de mientras están dentro de vesículas secretorias.
microtúbulos o de filamentos de actina.
EL MONTAjE DE MEMBRANAS
5. El metabolito de hongo brefeldina A evita que el Gtp se ES COMPLEjO
una a la ARF y, así, inhibe la formación de vesículas COPI. En su
presencia, el aparato de Golgi parece colapsarse hacia el ER. Quizá Hay muchas membranas celulares, cada una de las cuales tiene sus
haga esto al inhibir el intercambiador de nucleótido guanina involu- propias características específicas. No se dispone de un esquema sa-
crado en la formación de vesículas COPI. De este modo, la brefeldi- tisfactorio que describa el montaje de alguna de estas membranas.
na A ha resultado ser un útil recurso para examinar algunos aspec-
tos de la estructura y función del aparato de Golgi.

Señal peptidasa Furina

Preproalbúmina Péptido señal + Proalbúmina Hexapéptido + Albúmina

Figura 46-11 División de preproalbúmina hacia proalbúmina y de esta última hacia

albúmina. La furina divide la proalbúmina en el extremo C-terminal de un dipéptido

www.FreeLibros.orgbásico(ArgArg).

CApítulo 46 Tráico y distribución intracelulares de proteínas 503

Ya se comentó el modo en que diversas proteínas inicialmente se Proteína de membrana Superficie exterior
insertan en la membrana del ER. También se ha descrito el trans-
porte de proteínas, incluso proteínas de membrana, hacia varias
partes de la célula dentro de vesículas. Quedan por abordarse algu-
nos puntos generales en cuanto al montaje de membrana.

La asimetría tanto de proteínas C Membrana
Luz plasmática

como de lípidos se mantiene durante Proteína NN Citoplasma
integral C
el montaje de membrana
Membrana
Las vesículas que se forman a partir de membranas del ER y del de vesícula
aparato de Golgi, sea de manera natural o desprendidas mediante
homogeneización, muestran asimetrías transversas tanto de lípido

como de proteína. Estas asimetrías se mantienen en el transcurso

de la fusión de vesículas de transporte con la membrana plasmática.

El interior de las vesículas después de fusión se convierte en el exte-

rior de la membrana plasmática, y el lado citoplásmico de las ve-

sículas persiste como el lado citoplásmico de la membrana (fig.

46-12). Puesto que la asimetría transversa de las membranas ya

existe en las vesículas del ER bastante antes de que se fusionen con NN
la membrana plasmática, un problema importante del montaje de

membrana estriba en entender de qué modo las proteínas integrales C
se insertan en la bicapa lipídica del ER. Este problema se abordó

antes en este capítulo.

Los fosfolípidos son la principal clase de lípidos en las mem-

branas. Las enzimas de las cuales depende la síntesis de fosfolípidos

residen en la superficie citoplásmica de las cisternas del ER. Dado

que los fosfolípidos se sintetizan en este sitio, probablemente se NN
automonten hacia capas biomoleculares estables desde el punto de

vista termodinámico, lo que expande la membrana y tal vez pro-

mueve el desprendimiento de las denominadas vesículas de lípido C
desde ella. Se ha propuesto que estas vesículas viajan hacia otros si- C
tios, y donan sus lípidos a otras membranas; no obstante, se sabe

poco acerca de este tema. Como se indicó, se han demostrado pro- Figura 46-12 La fusión de una vesícula con la membrana

teínas citosólicas que captan fosfolípidos de una membrana y los li- plasmática preserva la orientación de cualesquiera proteínas integrales
beran en otra (esto es, proteínas de intercambio de fosfolípido); incrustadas en la bicapa de la vesícula. Inicialmente, el amino
probablemente participan al contribuir a la composición lipídica es- terminal de la proteína mira hacia la luz, o la cavidad interna, de una
pecífica de diversas membranas. vesícula de ese tipo. Luego de la fusión, el amino terminal está en
la superficie exterior de la membrana plasmática. El hecho de que la
Cabe hacer notar que difieren las composiciones lipídicas del orientación de la proteína no se ha revertido puede percibirse al notar
ER, el aparato de Golgi y la membrana plasmática; las membranas que el otro extremo de la molécula, el carboxilo terminal, siempre está
de estos dos últimos contienen cantidades más altas de colesterol, inmerso en el citoplasma. La luz de una vesícula y el exterior de la célula
esfingomielinas y glucoesfingolípidos, y menos fosfoglicéridos son equivalentes en el aspecto topológico. (Redibujada y modificada,
que el ER. Los esfingolípidos se aglomeran de manera más densa en con autorización, de Lodish HF, Rothman JE: The assembly of cell
membranas que los fosfoglicéridos. Estas diferencias afectan las es- membranes. Sci Am [Jan] 1979;240:43.)
tructuras y funciones de las membranas. Por ejemplo, el grosor de

la bicapa del GA y la PM es mayor que el del ER, lo cual afecta las

proteínas transmembrana particulares que se encuentran en estos son independientes. En realidad, se ha encontrado que diferentes
organelos. Asimismo, se cree que las balsas de lípido (véase antes) lípidos tienen distintas vidas medias. Más aún, la vida media de las
se forman en el GA. proteínas de estas membranas varía bastante; algunas muestran vida

media breve (de horas) y otras, prolongada (de días). De esta mane-

Los lípidos y las proteínas pasan ra, lípidos y proteínas individuales de las membranas del ER pare-
por recambio a diferentes índices cen insertarse en ellas de modo relativamente independiente; ocurre
en distintas membranas esto para muchas otras membranas.

Así, la biogénesis de membranas es un proceso complejo

Se ha mostrado que la vida media de los lípidos de las membranas respecto al cual queda mucho por aprender. Una indicación de la

del ER de hígado de rata en general es más breve que la de sus pro- complejidad involucrada es considerar el número de modifica-

www.FreeLibros.orgteínas, de modo que los índices de recambio de lípidos y proteínas ciones postraduccionales a las cuales las proteínas de membrana

504 SECCIÓN VI Temas especiales

Cuadro 46-10 algunas características importantes ■ Muchas proteínas sintetizadas en polirribosomas unidos a membrana
del montaje de membrana proceden hacia el aparato de Golgi y la membrana plasmática en
vesículas de transporte.
•   Los lípidos y proteínas se insertan de manera independiente en 
membranas. ■ Muchas reacciones de glicosilación suceden en compartimientos
del aparato de Golgi, y las proteínas se clasiican más en la red
•  L  ípidos y proteínas de membrana individuales muestran recambio  trans-Golgi.
de modo independiente y a índices diferentes.
■ Se presenta la función de las proteínas chaperón en el
•  L  as secuencias topogénicas (p. ej., señal [amino terminal o interna]  plegado de proteínas y se describe la respuesta a proteína
y cese de transferencia) son importantes en la determinación de la desdoblada.
inserción y eliminación de las proteínas en membranas.
■ Hay una breve descripción de la degradación relacionada con el
•   Proteínas de membrana dentro de vesículas de transporte brotan  retículo endoplásmico (ERAD), y se muestra la función clave de la
del retículo endoplásmico en su camino hacia el aparato de Golgi; ubiquitina en la degradación de proteína.
la clasiicación inal de muchas proteínas de membrana ocurre
en la red trans-Golgi. ■ Se resume un modelo que describe el brote y la ijación de vesículas
de transporte a una membrana blanco.

•   Secuencias de clasiicación especíicas guían proteínas hacia  ■ Ciertas proteínas (p. ej., precursoras de albúmina y de insulina) están
organelos particulares como lisosomas, peroxisomas y sujetas a proteólisis mientras están dentro de vesículas de transporte,
mitocondrias. lo que da por resultado las proteínas maduras.

pueden estar sujetas antes de alcanzar su estado maduro. Éstas in- ■ GTPasas pequeñas (p. ej., Ran, Rab) y factores de intercambio de
cluyen (y esta lista es incompleta) formación de disulfuro, proteóli- nucleótido guanina desempeñan funciones clave en muchos aspectos
sis, montaje hacia multímeros, glicosilación, adición de un ancla del tráico intracelular.
glicofosfatidilinositol (GPI), sulfación sobre porciones tirosina o
carbohidrato, fosforilación, acetilación y prenilación. Sin embargo, ■ Se comenta brevemente el complejo proceso de montaje de
se ha hecho progreso importante; en el cuadro 46-10 se resumen membrana. La asimetría tanto de lípidos como de proteínas
algunas de las principales características del montaje de membrana se mantiene durante el montaje de membrana.
que han surgido hasta la fecha.
■ Se ha mostrado que muchos trastornos se deben a mutaciones en
diversos trastornos se producen genes que afectan el plegado de diversas proteínas. Estas
enfermedades suelen llamarse enfermedades conformacionales.
Además de la terapia génica, el desarrollo de moléculas pequeñas
que interactúan con proteínas plegadas de modo erróneo y ayudan
a restituir por lo menos parte de su función es una importante área
de investigación.

por mutaciones en genes que codifican

para proteínas involucradas en el rEFErENCiaS
transporte intracelular
Alberts B et al: Molecular Biology of the Cell. 5th ed. Garland Science,
Algunos trastornos que reflejan función peroxisómica anormal y 2008. (An excellent textbook of cell biology,
anormalidades de la síntesis de proteína en el ER, y de la síntesis with comprehensive coverage of trafficking and

de proteínas lisosómicas se listaron antes en este capítulo (cua- sorting).

dros 46-3 y 46-7, respectivamente). Se han informado muchas Alder NN, Johnson AE: Cotranslational membrane protein

otras mutaciones que afectan el transporte de proteínas intracelu- biogenesis at the endoplasmic reticulum. J Biol Chem

lar hacia varios organelos, pero no se incluyen aquí. La elucida- 2004;279:22787.
ción de las causas de estos diversos trastornos conformacionales Bonifacino JS, Glick BS: The mechanisms of vesicle budding and
ha contribuido de manera significativa a la comprensión de la pa-
tología molecular. Además de la posibilidad de terapia génica, fusion. Cell 2004;116:153.
se espera que los intentos por restituir al menos cierto grado de Dalbey RE, von Heijne G (editors): Protein Targeting, Transport and
plegado normal a proteínas plegadas de modo erróneo por medio
de la administración a los individuos afectados de moléculas Translocation. Academic Press, 2002.
pequeñas que interactúen de manera específica con esas proteí- Ellgaard L, Helenius A: Quality control in the endoplasmic reticulum.

Nat Rev Mol Cell Biol 2003;4:181.
Koehler CM: New developments in mitochondrial assembly. Annu Rev

Cell Dev Biol 2004;20:309.
nas tendrá un beneficio terapéutico. Ésta es un área de investiga- Lai E, Teodoro T, Volchuk A: Endoplasmic reticulum stress:

ción activa. Signaling the unfolded protein response. Physiology

2007;22:193.

Lee MCS et al: Bi-directional protein transport between the ER and

rESuMEN Golgi. Annu Rev Cell Dev Biol 2004;20:87.
Lodish H et al: Molecular Cell Biology. 6th ed. WH Freeman & Co.,
■ Muchas proteínas se dirigen hacia su destino mediante secuencias
2008. (An excellent textbook of cell biology, with comprehensive
de señal. Una decisión de clasiicación importante se toma cuando
coverage of trafficking and sorting).
las proteínas se particionan entre polirribosomas citosólicos y
Owen DJ, Collins BM, Evans PR: Adaptors for clathrin coats:
unidos a membrana en virtud de la ausencia o presencia de un
structure and function. Annu Rev Cell Dev Biol 2004;
péptido señal.
20:153.
■ Se describen las vías de importación de proteínas hacia mitocondrias,

www.FreeLibros.orgnúcleos, peroxisomas y el retículo endoplásmico.
Pelham HRB: Maturation of Golgi cisternae directly observed. Trends
Biochem Sci 2006;31:601.

CApítulo 46 Tráico y distribución intracelulares de proteínas 505

Pollard TD, Earnshaw WC, Lippincott-Schwartz J: Cell Biology. 2nd ed. van Meer G, Sprong H: Membrane lipids and vesicular traffic.
WB Saunders, 2007. (An excellent textbook of cell biology, with Curr Opin Cell Biol 2004;16:373.
comprehensive coverage of trafficking and sorting).
Wiedemann N, Frazier AE, Pfanner N: The protein import
Romisch K: Endoplasmic-reticulum–associated degradation. Annu machinery of mitochondria. J Biol Chem 2004;
Rev Cell Dev Biol 2005;21:435. 279:14473.

Schroder M, Kaufman RJ: The mammalian unfolded protein response. Zaidiu SK et al: Intranuclear trafficking: organization and
Annu Rev Biochem 2005;74:739. assembly of regulatory machinery for combinatorial
biological control. J Biol Chem 2004;279:43363.
Trombetta ES, Parodi AJ: Quality control and protein folding in the
secretory pathway. Annu Rev Cell Dev Biol 2003;19:649.

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Glucoproteínas CAPÍTULO

Robert K. Murray, MD, PhD 47

IMPORTANCIA BIOMÉDICA glucoproteínas, algunas de las cuales se han investigado mucho, debi-
do en parte a que suelen desempeñar funciones clave en la fijación de
La glucobiología es el estudio de las funciones de los azúcares en la virus a células (p. ej., VIH-1 y virus de la influenza A). Muchas proteí-
salud y la enfermedad. El glucoma es la totalidad de azúcares, sea nas con diversas funciones son glucoproteínas (cuadro 47-1); su con-
libres o presentes en moléculas más complejas, de un organismo. La tenido de carbohidrato varía desde 1% hasta más de 85% por peso.
glucómica, un término análogo a la genómica y proteómica, es el
estudio integral de los glucomas, incluso los aspectos genético, fisio- Se han realizado muchos estudios en un intento por definir los
lógico, patológico y otros. papeles precisos que las cadenas de oligosacárido desempeñan en
las funciones de glucoproteínas. El cuadro 47-2 resume los resulta-
Una clase importante de moléculas incluidas en el glucoma son dos de esos estudios. Algunas de las funciones listadas se encuen-
las glucoproteínas, proteínas que contienen cadenas de oligosacári- tran bien establecidas; otras aún están en investigación.
dos (glucanos) unidos de modo covalente a sus esqueletos polipep-
tídicos. Se ha estimado que alrededor de 50% de las proteínas euca- LAS CADENAS DE OLIGOSACÁRIDO
rióticas tiene azúcares fijos, de manera que la glucosilación (fijación CODIFICAN INFORMACIÓN BIOLÓGICA
enzimática de azúcares) es la modificación postraduccional más fre-
cuente de las proteínas. También puede haber fijación no enzimática Un enorme número de enlaces glucosídicos se puede generar entre
de azúcares a proteínas, lo cual se denomina glucación. Un proceso azúcares. Por ejemplo, tres hexosas diferentes pueden estar enlaza-
puede tener varias consecuencias patológicas (p. ej., en la diabetes das entre sí para formar más de 1 000 trisacáridos diferentes. Las
mellitus mal controlada). Las glucoproteínas son una clase de gluco- conformaciones de los azúcares en las cadenas de oligosacárido va-
conjugado o carbohidrato complejo, términos equivalentes que se rían según sus enlaces y proximidad a otras moléculas con las cuales
usan para denotar moléculas que contienen una o más cadenas de los oligosacáridos pueden interactuar. Ahora se encuentra estableci-
carbohidrato enlazadas de modo covalente a proteína (para formar do que ciertas cadenas de oligosacárido codifican información bio-
glucoproteínas o proteoglucanos) o lípido (para formar glucolípi- lógica y que esto depende de los azúcares que las constituyen, sus
dos). (Los proteoglucanos se comentan en el capítulo 48, y los glu- secuencias y enlaces. Por ejemplo, los residuos manosa 6-fosfato di-
colípidos en el 15.) Casi todas las proteínas plasmáticas de seres rigen enzimas lisosómicas recién sintetizadas a ese organelo (véase
humanos —con la notable excepción de la albúmina— son gluco- más adelante). La información biológica que contienen los azúcares
proteínas. Muchas proteínas de membranas celulares (cap. 40) se expresa mediante interacciones entre azúcares específicos, sean
contienen cantidades considerables de carbohidrato. Varias de las libres o en glucoconjugados, y proteínas (como lectinas; véase más
sustancias de grupo sanguíneo son glucoproteínas, mientras que adelante) u otras moléculas. Estas interacciones conducen a cam-
otras son glucoesfingolípidos. Ciertas hormonas (p. ej., gonadotro- bios de la actividad celular. Así, descifrar el llamado “código de azú-
pina coriónica) son glucoproteínas. Un problema importante en el car de la vida” (uno de los principales objetivos de la glucómica)
cáncer son las metástasis, el fenómeno por el cual las células cance- conlleva elucidar todas las interacciones en las cuales participan los
rosas abandonan su tejido de origen (p. ej., la mama), migran por azúcares y las moléculas que contienen azúcar, y los resultados de
medio del torrente sanguíneo hacia algún sitio distante en el orga- estas interacciones sobre la conducta celular. Al considerar la diver-
nismo (p. ej., el cerebro), y crecen ahí de una manera no regulada, sidad de los glucanos que se encuentran en las células, es evidente
con resultados desastrosos para el paciente afectado. Muchos inves- que se trata de una tarea difícil.
tigadores del cáncer creen que las alteraciones de las estructuras de
las glucoproteínas y otros glucoconjugados sobre la superficie de cé- SE DISPONE DE TÉCNICAS PARA
lulas cancerosas tienen importancia en el fenómeno de metástasis. DETECCIÓN, PURIFICACIÓN, ANÁLISIS
ESTRUCTURAL Y SÍNTESIS DE
LAS GLUCOPROTEÍNAS SON COMUNES GLUCOPROTEÍNAS
Y DESEMPEÑAN MUCHAS FUNCIONES

Las glucoproteínas se encuentran en casi todos los organismos, des-
de bacterias hasta seres humanos. Muchos virus también contienen

www.FreeLibros.org506
El cuadro 47-3 lista diversos métodos empleados en la detección,
purificación y análisis estructural de glucoproteínas.

CApítulo 47 Glucoproteínas 507

Cuadro 47-1 algunas funciones desempeñadas Cuadro 47-3 algunos métodos importantes
por glucoproteínas empleados para estudiar glucoproteínas

Función glucoproteínas Método uso

Molécula estructural Colágenos Reactivo ácido peryódico Detecta glucoproteínas como bandas de
Agente lubricante y de Schif color rosado luego de separación
Mucinas electroforética.
protector Incubación de células
Molécula de transporte Transferrina, ceruloplasmina cultivadas con un Lleva a la detección de glucoproteínas
Molécula inmunitaria azúcar radiactivo como bandas radiactivas después de
Inmunoglobulinas, antígenos de separación electroforética.
Hormona histocompatibilidad Tratamiento con
endoglucosidasa o Cambios resultantes de la migración
Enzima Gonadotropina coriónica, hormona exoglucosidasa o electroforética ayudan a distinguir
Sitio de reconocimiento de estimulante de la tiroides (TSH) fosfolipasas entre proteínas con enlaces N-glucano,
O-glucano, o GPI, y entre N-glucanos 
ijación celular Diversas, p. ej., fosfatasa alcalina Cromatografía en columna con alto contenido de manosa y
de sefarosa-lectina complejos.
Anticongelante Varias proteínas involucradas en
interacciones entre una célula y otra Análisis composicional Para puriicar glucoproteínas o 
Interactúa con carbohidratos (p. ej., espermatozoide-oocito), entre después de hidrólisis glucopéptidos que se unen a la lectina
especíicos virus y célula, entre bacteria y célula, y ácida particular usada.
entre hormona y célula
Receptor Espectrometría de masas Identiica azúcares que la glucoproteína
Ciertas proteínas plasmáticas de peces contiene y su estoiquiometría.
Afecta el plegado de ciertas de agua fría Espectroscopia con NMR
proteínas Proporciona información sobre masa 
Lectinas, selectinas (lectinas de Análisis de metilación molecular, composición, secuencia y en
Regulación del desarrollo adherencia celular), anticuerpos (enlace) ocasiones ramiicación de una cadena
de glucano.
Hemostasia (y trombosis) Diversas proteínas involucradas en la Secuenciación de
acción de hormonas y medicamentos aminoácido o cDNA. Identiicar azúcares especíicos, su
secuencia, enlaces y la naturaleza
Calnexina, calreticulina anomérica de enlaces glucosídicos.

Notch y sus análogos, proteínas clave en Determinar enlaces entre azúcares.
el desarrollo
Determinación de la secuencia de
Glucoproteínas especíicas sobre aminoácidos.
membranas de supericie de
plaquetas

Cuadro 47-2 algunas funciones de las cadenas estructuras de sus cadenas de glucano. El análisis de glucoproteínas
de oligosacáridos de glucoproteínas puede complicarse por el hecho de que suelen existir como gluco-
formas; éstas son proteínas con secuencias de aminoácido idénticas
•   Modulan propiedades físico-químicas, p. ej., solubilidad, viscosidad,  pero composiciones de oligosacárido un poco diferentes. Aun cuan-
carga, conformación, desnaturalización, y sitios de unión para do en este capítulo no se recalcan los detalles de enlace, es crucial
diversas moléculas, bacterias, virus y algunos parásitos apreciar que las naturalezas exactas de los enlaces entre los azúcares
de glucoproteínas tienen importancia fundamental en la determina-
•  Protegen contra proteólisis, desde dentro y fuera de la célula ción de las estructuras y funciones de estas moléculas.

•  A  fectan el procesamiento proteolítico de proteínas precursoras hacia  También se están haciendo avances impresionantes en la quími-
productos de menor tamaño ca sintética, lo que permite la síntesis de glucanos complejos que
pueden probarse respecto a actividad biológica y farmacológica.
•  P  articipan en la actividad biológica, p. ej., de gonadotropina coriónica  Además, se han creado métodos en los que se emplean organismos
humana (hCG) simples, como levaduras, para secretar glucoproteínas humanas de
valor terapéutico (p. ej., eritropoyetina) hacia su medio circundante.
•   Afectan la inserción hacia membranas, la migración intracelular, la 
clasiicación y la secreción EN LAS GLUCOPROTEÍNAS HUMANAS
PREDOMINAN OCHO AZÚCARES
•  Afectan el desarrollo y la diferenciación embrionarios

•  Pueden afectar sitios de metástasis seleccionados por células cancerosas

Fuente: Adaptado de Schachter H: Biosynthetic controls that determine the branching
and heterogeneity of protein-bound oligosaccharides. Biochem Cell Biol 1986;64:163.

Los métodos convencionales usados para purificar proteínas y Hay alrededor de 200 monosacáridos en la naturaleza; sin embar-
enzimas también son aplicables a la purificación de glucoproteínas. go, sólo ocho se encuentran a menudo en las cadenas de oligosa-
Una vez que una glucoproteína se ha purificado, el uso de espectro- cárido de glucoproteínas (cuadro 47-4). Casi todos estos azúcares
metría de masa y espectroscopia con resonancia magnética nu- se describieron en el capítulo 14. El ácido N-acetilneuramínico

www.FreeLibros.orgclear (NMR) de alta resolución a menudo permite identificar las (NeuAc) por lo general se encuentra en las terminales de cadenas

508 SECCIÓN VI Temas especiales

Cuadro 47-4 Los principales azúcares que se encuentran en glucoproteínas de ser humano1

azúcar Tipo abreviatura azúcar nucleótido Comentarios
Galactosa Hexosa Gal UDP-Gal
UDP-Glc Suele encontrarse en posición subterminal a NeuAc en
Glucosa Hexosa Glc glucoproteínas N-enlazadas. También se encuentra en
GDP-Man el trisacárido central de proteoglucanos.
Manosa Hexosa Man CMP-NeuAc
NeuAc Presente durante la biosíntesis de glucoproteínas 
Ácido Ácido siálico (9 GDP-Fuc N-enlazadas, pero por lo general no presente en
N-acetilneuramínico átomos de C) glucoproteínas maduras. Presente en algunos factores 
UDP-GalNAc de la coagulación.
Fucosa Desoxihexosa Fuc UDP-GlcNAc
Azúcar común en glucoproteínas N-enlazadas.
N-acetilgalactosamina Aminohexosa GalNAc UDP-Xyl
N-acetilglucosamina Aminohexosa GlcNAc A menudo el azúcar terminal en glucoproteínas tanto
N- como O-enlazadas. También se encuentran otros
Xilosa Pentosa Xyl tipos de ácido siálico, pero NeuAc es la principal
especie que se halla en seres humanos. Los grupos
acetilo también pueden encontrarse como especies
O-acetilo, así como N-acetilo.

Puede ser externa en glucoproteínas tanto N- como 
O-enlazadas, o interna, enlazada al residuo GlcNAc ijo
a Asn en especies N-enlazadas. También puede
encontrarse internamente ija al OH de Ser (p. ej., en
t-PA y ciertos factores de la coagulación).

Presente en glucoproteínas tanto N- como O-enlazadas.

El azúcar ijo a la cadena polipeptídica mediante Asn en
glucoproteínas N-enlazadas; también se encuentra en
otros sitios en los oligosacáridos de estas proteínas.
Muchas proteínas nucleares tienen GlcNAc ijo al OH
de Ser o Tre como un azúcar único.

Xil está ijo al OH de Ser en muchos proteoglucanos. Xil a
su vez está ija a dos residuos Gal, lo que forma un
enlace trisacárido. Xil también se encuentra en t-PA y 
ciertos factores de la coagulación.

1 Las estructuras de las glucoproteínas se ilustran en el capítulo 14.

de oligosacárido, fijo a residuos galactosa (Gal) o N-acetilgalacto- están “activados” y pueden transferirse hacia aceptores idóneos con
samina (GalNAc) subterminales. Los otros azúcares listados por lo tal de que haya transferasas apropiadas disponibles.
regular se encuentran en posiciones más internas. El sulfato suele
encontrarse en glucoproteínas, por lo general fijo a Gal, GalNAc, Casi todos los azúcares nucleótido se forman en el citosol,
o GlcNAc. generalmente a partir de reacciones que incluyen el nucleósido tri-
fosfato correspondiente. Los ácidos CMP-siálicos se forman en el
LOS AZÚCARES NUCLEÓTIDO ACTÚAN núcleo. La formación de uridina difosfato galactosa (UDP-Gal) re-
quiere las dos reacciones que siguen en tejidos de mamíferos:

COMO DONADORES DE AZÚCAR EN UDP-Glc
MUCHAS REACCIONES BIOSINTÉTICAS PIROFOS-
FORILASA

UTP + glucosa 1-fosfato

Tiene importancia entender que en casi todas las reacciones biosin- UDP-Glc + pirofosfato

téticas, no es el azúcar libre o el azúcar fosforilado el que participa UDP-Glc
en esas reacciones, sino más bien el azúcar nucleótido correspon- EPIMERASA

diente. El primer azúcar nucleótido cuya existencia se informó fue UDP-Glc UDP-Gal

la uridina difosfato glucosa (UDP-Glc), cuya estructura se muestra

en la figura 19-2. En el cuadro 47-4 se listan los azúcares nucleótido Dado que muchas reacciones de glucosilación ocurren dentro de la

comunes involucrados en la biosíntesis de glucoproteínas; no están luz del aparato de Golgi, se necesitan sistemas acarreadores (per-

claras las razones por las cuales algunos contienen UDP y otros di- measas, transportadores) para transportar azúcares nucleótido a

fosfato de guanosina (GDP) o monofosfato de citidina (CMP). En través de la membrana de Golgi. Se han descrito sistemas que trans-

muchas de las reacciones de glucosilación involucradas en la biosín- portan UDP-Gal, GDP-Man y CMP-NeuAc hacia las cisternas del

tesis de glucoproteínas se usan estos compuestos (véase más ade- aparato de Golgi. Son sistemas antiporte; es decir, el flujo de entra-

lante). La naturaleza anhidro del enlace entre el grupo fosfato y los da de una molécula de azúcar nucleótido está equilibrado por el flu-
azúcares es del tipo de alta energía, de alto potencial de transferencia jo de salida de una molécula del nucleótido correspondiente (p. ej.,

www.FreeLibros.orgde grupo (cap. 11). De este modo, los azúcares de estos compuestos UMP, GMP o CMP) formado a partir de los azúcares nucleótido.

CApítulo 47 Glucoproteínas 509

Este mecanismo asegura una concentración adecuada de cada azú- de glucoproteínas. Trataron ceruloplasmina (una proteína plasmáti-
car nucleótido dentro del aparato de Golgi. El UMP se forma a ca; cap. 50) de conejo con neuraminidasa in vitro. Este procedimien-
partir del UDP-Gal en el proceso anterior como sigue: to expuso residuos Gal subterminales que normalmente estuvieron
enmascarados por residuos NeuAc terminales. Se halló que la ceru-
GALACTOSIL- loplasmina radiactiva tratada con neuraminidasa desaparece con
TRANSFERASA rapidez de la circulación, en contraste con la depuración lenta de la
proteína no tratada. Es muy importante que cuando los residuos Gal
UDP-Gal + proteína proteína Gal + UDP expuestos a tratamiento con neuraminidasa se eliminaron por me-
dio de tratamiento con una galactosidasa, el índice de depuración
NUCLEÓSIDO de la proteína volvió a lo normal. Estudios adicionales demostraron
DIFOSFATO que las células hepáticas contienen un receptor de asialoglucopro-
FOSFATASA teína de mamífero que reconoce la porción Gal de muchas proteí-
nas plasmáticas desialiladas y da pie a su endocitosis. Esta investi-
UDP UMP + Pi gación indicó que un azúcar individual, como Gal, podría tener
importancia en el gobierno de al menos una de las propiedades bio-
LAS EXOGLUCOSIDASAS Y lógicas (es decir, el tiempo de residencia en la circulación) de ciertas
ENDOGLUCOSIDASAS FACILITAN EL glucoproteínas. Esto fortaleció mucho el concepto de que las cade-
ESTUDIO DE LAS GLUCOPROTEÍNAS nas de oligosacárido podrían contener información biológica.

Varias glucosidasas de especificidad definida han resultado útiles LAS LECTINAS PUEDEN EMPLEARSE
en el examen de los aspectos estructural y funcional de glucopro- PARA PURIFICAR GLUCOPROTEÍNAS
teínas (cuadro 47-5). Estas enzimas actúan en posiciones externa Y SONDEAR SUS FUNCIONES
(exoglucosidasas) o interna (endoglucosidasas) de cadenas de oligo-
sacárido. Los ejemplos de exoglucosidasas son neuraminidasas y Las lectinas son proteínas de unión a carbohidrato que aglutinan
galactosidasas; su uso secuencial elimina residuos de NeuAc termi- células o precipitan glucoconjugados; varias lectinas son glucopro-
nales y Gal subterminales de casi todas las glucoproteínas. Las endo- teínas ellas mismas. Las inmunoglobulinas que reaccionan con azú-
glucosidasas F y H son ejemplos de esta última clase; estas enzimas cares no se consideran lectinas. Las lectinas contienen por lo menos
dividen las cadenas de oligosacárido en residuos GlcNAc específi- dos sitios de unión a azúcar; las proteínas que tienen un sitio de
cos cerca del esqueleto polipeptídico (esto es, en sitios internos; unión a azúcar único no aglutinarán células ni precipitarán gluco-
fig. 47-5) y, de esta manera, son útiles en la liberación de cadenas de conjugados. La especificidad de una lectina por lo general se define
oligosacárido grandes para análisis estructurales. Una glucoproteí- por los azúcares que son mejores para inhibir su capacidad para
na puede tratarse con una o más de las glucosidasas anteriores para causar aglutinación o precipitación. Las enzimas, toxinas y proteínas
analizar los efectos sobre su conducta biológica y eliminación de de transporte pueden clasificarse como lectinas si se unen a carbo-
azúcares específicos. hidrato. Las lectinas se descubrieron en vegetales y microbios, pero
ahora se conocen muchas lectinas de origen animal. El receptor de
EL RECEPTOR DE ASIALOGLUCOPROTEÍNA asialoglucoproteína de mamífero antes descrito es un ejemplo im-
DE MAMÍFERO PARTICIPA EN portante de una lectina de origen animal. El cuadro 47-6 lista algu-
LA DEPURACIÓN DE CIERTAS nas lectinas importantes. Gran parte de la investigación actual se
GLUCOPROTEÍNAS DEL PLASMA centra en las funciones de diversas lectinas de origen animal en los
POR LOS HEPATOCITOS mecanismos de acción de glucoproteínas, algunas de las cuales se
comentan más adelante (p. ej., respecto a las selectinas).
Experimentos efectuados por Ashwell y sus colegas a principios del
decenio de 1970-1979 fueron importantes en el enfoque de la aten- Se han purificado muchas lectinas y están disponibles comer-
ción sobre la importancia funcional de las cadenas de oligosacárido cialmente; el cuadro 47-7 lista tres lectinas de origen vegetal de las
cuales se ha hecho amplio uso experimental. Entre muchas aplica-
Cuadro 47-5 algunas glucosidasas empleadas para ciones, las lectinas se han utilizado para purificar glucoproteínas
estudiar la estructura y función de glucoproteínas1 específicas, como recursos para sondear los perfiles de glucoproteí-
na de superficie celulares, y como reactivos para generar células
Enzimas Tipo mutantes con deficiencia de ciertas enzimas involucradas en la bio-
síntesis de cadenas de oligosacárido.
Neuraminidasas Exoglucosidasa

Galactosidasas Exoglucosidasa o endoglucosidasa

Endoglucosidasa F Endoglucosidasa HAY TRES CLASES PRINCIPALES
Endoglucosidasa H Endoglucosidasa DE GLUCOPROTEÍNAS

1Las enzimas están disponibles a partir de diversas fuentes, y suelen ser especíicas Con base en la naturaleza del enlace entre sus cadenas polipeptídi-
para ciertos tipos de enlaces glucosídicos y también para sus naturalezas anoméricas.

La igura 47-5 muestra los sitios de acción de las endoglucosidasas F y H. F actúa sobre
oligosacáridos tanto con alto contenido de manosa como complejos, mientras que H

www.FreeLibros.orgactúasobrelosprimeros.
cas y sus cadenas de oligosacárido, las glucoproteínas se dividen en
tres clases principales (fig. 47-1): 1) las que contienen un enlace

510 SECCIÓN VI Temas especiales

Cuadro 47-6 algunas lectinas importantes tante glucoproteína de la membrana de los eritrocitos (cap. 52),
contiene oligosacáridos tanto O-enlazados como N-enlazados.
Lectinas Ejemplos o comentarios

Lectinas de Concanavalina A, lectina de chícharo (guisante) LAS GLUCOPROTEÍNAS CONTIENEN
legumbres VARIOS TIPOS DE ENLACES
Ampliamente usada en estudios de supericies O-GLUCOSÍDICOS
Aglutinina de de células normales y células cancerosas
germen de trigo

Ricino Glucoproteína citotóxica derivada de las En las glucoproteínas de ser humano se encuentran al menos cuatro
semillas de la planta ricino subclases de enlaces O-glucosídicos: 1) el enlace GalNAcSer(tre)
(fig. 47-1) es el enlace predominante. La figura 47-2 muestra dos
Toxinas bacterianas Enterotoxina lábil al calor de E. coli y toxina cadenas de oligosacárido típicas que se encuentran en miembros de
del cólera esta subclase. Regularmente un residuo Gal o uno NeuAc está fijo al
GalNAc, pero se encuentran muchas variaciones de las composicio-
Hemaglutinina del Se encarga de la ijación a la célula huésped nes de azúcar y longitudes de esas cadenas de oligosacárido. Este
tipo de enlaces se encuentra en mucinas (véase más adelante).
virus de la inluenza y la fusión de membrana 2) Los proteoglucanos contienen un trisacárido Gal-Gal-Xil-Ser
(el llamado trisacárido de enlace). 3) Los colágenos contienen un
Lectinas tipo C Se caracterizan por un dominio de enlace Gal-hidroxilisina (Hil). (Las subclases [2] y [3] se comentan
reconocimiento de carbohidrato (CRD) más en el cap. 48.) 4) Muchas proteínas nucleares (p. ej., ciertos
dependiente de Ca2+; incluyen el receptor factores de transcripción) y proteínas citosólicas contienen cade-
de asialoglucoproteína de mamífero, las nas laterales que constan de un GlcNAc único fijo a un residuo seri-
selectinas, y la proteína de unión a manosa na o treonina (GlcNAc-Ser[tre]).

Lectinas tipo S Lectinas de origen animal de unión a
β-galactosidasa con funciones en
interacciones entre una célula y otra,
y entre célula y matriz

Lectinas tipo P Receptor de manosa 6-P

Lectinas tipo I Miembros de la superfamilia de
inmunoglobulina, p. ej., la sialoadhesina
media la adherencia de macrófagos a Las mucinas tienen un alto contenido
diversas células de oligosacáridos o-enlazados, y muestran

Cuadro 47-7 Tres lectinas vegetales y los azúcares secuencias de aminoácidos que se repiten
con los cuales interactúan1
Las mucinas son glucoproteínas con dos características principales:
1) contenido alto de oligosacáridos o-enlazados (el contenido de

Lectina abreviatura azúcares carbohidrato de mucinas por lo general es de más de 50%), y 2) pre-
Concanavalina A ConA Man y Glc sencia de secuencias de aminoácidos repetitivas (repeticiones en
Lectina de soya (soja) Gal y GalNAc tándem) en el centro de sus esqueletos polipeptídicos, a las cuales
las cadenas de O-glucano están fijas en agrupaciones (fig. 47-3).

Aglutinina de germen de trigo WGA Glc y NeuAc Estas secuencias tienen alto contenido de serina, treonina y prolina.

1Las lectinas casi siempre muestran especiicidad para la naturaleza anomérica del Si bien predominan los O-glucanos, las mucinas a menudo contie-
enlace glucosídico (α o β); esto no se indica en el cuadro. nen varias cadenas de N-glucano. Hay mucinas tanto secretoria

como unida a membrana. Las primeras se encuentran en el moco

o-glucosídico (es decir, O-enlazadas), que comprenden la cadena presente en las secreciones del tubo digestivo, las vías respiratorias y
lateral hidroxilo de serina o treonina y un azúcar como N-acetil- las vías reproductoras. El moco consta de aproximadamente 94% de
galactosamina (GalNAc-Ser[Tre]); 2) las que contienen un enlace agua y 5% de mucinas; el resto es una mezcla de diversas moléculas
N-glucosídico (esto es, N-enlazadas), que involucran el nitrógeno celulares, electrólitos, y remanentes de células. Las mucinas secreto-

amino de la asparagina y N-acetilglucosamina (GlcNAc-Asn), y 3) las rias por lo general tienen una estructura oligomérica y, así, suelen

enlazadas al aminoácido carboxilo terminal de una proteína me- tener una masa molecular muy alta. Los oligómeros están compues-

diante una porción fosforil-etanolamina unida a un oligosacárido tos de monómeros unidos por enlaces disulfuro. El moco muestra

(glucano), que a su vez se enlaza por medio de glucosamina a fosfa- viscosidad alta y a menudo forma un gel. Estas cualidades son fun-

tidilinositol (PI). Esta última clase se denomina glucoproteínas an- ciones de su contenido de mucina. El contenido alto de O-glucanos

cladas a glucofosfatidilinositol (GpI-ancladas o GpI-enlazadas). confiere una estructura extendida sobre mucinas. Esto se explica en

Participa en la dirección de ciertas glucoproteínas hacia el área parte por interacciones estéricas entre sus porciones GalNAc y ami-

apical o basolateral de la membrana plasmática de ciertas células noácidos adyacentes, lo que origina un efecto de endurecimiento de

epiteliales polarizadas (véanse el cap. 46, y más adelante). También cadena, de modo que las conformaciones de mucinas suelen con-

hay otras clases menores de glucoproteínas. vertirse en las de varillas rígidas. Interacciones no covalentes inter-

El número de cadenas de oligosacárido fijas a una proteína moleculares entre diversos azúcares en cadenas de glucano vecinas

puede variar desde una hasta 30 o más; las cadenas de azúcar varían contribuyen a la formación de gel. El contenido alto de residuos
desde uno o dos residuos de longitud hasta estructuras de tamaño NeuAc y sulfato que se encuentra en muchas mucinas les confiere
considerablemente mayor. Muchas proteínas contienen más de un una carga negativa. En cuanto a la función, las mucinas ayudan a

www.FreeLibros.orgtipo de cadena de azúcar; por ejemplo, la glucoforina, una impor- lubricar y forman una barrera física protectora sobre superficies

CApítulo 47 Glucoproteínas 511

A CH2OH C NH2

OH C O α Proteína
CO
C H H CH2 C
OH C
Glicina
HC H Ser

H HN Etanolamina
P
CO
Manosa

CH3 Etanolamina P Manosa

Manosa

B CH2OH Glucosamina
CO
H HHO PI-PLC P Inositol
C OH H β Ácido graso adicional
HO CC
H HN C N C CH2 C Membrana
plasmática
Asn

CO

CH3

Figura 47-1 Representaciones de (a) un O-enlace (N- acetilgalactosamina a serina), (B) un N-enlace

(N-acetilglucosamina a asparagina), y (C) un enlace de glucosilfosfatidilinositol (GPI). La estructura del GPI mostrada es la 

que enlaza a la acetilcolinesterasa a la membrana plasmática del eritrocito de ser humano. El aminoácido carboxilo

terminal es glicina unida en enlace amida mediante su grupo COOH al grupo NH2 de la fosforiletanolamina que, a su vez,
está unida a un residuo manosa. El glucano central contiene tres residuos manosa y un residuo glucosamina. La
glucosamina está enlazada a inositol, que está fijo a ácido fosfatídico. Se indica el sitio de acción de la PI-fosfolipasa C 
(PI-PLC). La estructura del glucano central se muestra en el texto. Este GPI particular contiene un ácido graso extra fijo a 

inositol, y una porción fosforiletanolamina extra fija a la mitad de los tres residuos manosa. Las variaciones que se
encuentran entre diferentes estructuras del GPI incluyen la identidad del aminoácido carboxilo terminal, las moléculas 

fijas a los residuos manosa, y la naturaleza precisa de la porción lípido.

epiteliales. Las mucinas unidas a membrana participan en diversas epítopos péptido y carbohidrato específicos para cáncer (un epítopo
interacciones entre una célula y otra (p. ej., que involucran selecti- es un sitio en un antígeno reconocido por un anticuerpo, también
nas; véase más adelante). La densidad de cadenas de oligosacárido denominado un determinante antigénico). Algunos de estos epíto-
dificulta que las proteasas se acerquen a sus esqueletos polipep- pos se han empleado para estimular una respuesta inmunitaria con-
tídicos, de manera que las mucinas a menudo son resistentes a su tra células cancerosas.
acción. Las mucinas también tienden a “enmascarar” ciertos antíge-
nos de superficie. Muchas células cancerosas forman cantidades ex- Cadena de O-glucano Cadena de N-glucano
cesivas de mucinas; quizá estas últimas pueden enmascarar ciertos
antígenos de superficie sobre esas células y, de este modo, las prote-
gen contra la vigilancia inmunitaria. Las mucinas también portan

A N C
NeuAc α 2,6
GalNAc Ser (Tre)

B GalNAc Ser (Tre) Secuencia repetida en tándem
Gal β 1,3
Figura 47-3 Diagrama esquemático de una mucina. Las cadenas

α 2,3 α 2,6 de O-glucano se muestran fijas a la región central de la cadena
NeuAc NeuAc polipeptídica extendida y cadenas de N-glucano a la región carboxilo

terminal. Los rectángulos estrechos representan una serie de secuencias

Figura 47-2 Estructuras de dos oligosacáridos O-enlazados de aminoácidos repetidas en tándem. Muchas mucinas contienen

hallados en (a) mucinas submaxilares y (B) fetuína y en la sialoglucopro- residuos cisteína cuyos grupos SH forman enlaces intercadena; éstos no

teína de la membrana de eritrocitos de ser humano. (Modificada y se muestran en la figura. (Adaptada, con autorización, de Strous GJ,

reproducida, con autorización, de Lennarz WJ: The Biochemistry of Dekker J: Mucin-type glycoproteins. Crit Rev Biochem Mol Biol
Glycoproteins and Proteoglycans. Plenum Press, 1980. Reproducida con la 

www.FreeLibros.orgamable autorización de Springer Science and Business Media.)
1992;27:57. Copyright ©1992. Reproducida con autorización de Taylor &
Francis Group, LLC.)

512 SECCIÓN VI Temas especiales

Se han clonado y secuenciado los genes que codifican para en una cadena de montaje con reacciones terminales que ocurren en
los esqueletos polipeptídicos de diversas mucinas derivadas de va- los compartimientos trans-Golgi.
rios tejidos (p. ej., páncreas, intestino delgado, tráquea y bronquios,
estómago, y glándulas salivales). Estos estudios han revelado nueva El cuadro 47-9 resume las principales características de la bio-
información acerca de los esqueletos polipeptídicos de las mucinas síntesis de glucoproteínas O-enlazadas.
(tamaño de repeticiones en tándem, sitios potenciales de N-glucosi-
lación, etc.) y finalmente deben revelar aspectos de su control ge- LAS GLUCOPROTEÍNAS N-ENLAZADAS
nético. El cuadro 47-8 resume algunas propiedades importantes de CONTIENEN UN ENLACE Asn-GLcNAc
las mucinas.
Las glucoproteínas N-enlazadas se distinguen por la presencia del
En la biosíntesis de glucoproteínas enlace Asn-GlcNAc (fig. 47-1). Es la principal clase de glucopro-
o-enlazadas se usan azúcares nucleótido teínas y se ha estudiado mucho, dado que las glucoproteínas más
fácilmente accesibles (p. ej., proteínas plasmáticas) pertenecen
Las cadenas polipeptídicas de glucoproteínas O-enlazadas y otras principalmente a este grupo. Incluye glucoproteínas tanto unidas
están codificadas por especies de mRNA; puesto que muchas gluco- a membrana como circulantes. La principal diferencia entre esta
proteínas están unidas a membrana o son secretadas, por lo general clase y la previa, además de la naturaleza del aminoácido al cual se
se traducen en polirribosomas unidos a membrana (cap. 37). Hay fija la cadena de oligosacárido (Asn en contraposición con Ser o
cientos de cadenas de oligosacárido diferentes del tipo O-glucosí- Tre), tiene que ver con su biosíntesis.
dico. Estas glucoproteínas se acumulan mediante la donación por
pasos de azúcares desde azúcares nucleótido, como UDP-GalNAc, Las tres principales clases de oligosacáridos
UD-PGal y CMP-NeuAc. Las enzimas que catalizan este tipo de N-enlazados son complejos, híbridos y con
reacción son glucoproteína glucosil transferasas unidas a mem- alto contenido de manosa
brana. Regularmente, la síntesis de un tipo específico de enlace re-
quiere la actividad de una transferasa específica en forma correspon- Hay tres clases importantes de oligosacáridos N-enlazados: comple-
diente. No se han identificado los factores que determinan cuáles jos, híbridos y con alto contenido de manosa (fig. 47-4). Cada tipo
residuos serina y treonina específicos se glucosilan, pero probable- comparte un pentasacárido, Man3GlcNAc2 —que se muestra dentro
mente se encuentran en la estructura peptídica que rodea al sitio de del área encerrada en un cuadro en la figura 47-4, y se representa
glucosilación. Las enzimas que semejan cadenas O-enlazadas están también en la figura 47-5—, pero difieren en sus ramas externas. La
localizadas en el aparato de Golgi, dispuestas de manera secuencial presencia del pentasacárido común se explica por el hecho de que
las tres clases comparten un mecanismo de biosíntesis inicial. Las
Cuadro 47-8 algunas propiedades de las mucinas glucoproteínas del tipo complejo por lo general contienen residuos
NeuAc terminales y residuos Gal y GlcNAc subyacentes; estos últi-
•   Se encuentran en secreciones del tubo digestivo, las vías respiratorias  mos suelen constituir el disacárido N-acetil lactosamina. Las unida-
y las vías de la reproducción, y en membranas de diversas células. des de N-acetil lactosamina que se repiten —[Galβ1–3/4GlcNAcβ
1–3] (poli-N-acetil lactosaminoglucanos)— a menudo se encuen-
•  M  uestran alto contenido de cadenas de O-glucano, por lo regular  tran nen cadenas de glucano N-enlazadas. Las sustancias de grupo
contienen NeuAc. sanguíneo I/i pertenecen a esta clase. Casi todos los oligosacáridos
de tipo complejo contienen 2, 3 o 4 ramas externas (fig. 47-4), pero
•  C  ontienen secuencias de aminoácidos repetitivas ricas en serina,  también se han descrito estructuras que contienen cinco ramas. Las
treonina y prolina. ramas de oligosacárido suelen llamarse antenas, de modo que pue-
den encontrarse estructuras biantenarias, triantenarias, tetraantena-
•   La estructura extendida contribuye a su viscoelasticidad alta. rias y pentaantenarias. Hay un número desconcertante de cadenas
del tipo complejo, y la que se indica en la figura 47-4 sólo es una de
•   Forman una barrera física protectora sobre supericies epiteliales,  muchas. Otras cadenas complejas pueden terminar en Gal o Fuc.
participan en interacciones entre una célula y otra, y pueden contener Los oligosacáridos con alto contenido de manosa típicamente tie-
o enmascarar ciertos antígenos de supericie. nen dos a seis residuos Man adicionales enlazados al centro penta-
sacárido. Las moléculas híbridas contienen características de las
Cuadro 47-9 resumen de las principales otras dos clases.
características de la o-glucosilación

•  C  omprende una batería de glucoproteína glucosiltransferasas unidas 
a membrana, que actúan por pasos; cada transferasa por lo general es
especíica para un tipo de enlace particular.

•  L  as enzimas involucradas están ubicadas en diversos  La biosíntesis de glucoproteínas
subcompartimientos del aparato de Golgi.

•  C  ada reacción de glucosilación incluye el azúcar nucleótido  N-enlazadas involucra
apropiado. dolicol-P-P-oligosacárido

•  E  l dolicol-P-P-oligosacárido no está involucrado; tampoco lo están las  Leloir y sus colegas describieron un dolicol-pirofosfato-oligosa-
glucosidasas, y la tunicamicina no inhibe las reacciones. cárido (Dol-p-p-oligosacárido), cuya investigación subsiguiente

•   La O-glucosilación ocurre de modo postraduccional en ciertos 

www.FreeLibros.orgresiduosSeryTre.
mostró que tiene una función clave en la biosíntesis de glucoproteí-
nas N-enlazadas. La cadena de oligosacárido de este compuesto por

CApítulo 47 Glucoproteínas 513

Ácido siálico Ácido siálico
α2,3 o 2,6 α2,3 o 2,6

Gal Gal Gal Man Man Man
β1,4 β1,4 β1,4 α1,2 α1,2 α1,2

GlcNAc GlcNAc GlcNAc Man Man Man Man Man Figura 47-4 Estructuras
β1,2 β1,2 β1,2 α1,3 α1,6
α1,3 α1,6 α1,2 de los principales tipos de
Man Man Man oligosacáridos enlazados a
Man Man Man asparagina. El área incluida en
α1,3 α1,6 α1,3 α1,6 un cuadro encierra el centro
±GlcNAc β1,4 Man Man β1,4 α1,3 α1,6 pentasacárido común a todas
±Fuc α1,6 GlcNAc Man las glucoproteínas N-enlazadas.
β1,4 (Reproducida, con autorización,
β1,4 β1,4 de Kornfeld R, Kornfeld S:
Assembly of asparagines-linked
GlcNAc GlcNAc GlcNAc oligosaccharides. Annu Rev
β1,4 β1,4 β1,4 Biochem 1985;54:631. Copyright
© 1985 por Annual Reviews.
GlcNAc GlcNAc GlcNAc Reimpresa con autorización.)

Asn Asn Asn
Complejo Híbrido Alto contenido de manosa

Man α1,6 Endoglucosidasa F De esta manera, los pasos iniciales involucrados en la biosínte-
Man sis de las glucoproteínas N-enlazadas difieren de modo notorio de
β1,4 GlcNAc β1,4 GlcNAc Asn los comprendidos en la biosíntesis de las glucoproteínas O-enlaza-
Man α1,3 das. La primera incluye Dol-P-P-oligosacárido, no así la segunda,
Endoglucosidasa H como se describió.

Figura 47-5 Diagrama esquemático del centro pentasacárido El proceso de N-glucosilación puede fragmentarse en dos eta-
pas: 1) montaje de Dol-P-P-oligosacárido y transferencia del oligo-
común a todas las glucoproteínas N-enlazadas, y al cual pueden fijarse sacárido, y 2) procesamiento de la cadena de oligosacárido.
diversas cadenas externas de oligosacáridos. También se indican los
sitios de acción de endoglucosidasas F y H. Montaje y transferencia

lo general tiene la estructura R-GlcNAc Man Glc (R = DolP-P). Los de dolicol-P-P-oligosacárido
azúcares de este compuesto se ensamb2lan p9rime3ro en el esqueleto
Dol-P-P, y la cadena de oligosacárido a continuación se transfiere en Los compuestos poliisoprenol existen tanto en bacterias como en
bloque hacia residuos Asn idóneos de apoglucoproteínas aceptoras las células eucarióticas. Participan en la síntesis de polisacáridos
durante su síntesis en polirribosomas unidos a membrana. Todos bacterianos y en la biosíntesis de glucoproteínas N-enlazadas y an-
los N-glucanos tienen una estructura central de pentasacárido co- clas GPI. El poliisoprenol empleado en tejidos eucarióticos es el do-
mún (fig. 47-5). licol, que, junto al caucho, es el hidrocarburo natural más largo
constituido por una unidad repetitiva única. El dolicol está com-
Para formar cadenas con alto contenido de manosa sólo se eli- puesto de 17 a 20 unidades isoprenoides repetitivas (fig. 47-6).
minan los residuos Glc más algunos de los residuos Man periféricos.
Para formar una cadena de oligosacárido del tipo complejo, los re- Antes de que participe en la biosíntesis de Dol-P-P-oligosacári-
siduos Glc y cuatro de los residuos Man se eliminan por medio de do, el dolicol primero se debe fosforilar para formar dolicol fosfato
glucosidasas en el retículo endoplásmico y el aparato de Golgi. Los (Dol-P) en una reacción catalizada por la dolicol cinasa y que usa
azúcares característicos de las cadenas complejas (GlcNAc, Gal, ATP como el donador de fosfato.
NeuAc) se añaden mediante la acción de glucosiltransferasas indivi-
duales localizadas en el aparato de Golgi. El fenómeno por el cual las El dolicol-p-p-GlcNAc (Dol-p-p-GlcNAc) es el lípido clave
cadenas de glucano de glucoproteínas N-enlazadas primero se de- que actúa como un aceptor para otros azúcares en el montaje de
gradan parcialmente y después en algunos casos se reconstruyen se Dol-P-P-oligosacárido. Se sintetiza en las membranas del retículo
denomina procesamiento de oligosacárido. Las cadenas híbridas endoplásmico a partir de Dol-P y UDP-GlcNAc en la reacción que
se forman por medio de procesamiento parcial, que forma cadenas sigue, catalizada por la GlcNAc-P transferasa:
complejas en un extremo, y estructuras Man en el otro.
Dol-P + UDP-GlcNAc → Dol-P-P-GlcNAc + UMP

La figura 47-7 resume la reacción anterior —que es el primer paso
en el montaje de Dol-P-P-oligosacárido— y las otras reacciones más

H CH3 CH3 Figura 47-6 La estructura del dolicol. El fosfato en el dolicol

HO CH2 CH2 C CH2 CH2 CH C CH2 CH2 CH C CH3 fosfato está fijo al grupo alcohol primario en el extremo izquierdo de

la molécula. El grupo dentro de los corchetes es una unidad de
isopreno (n = 17 a 20 unidades isoprenoides).
www.FreeLibros.orgCH3 n

514 SECCIÓN VI Temas especiales

UDP-GIcNAc

Dol-P Tunicamicina
UMP

GIcNAc P P Dol MM M
UDP-GIcNAc MM
M (GIcNAc)2 P P Dol

UDP G G GMMM
P Dol
GIcNAc GIcNAc P P Dol
GDP-M M P Dol y G P Dol
(M)6 (GIcNAc)2 P P Dol
GDP
P Dol

M GIcNAc GIcNAc P P Dol

M M P Dol
MMM M (GIcNAc)2 P P Dol

(GDP-M)4 (GDP)4

Figura 47-7 Vías de biosíntesis del dolicol-P-P-oligosacárido. Los enlaces específicos que se forman están 

indicados en la figura 47-8. Nótese que la GDP-manosa dona los primeros cinco residuos manosa internos, mientras 
que la dolicol-P-manosa y dolicol-P-glucosa donan los residuos manosa más externos y los residuos glucosa. (UDP, 
uridina difosfato; Dol, dolicol; P, fosfato; UMP, uridina monofosfato; GDP, guanosina difosfato; M, manosa; G, glucosa.)

tardías. Las características esenciales de los pasos subsiguientes en el Cabe hacer notar que azúcares nucleótido donan los primeros
montaje de Dol-P-P-oligosacárido son como sigue: siete azúcares (dos residuos GlcNAc y cinco Man), mientras que
azúcares dolicol donan los últimos siete azúcares (cuatro residuos
1. Un segundo residuo GlcNAc se añade al primero, de nuevo Man y tres Glc) añadidos. El resultado neto es montaje del com-
empleando UDP-GlcNAc como el donador. puesto que se ilustra en la figura 47-8 y se llama de manera abrevia-
da Dol-P-P-GlcNAc2Man9Glc3.
2. Se añaden cinco residuos Man, usando GDP-manosa como
el donador. El oligosacárido enlazado a dolicol-P-P se transfiere en bloque
para formar un enlace N-glucosídico con uno o más residuos Asn
3. A continuación se agregan cuatro residuos Man adiciona- específicos de una proteína aceptora que surge a partir de la superfi-
les, empleando Dol-P-Man como el donador. Dol-P-Man se cie luminal de la membrana del retículo endoplásmico. La reacción
forma mediante la reacción que sigue: es catalizada por oligosacárido:proteína transferasa, un complejo
enzimático relacionado con membrana. La transferasa reconocerá
Dol-P + GDP-Man → Dol-P-Man + GDP y transferirá cualquier sustrato que tenga la estructura general Dol-
P-P-(GlcNAc)2-R, pero tiene una fuerte preferencia por la estruc-
4. Por último, los tres residuos de glucosa periféricos son do- tura Dol-P-P-GlcNAc2Man9Glc3. La glucosilación sucede en el resi-
nados por Dol-P-Glc, que se forma en una reacción análoga duo Asn de una secuencia tripeptídica Asn-XSer/Tre, donde X es
a la que acaba de presentarse, excepto porque los sustratos
son Dol-P y UDP-Glc.

Man α1,2 Man
Man α1,2 α1,6

Man
α1,3 α1,6
Man β1,4 GlcNAc β1,4
Man GlcNAc α P P Dolicol

Glc α1,2 Glc α1,3 Glc α1,3 Man α1,2 Man α1,2 α1,3
Man

Figura 47-8 Estructura del dolicol-P-P-oligosacárido. (Tomada de Li E, et al.: Structure of the lipid-linked 

oligosaccharide precursor of the complex-type oligosaccharides of the vesicular stomatitis virus G protein.

www.FreeLibros.orgJBiolChem1978;253:7762.)

CApítulo 47 Glucoproteínas 515

cualquier aminoácido salvo prolina, ácido aspártico o ácido glutá- puede detenerse aquí, o también se pueden eliminar hasta cuatro
mico. Se favorece un sitio tripéptido contenido dentro de una vuelta residuos Man. Empero, para formar cadenas complejas, se necesi-
β. Sólo alrededor de una tercera parte de los residuos Asn que son tan pasos adicionales, como sigue. En las reacciones 4 y 5 se elimi-
sitios aceptores potenciales en realidad se glucosila, lo que sugiere nan cuatro residuos Man externos mediante por lo menos dos ma-
que también son importantes factores que no son el tripéptido. nosidasas distintas. En la reacción 6, la GlcNAc transferasa I añade
un residuo GlcNAc al residuo Man del extremo Man 1-3. La acción
Las proteínas aceptoras son de la clase de membrana tanto se- de esta última enzima permite que ocurra la reacción 7, una reac-
cretoria como integral. Las proteínas citosólicas rara vez están glu- ción catalizada por aun otra manosidasa (α-manosidasa II de Golgi)
cosiladas. La figura 47-9 presenta la reacción de transferencia y los y que suscita una disminución de los residuos Man hacia el número
procesos subsiguientes en la glucosilación de glucoproteínas N-en- central de tres (fig. 47-5).
lazadas, junto con sus ubicaciones intracelulares. El otro producto
de la reacción de oligosacárido:proteína transferasa es el dolicol-P-P, En las reacciones I y II de la figura 47-9 se indica una vía adi-
que luego se convierte en dolicol-P por medio de una fosfatasa. El cional importante. Esto incluye enzimas destinadas a lisosomas.
dolicol-P puede servir de nuevo como un aceptor para la síntesis de Tales enzimas se dirigen hacia los lisosomas mediante un marcador
otra molécula de Dol-P-P-oligosacárido. químico específico. En la reacción I, un residuo GlcNAc-1-P se aña-
de al carbono 6 de uno o más residuos Man específicos de estas en-
Procesamiento de la cadena zimas. La reacción es catalizada por una GlcNAc fosfotransferasa,
que usa UDPGlcNAc como el donador y genera UMP como el otro
de oligosacárido producto:

1. Fase temprana. En la figura 47-9 se indican las diversas reac- UDP-GlcNAc + Man GlcNAc
ciones involucradas. La oligosacárido:proteína transferasa cataliza FOSFO-
la reacción 1 (véase antes). Las reacciones 2 y 3 comprenden la eli- TRANSFERASA proteína + UMP
minación del residuo Glc terminal por la glucosidasa I, y de los si-
guientes dos residuos Glc por la glucosidasa II, respectivamente. En proteína
el caso de glucoproteínas con alto contenido de manosa, el proceso
GlcNAc-1-P-6-Man

RETÍCULO ENDOPLÁSMICO RUGOSO

1 2 34

P
P
Dol

APARATO DE GOLGI Figura 47-9 Vía esquemática del procesamiento

P– –P –P– –P– 5 de oligosacárido. Las reacciones están catalizadas
por las enzimas que siguen:  oligosacárido:proteína

cis transferasa;  α-glucosidasa I;  α-glucosidasa II;
UDP-  retículo endoplásmico α 1,2-manosidasa;

I N-acetilglucosaminilfosfotransferasa;

II N-acetilglucosamina-1-fosfodiéster

α-N-acetilglucosaminidasa;

 α-manosidasa I del aparato de Golgi;

 N-acetilglucosaminiltransferasa I;

6 7 89  α-manosidasa II del aparato de Golgi;

medial UDP- UDP-  N-acetilglucosaminiltransferasa II;
GDP-  fucosiltransferasa;
 galactosiltransferasa;

 sialiltransferasa. Las flechas gruesas indican diversos

azúcares nucleótido comprendidos en el esquema

general. (Cuadrado rojo, N-acetilglucosamina; círculo

verde, manosa; triángulo rojo, glucosa; triángulo verde,

10 11 Salida fucosa; círculo azul, galactosa; rombo rojo, ácido siálico.)
(Reproducida, con autorización, de Kornfeld R, Kornfeld
trans
www.FreeLibros.orgUDP-
CMP- S: Assembly of asparagine-linked oligosaccharides.
Annu Rev Biochem 1985;54:631. Copyright © 1985
por Annual Reviews. Reimpresa con autorización.)

516 SECCIÓN VI Temas especiales

En la reacción en II, el GlcNAc se elimina por medio de la ac- Cuadro 47-10 resumen de las principales
ción de una fosfodiesterasa, lo que deja los residuos Man fosforila- características de la N-glucosilación
dos en la posición 6:
•   El oligosacárido Glc3Man9(GlcNAc)2 se transiere desde el dolicol-P-P-
GlcNAc-1-P-6-Man proteína FOSFO- oligosacárido en una reacción catalizada por oligosacárido:proteína
DIESTERASA transferasa, que es inhibida por la tunicamicina.

P-6-Man proteína + GlcNAc •  L  a transferencia sucede hacia residuos Asn especíicos en la secuencia 
AsnX-Ser/Tre, donde X es cualquier residuo salvo Pro, Asp o Glu.

Los receptores de Man 6-P, localizados en el aparato de Golgi, se •  L  a transferencia puede ocurrir de manera cotraduccional en el 
unen a los residuos Man 6-P de estas enzimas y los dirigen hacia los retículo endoplásmico.

lisosomas. Los fibroblastos de pacientes con enfermedad de célula •   El oligosacárido unido a proteína a continuación se procesa 
I (véase más adelante) muestran deficiencia grave de la actividad de parcialmente por glucosidasas y manosidasas; si no se añaden
la GlcNAc fosfotransferasa. azúcares adicionales, esto produce una cadena con alto contenido

2. Fase tardía. Para montar la cadena de oligosacárido compleja de manosa.
típica, es necesario añadir azúcares adicionales a la estructura que se
forma en la reacción 7. En consecuencia, en la reacción 8 se añade •   Si el procesamiento sucede por el pentasacárido central 
un segundo GlcNAc al residuo Man periférico del otro extremo de la (Man5[GlcNAc]2), las cadenas complejas se sintetizan por medio de la
adición de GlcNAc, la eliminación de dos Man, y la adición por pasos
de azúcares individuales en reacciones catalizadas por transferasas

estructura biantenaria que se muestra en la figura 47-9; la enzima especíicas (p. ej., GlcNAc, Gal, NeuAc transferasas) que emplean
que cataliza este paso es la GlcNAc transferasa II. Las reacciones 9, azúcares nucleótido apropiados.

10 y 11 comprenden la adición de residuos Fuc, Gal y NeuAc en los

sitios indicados, en reacciones catalizadas por fucosil, galactosil y

sialil transferasas, respectivamente. El montaje de cadenas de poli- pación de la señal de manosa 6-p en la dirección de ciertas enzimas
N-acetil-lactosamina requiere GlcNAc transferasas adicionales. lisosómicas está clara (véanse antes y la exposición sobre enferme-

El retículo endoplásmico y el aparato dad de célula I, más adelante). 2) Es probable que las cadenas de N-
glucano grandes presentes en glucoproteínas recién sintetizadas

de golgi son los principales sitios de ayuden a mantener estas proteínas en el estado soluble dentro de la

glucosilación luz del retículo endoplásmico. 3) Se ha mostrado que una especie de
cadenas de N-glucano participa en el plegado y la retención de cier-
El retículo endoplásmico y el aparato de Golgi son los principales tas glucoproteínas en la luz del retículo endoplásmico. La calnexina
sitios involucrados en procesos de glucosilación (fig. 47-9). El Dol- es una proteína presente en la membrana del retículo endoplásmico,
P-P-oligosacárido se monta en las superficies tanto citoplásmica que actúa como un chaperón (cap. 46) y lectina. La unión a calnexi-
como luminal de las membranas del ER. El oligosacárido se añade na evita que se agregue una glucoproteína. Se ha hallado que la cal-
a proteína en el retículo endoplásmico rugoso en el transcurso de la nexina se unirá de modo específico a diversas glucoproteínas (p. ej.,
traducción o después. El Glc y algunos de los residuos Man periféri- la hemaglutinina [HA] del virus de la influenza) que posee la es-
cos también se eliminan en el retículo endoplásmico. El aparato de tructura central monoglucosilada. Esta especie es el producto de la
Golgi está compuesto de cisternas cis, medial y trans; éstas se pue- reacción 2 que se muestra en la figura 47-9, pero a partir de la cual
den separar mediante procesos de centrifugación apropiados. Las se ha eliminado el residuo glucosa terminal, lo que sólo deja fija la
vesículas que contienen glucoproteínas brotan en el retículo endo- glucosa más interna. La calnexina y la glucoproteína unida forman
plásmico y se transportan hacia el cis-Golgi. Varios estudios han un complejo con ERp57, un homólogo de la proteína disulfuro iso-
mostrado que las enzimas involucradas en el procesamiento de glu- merasa (PDI), que cataliza el intercambio de enlace disulfuro, lo
coproteína muestran ubicaciones diferenciales en las cisternas del que facilita el plegado apropiado. La glucoproteína unida se libera
aparato de Golgi. La α-manosidasa I de Golgi (que cataliza la reac- desde su complejo con calnexina-ERp57 cuando la única glucosa
ción 5) está localizada principalmente en el cis-Golgi, mientras que que queda es hidrolizada por la glucosidasa II y abandona el ER si
la GlcNAc transferasa I (que cataliza la reacción 6) parece estar lo- está plegada de manera apropiada. Si no está plegada de modo
calizada en el Golgi medial, y las fucosil, galactosil y sialil transfera- apropiado, una glucosil transferasa del ER reconoce esto y vuel-
sas (que catalizan las reacciones 9, 10 y 11) están localizadas princi- ve a glucosilar la glucoproteína, que vuelve a unirse al complejo de
palmente en el trans-Golgi. Las principales características de la calnexina-Erp57. Si ahora está plegada de manera apropiada, la
biosíntesis de glucoproteínas N-enlazadas se resumen en el cuadro glucoproteína vuelve a pasar por desglucosilación, y abandona el
47-10, y deben contrastarse con las listadas previamente (cuadro 47-9) ER. Si carece de capacidad de plegado apropiado, se transloca hacia
para glucoproteínas O-enlazadas. afuera del ER hacia el citoplasma, donde se degrada (compárese

con la fig. 46-8). Este denominado ciclo de la calnexina se ilustra en

algunos intermediarios glucano la figura 47-10. Así, la calnexina retiene ciertas glucoproteínas ple-
que se forman durante la N-glucosilación gadas en parte (o plegadas de modo erróneo), y las libera cuando ha
tienen funciones específicas sucedido plegado adicional. La glucosil transferasa, al detectar el
plegado de la glucoproteína y únicamente volver a glucosilar proteí-
Las que siguen son varias funciones específicas de cadenas de N- nas plegadas de manera errónea, es un componente clave del ciclo.

www.FreeLibros.orgglucano que se han establecido o se están investigando: 1) la partici- El ciclo de la calnexina es un componente importante de los siste-

CApítulo 47 Glucoproteínas 517

Calnexina/ Membrana del ER
calreticulina
ATP?
ATP

GGG

Glucosidasas G G G S-S-
I y II
SH S Glucoproteína
S S S plegada
S SH

Glucosil- Glucosidasa II
transferasa

Figura 47-10 Modelo del ciclo de la calnexina. Conforme una cadena polipeptídica naciente (en crecimiento) entra en el

ER, ciertos residuos Asn se glucosilan por medio de la adición de Glc3Man9GlcNAc2 (véase el texto). Las dos moléculas de glucosa
más externas se eliminan mediante las acciones de las glucosidasas I y II. Esto expone la molécula de glucosa más interna, que es
reconocida por los sitios lectina de la calnexina y la calreticulina. En su estado unido a ATP, la calnexina y calreticulina se unen al 
oligosacárido monoglucosilado (por medio de sus sitios de lectina), así como a segmentos hidrofóbicos de la glucoproteína
desdoblada (mediante sus sitios de unión a polipéptido o sitios chaperón). La disociación de glucoproteína incluye la acción de la
glucosidasa II para eliminar la glucosa terminal, y un cambio de afinidad del sitio de unión a polipéptido. Después de disociación,
si no sucede plegado con rapidez, la glucoproteína se vuelve a glucosilar por medio de una ER glucosiltransferasa, que sólo actúa
sobre conformadores de proteína no naturales (conformador = una proteína en una de varias conformaciones posibles). La
glucoproteína que se volvió a glucosilar entonces puede volver a unirse a la forma ATP de la calnexina/calreticulina. De esta 
manera, tanto la glucosiltransferasa como la calnexina/calreticulina actúan como detectores de plegado. Este ciclo de unión y
liberación tiene tres funciones: evita agregación de glucoproteína; retiene conformadores no naturales en el ER en tanto no se
adquiere una estructura natural (control de calidad), y la unión a calnexina/calreticulina acerca a Erp57 a la glucoproteína no
natural. El Erp57 cataliza la formación de enlace disulfuro y la isomerización dentro del sustrato glucoproteína, lo que le ayuda a
adoptar su conformación natural. Si la glucoproteína es incapaz de plegarse de modo apropiado, se transloca hacia afuera del ER
hacia el citoplasma para degradación proteosómica (compárese con la fig. 46-8). La calreticulina, una proteína soluble del ER,
desempeña una función similar a la de la calnexina. (G, glucosa.) (La figura y el pie de figura fueron proporcionados
generosamente por el Dr. D B Williams, y se modificaron un poco con su autorización.)

mas de control de calidad que operan en la luz del ER. La proteína han adquirido importancia respecto a la producción de glucoproteí-

soluble del ER calreticulina desempeña una función similar. nas de uso terapéutico por medio de tecnología de DNA recombi-

nante. Por ejemplo, la eritropoyetina recombinante (epoetina alfa;

Varios factores regulan la glucosilación EPO) a veces se administra a enfermos que tienen ciertos tipos de
de glucoproteínas anemia crónica, con el fin de estimular la eritropoyesis. La vida me-
dia de la EPO en el plasma está influida por la naturaleza de su mo-

Es evidente que la glucosilación de glucoproteínas es un proceso delo de glucosilación; ciertos modelos muestran vínculo con vida

complejo que involucra gran número de enzimas. Se ha estimado media breve, lo que limita de modo apreciable su periodo de eficacia

que alrededor de 1% del genoma humano tal vez esté involucrado en terapéutica. De esta manera, es importante recolectar EPO a partir

eventos de glucosilación. Otro índice de su complejidad es que se de células huésped que confieren un modelo de glucosilación con-

han reportado más de 10 GlcNAc transferasas distintas que partici- gruente con una vida media normal en el plasma. En segundo lugar,

pan en la biosíntesis de glucoproteínas, y otras son en teoría posi- hay gran interés por analizar las actividades de enzimas procesado-

bles. También hay múltiples especies de las otras glucosiltransfera- ras de glucoproteína en diversos tipos de células cancerosas. A me-

sas (p. ej., sialiltransferasas). El control de los factores de la primera nudo se ha encontrado que estas células sintetizan diferentes cade-

etapa de la biosíntesis de glucoproteínas N-enlazadas (es decir, nas de oligosacárido (p. ej., suelen mostrar mayor ramificación) en

montaje y transferencia de oligosacárido) incluye: 1) la presencia comparación con las que se sintetizan en células testigo. Esto quizá

de sitios aceptores idóneos en proteínas; 2) las cifras de Dol-P en se deba a células cancerosas que contienen modelos de glucosil

tejido, y 3) la actividad de la oligosacárido:proteína transferasa. transferasas distintos de los que muestran células normales corres-

En el cuadro 47-11 se muestran algunos factores que se sabe pondientes, como resultado de activación o represión de gen especí-

que intervienen en la regulación del procesamiento de oligosacári- fico. Las diferencias de las cadenas de oligosacárido podrían afectar
do. Dos de los puntos listados ameritan más comentario: en primer las interacciones adhesivas entre células cancerosas y sus células hís-

www.FreeLibros.orglugar, las variaciones de especie entre enzimas de procesamiento ticas originales normales, lo que contribuye a metástasis. Si pudiera

518 SECCIÓN VI Temas especiales

Cuadro 47-11 algunos factores que afectan las Cuadro 47-12 Tres inhibidores de enzimas
actividades de enzimas procesadoras de glucoproteína involucrados en la N-glucosilación de glucoproteínas
y sus sitios de acción
Factor Comentario

Tipo de célula Diferentes tipos de células contienen distintos inhibidor Sitio de acción
Enzima previa periles de enzimas de procesamiento.
Tunicamicina Inhibe a la GlcNAc-P transferasa, la enzima que 
Desarrollo Ciertas glucosiltransferasas únicamente actúan cataliza la adición de GlcNAc a dolicol-P, el 
sobre una cadena de oligosacárido si otra Desoxinojirimicina primer paso en la biosíntesis de
enzima procesadora ya ha actuado sobre el Swainsonina oligosacárido-P-P-dolicol
mismo.1
Inhibidor de las glucosidasas I y II
El peril celular de enzimas de procesamiento
puede cambiar durante el desarrollo si sus Inhibidor de la manosidasa II
genes se activan o desactivan.

Ubicación Por ejemplo, si una enzima está destinada para  no parece tener un efecto constante sobre la secreción de glucopro-
intracelular inserción en la membrana del ER (p. ej., teínas que se secretan de manera normal. Los inhibidores del proce-
HMG-CoA reductasa), puede nunca hallar samiento de glucoproteína listados en el cuadro 47-12 no afectan la
enzimas procesadoras ubicadas en el aparato biosíntesis de glucoproteínas O-enlazadas. La extensión de las cade-
de Golgi. nas O-enlazadas se puede impedir mediante GalNAc-benzil. Este
compuesto compite con sustratos glucoproteína naturales y, de esta
Conformación Las diferencias de la conformación de distintas manera, evita el crecimiento de la cadena más allá de GalNAc.
de proteína proteínas pueden facilitar u obstaculizar el
acceso de enzimas procesadoras a cadenas de ALGUNAS PROTEÍNAS ESTÁN FIjAS
oligosacárido idénticas. A LA MEMBRANA PLASMÁTICA
POR MEDIO DE ESTRUCTURAS
Especies Las mismas células (p. ej., ibroblastos) de GLUCOSILFOSFATIDILINOSITOL (GPI)
diferentes especies pueden mostrar distintos
modelos de enzimas de procesamiento. Las glucoproteínas enlazadas a GPI comprenden la tercera clase im-
portante de glucoproteínas. En la figura 47-1 se muestra la estructu-
Cáncer Las células cancerosas pueden mostrar enzimas ra de GPI (en ocasiones llamada un “pie pegajoso”) involucrada en
de procesamiento diferentes de las de células el enlace de la enzima acetilcolinesterasa (ACh esterasa) a la mem-
normales correspondientes. brana plasmática del eritrocito. Las proteínas enlazadas a GPI están
fijas a la hojuela externa de la membrana plasmática mediante los
1 Por ejemplo, la acción de la α-manosidasa II del aparato de Golgi necesita la acción  ácidos grasos del fosfatidilinositol (PI). El PI está enlazado por medio
previa de la GlcNAc transferasa I. de una porción GlcN a una cadena de glucano que contiene varios
azúcares (p. ej., Man, GlcN). A su vez, la cadena de oligosacárido
hallarse una correlación entre la actividad de enzimas procesadoras está enlazada mediante fosforiletanolamina en un enlace amida al
particulares y las propiedades metastásicas de células cancero- aminoácido carboxilo terminal de la proteína fija. El centro de casi
sas, esto podría tener importancia puesto que podría permitir la todas las estructuras de GPI contiene una molécula de fosforil-
síntesis de fármacos para inhibir estas enzimas y, de modo secunda- etanolamina, tres residuos Man, una molécula de GlcN, y una mo-
rio, metástasis. lécula de fosfatidilinositol, como sigue:

Los genes que codifican para muchas glucosil transferasas ya se
han clonado y otros se encuentran en estudio. La clonación ha reve-
lado nueva información sobre estructuras tanto de proteína como
de gen. Esto último también debe aclarar los mecanismos involucra-
dos en su control transcripcional, y se están empleando estudios
de noqueo de gen para evaluar la importancia biológica de diversas
glucosiltransferasas.

La tunicamicina inhibe la N-glucosilación, Etanolamina-fosfo → 6Manα1 →
no así la o-glucosilación 2Manα1 → 6Manα1 → GINα1 →
6 — mio – inositol –1– fosfolípido

Se sabe que varios compuestos inhiben diversas reacciones involu- Otros constituyentes se encuentran en muchas estructuras de GPI;
cradas en el procesamiento de glucoproteína. La tunicamicina, por ejemplo, el que se muestra en la figura 47-1 contiene una fosfo-
deoxinojirimicina y swainsonina son tres de esos agentes. En el riletanolamina adicional fija a la parte media de las tres porciones
cuadro 47-12 se indican las reacciones que inhiben. Estos agentes Man del glucano, y un ácido graso extra fijo a GlcN. No se entiende
pueden usarse de manera experimental para inhibir diversas etapas la importancia funcional de estas variaciones entre estructuras. Este
de la biosíntesis de glucoproteínas, y para estudiar los efectos de al- tipo de enlace se detectó por vez primera por medio del uso de fos-
teraciones específicas sobre el proceso. Por ejemplo, si se hace crecer folipasa C específica para PI (PI-PLC) bacteriana, que se encontró
a las células en presencia de tunicamicina, no ocurrirá glucosilación que libera ciertas proteínas de la membrana plasmática de células al
de sus glucoproteínas normalmente N-enlazadas. En ciertos casos dividir el enlace que se indica en la figura 47-1. En el cuadro 47-13
se ha mostrado que la falta de glucosilación aumenta la susceptibili- se proporcionan ejemplos de algunas proteínas que se fijan me-

www.FreeLibros.orgdad de estas proteínas a proteólisis. La inhibición de la glucosilación diante este tipo de enlace. Se han sugerido al menos tres funciones

CApítulo 47 Glucoproteínas 519

Cuadro 47-13 Algunas proteínas enlazadas a gPi zima. Cuando la glucosa se une a una proteína, los productos inter-
medios que se forman comprenden bases Schiff. Éstas pueden reor-
•  Acetilcolinesterasa (membrana eritrocítica) denarse más por medio del reordenamiento de Amadori hacia
cetoaminas (fig. 47-11). La serie general de reacciones se conoce
•  Fosfatasa alcalina (intestinal, placentaria) como la reacción de Maillard. Estas reacciones participan en el do-
rado de algunos alimentos que sucede con el almacenamiento o el
•  Factor acelerador de la descomposición (membrana eritrocítica) procesamiento (p. ej., calentamiento). Los productos terminales de
las reacciones de glucación se llaman productos terminales de glu-
•  5’-Nucleotidasa (linfocitos T, otras células) cación avanzada (AGE).

•  Antígeno Thy-1 (cerebro, linfocitos T) El principal interés médico por los AGE se ha relacionado con
que estos productos producen daño de tejido en la diabetes melli-
•  Glucoproteína de supericie variable (Trypanosoma brucei) tus, en la cual la concentración de glucosa en la sangre a menudo
está constantemente alta, lo que promueve incremento de la gluca-
posibles de este tipo de enlace: 1) el ancla de GPI quizá permita gran ción. A intervalos constantes, la magnitud de la glucación es más o
incremento de la movilidad de una proteína en la membrana plas- menos proporcional a las cifras de glucosa en la sangre. También se
mática en comparación con la que se observa para una proteína que ha sugerido que los AGE participan en otros procesos, como el en-
contiene secuencias transmembrana. Esto tal vez no sorprende, vejecimiento.
dado que el ancla de GPI sólo está fija a la hojuela externa de la bi-
capa lipídica, de modo que está más libre para difundirse que una La glucación de colágeno y otras proteínas en el ECM altera sus
proteína fija por medio de ambas hojuelas de la bicapa. La movili- propiedades (p. ej., aumenta el entrecruzamiento de colágeno). El
dad aumentada puede ser importante en la facilitación de respuestas entrecruzamiento puede llevar a acumulación de diversas proteínas
rápidas a estímulos apropiados. 2) Algunas anclas de GPI quizá se plasmáticas en las paredes de los vasos sanguíneos; en especial, la
conectan con vías de transducción de señal. 3) Se ha mostrado que acumulación de lDl puede contribuir a aterogénesis. Los AGE pa-
las estructuras de GPI pueden dirigir ciertas proteínas hacia domi- recen estar involucrados en el daño tanto microvascular como ma-
nios apicales y también dominios basolaterales de la membrana crovascular en la diabetes mellitus. Asimismo, las células endotelia-
plasmática de ciertas células epiteliales polarizadas. La biosíntesis de les y los macrófagos tienen receptores de AGE sobre su superficie.
anclas de GPI es compleja y empieza en el retículo endoplásmico. La captación por estos receptores de proteínas glucadas puede acti-
El ancla de GPI se monta de manera independiente mediante una var el factor de transcripción NF-κB (cap. 50), lo que genera diver-
serie de reacciones catalizadas por enzima, y luego se transfiere sas citocinas y moléculas proinflamatorias. Así, se cree que los
hacia el extremo carboxilo terminal de su proteína aceptora, acom- AGE son un contribuidor importante a algunos de los datos patoló-
pañada por división del péptido hidrofóbico carboxilo terminal gicos que se encuentran en la diabetes mellitus (fig. 47-12). La ami-
preexistente de esa proteína. Este proceso a veces se denomina glu- noguanidina, un inhibidor de la formación de AGE, tal vez sea be-
piación. Un defecto adquirido en una etapa temprana de la biosín- neficiosa en el decremento de las complicaciones de la diabetes en
tesis de la estructura del GPI ha quedado implicado en la causa de la órganos y tejidos.
hemoglobinuria paroxística nocturna (véase más adelante).
La fijación no enzimática de glucosa a la hemoglobina A pre-
SE CREE QUE LOS PRODUCTOS sente en los eritrocitos (esto es, formación de HbA1c) ocurre en in-
TERMINALES DE LA GLUCACIÓN dividuos normales, y está incrementada en sujetos con diabetes me-
AVANZADA (AGE) TIENEN IMPORTANCIA llitus cuyas concentraciones de azúcar en la sangre están altas. La
EN LA CAuSA DEL DAÑO DE TEJIDO EN medición del HbA1c se ha convertido en una parte muy importante
LA DIABETES MELLITuS del manejo de pacientes con diabetes mellitus (cap. 6).

Glucación se refiere a la fijación no enzimática de azúcares (princi- LAS GLuCOPROTEÍNAS PARTICIPAN
palmente glucosa) a grupos amino de proteínas, y a otras moléculas EN MuCHOS PROCESOS BIOLÓGICOS
(p. ej., DNA, lípidos). La glucación se distingue de la glucosilación Y EN MuCHAS ENFERMEDADES
porque esta última incluye la fijación de azúcares catalizada por en-
Las glucoproteínas tienen muchas funciones (cuadro 47-1); algunas
ya se han abordado en este capítulo, y otras se describen en otros

Hb NH2 + O C H Hb N C N Reordenamiento Hb NH CH2 Reordenamientos
H C OH de Amadori adicionales

H C OH CO

Glucosa Hb glucada (ceHtobaAm1iCna)
(base Schiff)

Figura 47-11 Formación de AGE a partir de glucosa. La glucosa se muestra interactuando con el

grupo aminoácidos de la hemoglobina (Hb), lo que forma una base de Schiff. Esto está sujeto al
reordenamiento de Amadori, lo cual forma una cetoamina. Pueden ocurrir más reordenamientos, y ello 

www.FreeLibros.orgconduceaotrosAGE.

520 SECCIÓN VI Temas especiales

Hiperglucemia

↑Formación de AGE

Proteínas glucadas Fijación a receptor
de ECM y plasma de AGE de células

↑Entrecruzamiento La unión de proteínas Activación de NFκB
de colágeno a membranas basales ↑Liberación de citocinas
de capilares aumenta ↑Actividad procoagulante
Disfunción endotelial
el grosor

Atrapa proteínas Daña a
(p. ej., LDL) membranas
basales (p. ej.,
de glomérulos)

Figura 47-12 Algunas consecuencias de la formación de AGE. La hiperglucemia (p. ej., la que

sucede en la diabetes mal controlada) da pie a la formación de AGE. Éstos pueden ocurrir en proteínas
del ECM o en el plasma. En el ECM pueden causar aumento del entrecruzamiento de colágeno, que
puede atrapar proteínas como LDL (lo que contribuye a la aterogénesis) y dañar membranas basales
en los riñones y otros sitios. El engrosamiento de las membranas basales también puede suceder por
unión de proteínas glucadas a ellas. Los AGE pueden fijarse a receptores de AGE sobre células, lo que
activa al NFκB (cap. 50); ello tiene varias consecuencias (como se muestra). En la diabetes mellitus 
activa no controlada se encuentran daño de las membranas basales renales, engrosamiento de estas
membranas en capilares, y disfunción endotelial.

lugares de este libro (p. ej., moléculas de transporte, moléculas inmu- funciones normales de ZP3 y PH-30 y que, de este modo, actuarían

nitarias y hormonas). Aquí se describe de manera breve su participa- como anticonceptivos.

ción en dos procesos específicos: fecundación e inflamación. Más

aún, se resumirán las bases de diversas enfermedades que se deben Las selectinas desempeñan funciones clave
a anormalidades de la síntesis y degradación de glucoproteínas. en la inflamación y en la localización

Las glucoproteínas son importantes preferente de linfocitos
en la fecundación
Los leucocitos desempeñan funciones importantes en muchos fe-
nómenos inflamatorios e inmunitarios. Los primeros pasos en mu-

Para llegar a la membrana plasmática de un oocito, un espermato- chos de estos fenómenos son interacciones entre leucocitos circu-
zoide tiene que cruzar la zona pelúcida (Zp), una envoltura no ce- lantes y células endoteliales antes del paso de los primeros hacia
lular gruesa y transparente que rodea al oocito. La zona pelúcida afuera de la circulación. La investigación llevada a cabo para identi-
contiene tres glucoproteínas de interés: ZP1 a 3. Vale la pena notar ficar moléculas específicas sobre la superficie de las células involu-
en particular la ZP3, una glucoproteína O-enlazada que funciona cradas en esas interacciones ha revelado que los leucocitos y las cé-
como un receptor para el espermatozoide. Una proteína sobre la su- lulas endoteliales contienen sobre su superficie lectinas específicas,
perficie del espermatozoide, posiblemente galactosil transferasa, denominadas selectinas, que participan en su adherencia intercelu-
interactúa de modo específico con cadenas de oligosacárido de ZP3; lar. El cuadro 47-14 resume características de las tres clases princi-
en por lo menos ciertas especies (p. ej., el ratón), esta interacción, pales de selectinas. Las selectinas son proteínas transmembrana, de
mediante emisión de señales transmembrana, induce la reacción cadena única, de unión a Ca2+, que contienen varios dominios (fig.

acrosómica, en la cual se liberan enzimas como las proteasas y la 47-13). Sus extremos amino terminal contienen el dominio lectina,

hialuronidasa, y otros contenidos del acrosoma del espermatozoi- que participa en la unión a ligandos de carbohidrato específicos.

de. La liberación de estas enzimas ayuda al espermatozoide a pasar Cabe considerar que la adherencia de neutrófilos a células endo-

por la zona pelúcida y llegar a la membrana plasmática (PM) del teliales de vénulas poscapilares sucede en cuatro etapas (fig. 47-14).
oocito. En hámsters se ha mostrado que otra glucoproteína, PH-30, La etapa basal inicial ocurre al producir lentificación o rodamiento
tiene importancia tanto en la unión de la PM del espermatozoide a de neutrófilos, lo cual está mediado por selectinas. Participan in-
la PM del oocito, como en la fusión subsiguiente de ambas membra- teracciones entre L-selectina sobre la superficie del neutrófilo, y
nas. Estas interacciones permiten al espermatozoide entrar al oocito CD34 y GluCAM-1 u otras glucoproteínas sobre la superficie endo-
y, de esta manera, fecundarlo. Quizá sea posible inhibir la fecunda- telial. Estas interacciones particulares inicialmente son breves, y la

www.FreeLibros.orgción al crear medicamentos o anticuerpos que interfieran con las unión general es de afinidad relativamente baja, lo que permite el

CApítulo 47 Glucoproteínas 521

Cuadro 47-14 algunas moléculas involucradas en A
interacciones entre leucocitos y célula endotelial Basal

Molécula Célula Ligandos

Selectinas PMN, linf. CD34, Gly-CAM-1, sialil- B
L-selectina EC, plaquetas Lewisx, y otros Rodamiento

P-selectina Ligando glucoproteína de
P-selectina-1 (PSGL-1), 
sialil-Lewisx, y otros C
Activación
E-selectina EC Sialil-Lewisx y otros y adherencia
firme
integrinas PMN, linf. ICAM-1, ICAM-2
LFA-1 D

(CD11a/CD18) PMN ICAM-1 y otros Transmigración
Mac-1
Figura 47-14 Diagrama esquemático de las interacciones entre
(CD11b/CD18)
neutrófilos y célula endotelial. (a) Condiciones basales: los neutrófilos
Superfamilia de inmunoglobulina no se adhieren a la pared del vaso. (B) El primer evento es la
lentificación o rodamiento de los neutrófilos dentro del vaso (vénula),
ICAM-1 Linf., EC LFA-1, Mac-1 mediado por selectinas. (C) Ocurre activación, lo que hace que los
neutrófilos se adhieran firmemente a la superficie de células
ICAM-2 Linf., EC LFA-1 endoteliales y que adopten una forma aplanada. Esto necesita
interacción de integrinas CD18 activadas sobre neutrófilos con ICAM-1
PECAM-1 EC, PMN, linf. Diversas plaquetas sobre el endotelio. (d) Los neutrófilos a continuación migran a través de
las uniones de las células endoteliales hacia el tejido intersticial; esto
Fuente: Modiicado, con autorización, de Albelda SM, Smith CW, Ward PA: Adhesion  requiere la participación de PECAM-1. La quimiotaxis también está 
molecules and inlammatory injury. FASEB J 1994;8:504. involucrada en esta última etapa. (Reproducida, con autorización, de
abreviaturas: PMN, leucocitos polimorfonucleares; EC, célula endotelial; Linf.,  Albelda SM, Smith CW, Ward PA: Adhesion molecules and inflammatory 
linfocitos; CD, agrupación de diferenciación; ICAM, molécula de adherencia intercelular; injury. FASEB J 1994;8;504.)
LFA-1, antígeno vinculado con la función de linfocito-1; PECAM-1, molécula de 
adherencia entre plaquetas y células endoteliales-1.

1 Éstos son ligandos para L-selectina de linfocito; los ligandos para L-selectina de
neutróilo al parecer no se han identiicado.

L-selectina que ICAM-1 e ICAM-2 son miembros de la superfamilia de inmu-

NH2 Lectina EGF 1 2 COOH noglobulina. La cuarta etapa es la transmigración de los neutrófilos
a través de la pared endotelial. Para que ocurra esto, los neutrófi-

Figura 47-13 Diagrama esquemático de la estructura de la los insertan seudópodos en las uniones entre células endoteliales,
pasan a través de estas uniones, cruzan la membrana basal, y des-
L-selectina humana. La porción extracelular contiene un dominio amino pués están libres para migrar hacia el espacio extravascular. Se ha
terminal homólogo a las lectinas tipo C, y un dominio parecido a factor

de crecimiento epidérmico adyacente. Éstos van seguidos por un hallado que la molécula de adherencia entre plaquetas y células en-

número variable de módulos parecidos a reguladores del complemento doteliales-1 (PECAM-1) está localizada en las uniones de células

(círculos numerados) y una secuencia transmembrana (rombo negro). endoteliales y, así, tal vez tenga una función en la transmigración. Se

Una secuencia citoplásmica corta (rectángulo rojo) está en el carboxilo ha encontrado que diversas biomoléculas participan en la activa-
terminal. Las estructuras de la P y E selectina son similares a las que se  ción de neutrófilos y células endoteliales, entre ellas factor de necro-
sis tumoral, diversas interleucinas, factor activador de plaquetas
muestran, excepto porque contienen más módulos reguladores (PAF), leucotrieno B4, y ciertos fragmentos del complemento. Estos
de complemento. Los números de aminoácidos en L-, P- y E-selectinas,  compuestos estimulan diversas vías emisoras de señal, lo que se tra-
duce en cambios de la forma y función de la célula, y algunas tam-
como se deduce a partir de las secuencias de cDNA, son 385, 789 y 589, bién son quimiotácticas. Un cambio funcional importante es el re-
respectivamente. (Reproducida, con autorización, de Bevilacqua MP, 
Nelson RM: Selectins. J Clin Invest 1993;91:370.)

clutamiento de selectinas hacia la superficie celular, puesto que en

rodamiento. Con todo, en el transcurso de esta etapa sucede activa- algunos casos las selectinas se almacenan en gránulos (p. ej., en cé-

ción de los neutrófilos por diversos mediadores químicos (véase lulas endoteliales y plaquetas).

más adelante), lo que ocasiona un cambio de la forma de los neutró- Se ha determinado la naturaleza química precisa de algunos de

filos y adherencia firme de estas células al endotelio. Otro grupo de los ligandos involucrados en las interacciones entre selectina y li-

moléculas de adherencia participa en la adhesión firme, a saber, gando. Las tres selectinas se unen a oligosacáridos sialilados y

LFA-1 y Mac-1 sobre los neutrófilos, e ICAM-1 e ICAM-2 sobre fucosilados, y en particular las tres se unen a sialil-lewisx (fig.
células endoteliales. LFA-1 y Mac-1 son integrinas CD11/CD18 (en 47-15), una estructura presente tanto en glucoproteínas como en

www.FreeLibros.orgel cap. 52 se presenta una exposición sobre las integrinas), mientras glucolípidos. No se ha establecido si este compuesto es el ligando

522 SECCIÓN VI Temas especiales

NeuAcα2 3Galβ1 4GlcNAc de cadenas de oligosacárido sobre su superficie, algunas de las cua-
les tal vez contribuyan a metástasis.
α 1–3
Fuc Los trastornos congénitos de la glucosilación (CDG) son un
grupo de patologías de considerable interés actual. En el cuadro 47-16
Figura 47-15 Representación esquemática de la estructura de se resumen las principales características de estas enfermedades.

sialil-Lewisx. La deficiencia de adherencia de leucocitos (lAD) II es una
rara enfermedad que probablemente se debe a mutaciones que afec-
real involucrado in vivo. Las moléculas sulfatadas, como las sulfati- tan la actividad de un transportador de GTP-fucosa localizado en el
das (cap. 15), pueden ser ligandos en ciertas circunstancias. Este aparato de Golgi. Puede considerarse un trastorno congénito de la
conocimiento básico se está empleando en intentos por sinteti- glucosilación. La falta de ligandos fucosilados para selectinas lleva a
zar compuestos que bloquean interacciones entre selectina y ligan- una notoria aminoración del rodamiento de neutrófilos. Los enfer-
do y que, de esta manera, quizá inhiban la respuesta inflamatoria. mos sufren infecciones bacterianas recurrentes, que ponen en peli-
Los métodos incluyen administración de anticuerpos monoclonales gro la vida, y retraso psicomotor y mental. La enfermedad parece
específicos o de análogos de sialil-Lewisx sintetizados químicamen- mostrar respuesta a la fucosa por vía oral.
te, ambos de los cuales se unen a selectinas. Las células cancerosas
suelen mostrar sialil-Lewisx y otros ligandos de selectina sobre su La multinuclearidad eritroblástica hereditaria con resultado
superficie. Se cree que estos ligandos participan en la invasión y me- positivo de una prueba de hemólisis en suero acidificado (HEM-
tástasis de células cancerosas. pAS) —anemia diseritropoyética congénita tipo II— es otro trastor-
no en el cual se cree que participan anormalidades en el procesa-
Ciertas enfermedades dependen miento de N-glucanos. Se ha afirmado que algunos casos se deben a
de anormalidades de la síntesis defectos de la a alfa-manosidasa II.
de glucoproteínas
La hemoglobinuria paroxística nocturna (pNH) es una ane-
El cuadro 47-15 lista varias enfermedades en las cuales son impor- mia leve adquirida que se caracteriza por la presencia de hemoglo-
tantes las anormalidades de la síntesis de glucoproteínas. Como se bina en la orina debido a hemólisis de eritrocitos, en particular du-
mencionó, muchas células cancerosas muestran diferentes perfiles rante el sueño. Este último fenómeno quizá refleje una reducción
leve del pH plasmático durante el sueño, lo que aumenta la suscep-
Cuadro 47-15 algunas enfermedades debidas tibilidad a lisis por el sistema de complemento (cap. 50). El defecto
a —o que involucran— anormalidades de la biosíntesis básico en la PNH es la adquisición de mutaciones somáticas en el
de glucoproteínas gen PIG-A (que significa fosfatidilinositol glucano clase A) de cier-
tas células hematopoyéticas. El producto de este gen parece ser la
Enfermedad anormalidad enzima que enlaza la glucosamina al fosfatidilinositol en la estructu-
ra del GPI (fig. 47-1). De este modo, las proteínas que están fijas por
Cáncer La ramiicación incrementada de glucanos medio de un enlace de GPI son deficientes en la membrana eritrocí-
de supericie celular o la presentación de tica. Dos proteínas despiertan especial interés: el factor acelerador
Trastornos congénitos ligandos de selectina puede ser de la descomposición (DAF) y otra proteína designada CD59. En
de la glucosilación1 importante en metástasis.
Cuadro 47-16 Principales características
HEMPAS2 (OMIM Véase el cuadro 47-16. de los trastornos congénitos de la glucosilación
224100)
Anormalidades de ciertas enzimas (p. ej., •  T  rastornos autosómicos recesivos
Deiciencia de manosidasa II y otras) involucradas en la
adherencia de biosíntesis de N-glucanos, en especial •  T  rastornos de múltiples sistemas que probablemente no se han 
leucocito, tipo II las que afectan la membrana eritrocítica. reconocido en el pasado
(OMIM 266265)
Probablemente mutaciones que afectan un  •  P  or lo general afectan el sistema nervioso, lo que da por resultado 
Hemoglobinuria transportador de GTP-fucosa ubicado en el  retraso psicomotor y otras características
paroxística aparato de Golgi, que ocasionan fucosilación
nocturna (OMIM defectuosa. •   Los trastornos tipo I se deben a mutaciones en genes que codiican 
311770) para enzimas (p. ej., fosfomanomutasa-2 [PMN-2], que origina CDG Ia) 
Defecto adquirido de la biosíntesis de las involucradas en la síntesis de dolicol-P-P-oligosacárido
estructuras de GPI3 del factor acelerador
de la descomposición (DAF) y CD59. •   Los trastornos tipo II se deben a mutaciones en genes que codiican 
para enzimas (p. ej., GlcNAc transferasa-2, que causa CDG IIa)
involucrada en el procesamiento de cadenas de N-glucano

Enfermedad de Deiciencia de la GlcNAc fosfotransferasa, que •  S  e han reconocido al menos 15 trastornos distintos

célula I (OMIM se traduce en dirección anormal de ciertas •   El enfoque isoeléctrico de la transferrina es una prueba bioquímica 
252500) enzimas lisosómicas. útil para ayudar en el diagnóstico de estas enfermedades; el truncado

1 El número de OMIM para el trastorno congénito de la glucosilación tipo I a es 212065. de las cadenas de oligosacárido de esta proteína altera su modelo de

2 Multinuclearidad eritroblástica hereditaria con un resultado positivo de una prueba enfoque isoeléctrico

de hemólisis en suero acidiicado (anemia diseritropoyética congénita tipo II). Ésta es •  L  a manosa por vía oral ha resultado beneiciosa en el tratamiento de 

una forma relativamente leve de anemia. Releja al menos en parte la presencia en

las membranas eritrocíticas de diversas glucoproteínas con cadenas de N-glucano
anormales, que contribuyen a la susceptibilidad a lisis.

www.FreeLibros.org3Glucosilfosfatidilinositol.
CDG Ia
abreviatura: CDG, trastorno congénito de la glucosilación.

CApítulo 47 Glucoproteínas 523

circunstancias normales interactúan con ciertos componentes del citos T. La deficiencia de esta proteína en lactantes de corta edad

sistema de complemento (cap. 50) para impedir las acciones hemo- como resultado de mutación los hace muy susceptibles a infeccio-

líticas de este último. Aun así, cuando son deficientes, el sistema de nes recurrentes.

complemento puede actuar sobre la membrana eritrocítica y dar por

resultado hemólisis. Un anticuerpo monoclonal contra C5, un com-

ponente terminal del sistema de complemento, ha resultado útil en La enfermedad de célula i se produce
el manejo de PNH al inhibir la cascada de complemento. La PNH se por dirección defectuosa de enzimas
puede diagnosticar de manera relativamente simple, dado que los lisosómicas
eritrocitos son considerablemente más sensibles a hemólisis en sue-

ro normal acidificado a pH de 6.2 (prueba de Ham); el sistema de Como se indicó, Man 6-P sirve como un marcador químico para
complemento se activa en estas condiciones, pero las células norma- dirigir ciertas enzimas lisosómicas a ese organelo. El análisis de fi-
les no quedan afectadas. En la figura 47-16 se resume la causa de la broblastos en cultivo derivados de individuos con enfermedad de
PNH. célula I (célula de inclusión) tuvo una participación importante en
revelar la función anterior de Man 6-P. La enfermedad de célula I es
El estudio de las distrofias musculares congénitas (CMD) ha una enfermedad rara caracterizada por retraso psicomotor intenso
revelado que algunas de ellas (p. ej., el síndrome de Walker-War- y progresivo, y diversos signos físicos; la muerte a menudo sucede
burg, la enfermedad músculo-ojo-cerebro, la CMD de Fukuyama) durante el primer decenio de la vida. Se halló que las células en cul-
son el resultado de defectos de la síntesis de glucanos en la proteína

α-distroglucano (α-DG). Esta proteína sobresale desde la membra- tivo de sujetos con enfermedad de célula I carecen de casi todas las
na de superficie de las células musculares, e interactúa con la lami- enzimas lisosómicas normales; de este modo, los lisosomas acumu-
nina-2 (merosina) en la lámina basal (fig. 49-11). Si los glucanos de lan muchos tipos diferentes de moléculas no degradadas, lo que for-
α-DG no se forman de modo correcto (como resultado de mutacio- ma cuerpos de inclusión. Se observó que las muestras de plasma de
nes en genes que codifican para ciertas glucosiltransferasas), esto pacientes que presentan la enfermedad contienen actividades muy
origina interacción defectuosa de α-DG con la laminina, que a su altas de enzimas lisosómicas; esto sugirió que las enzimas se estaban
vez conduce a la aparición de una CMD.
sintetizando pero que no estaban llegando a su destino intracelular
La artritis reumatoide muestra vínculo con una alteración de apropiado, y en su lugar se estaban secretando. Se notó que las célu-
la glucosilación de moléculas de inmunoglobulina G (IgG) circulan- las en cultivo de pacientes que tenían la enfermedad captaban enzi-
tes (cap. 50), de manera que carecen de lactosa en sus regiones Fc y mas lisosómicas añadidas de manera exógena, obtenidas a partir de
terminan en GlcNAc. La proteína de unión a manosa (MBP, que no individuos normales, lo que indicó que las células contenían un
debe confundirse con el receptor de manosa 6-P), una lectina C sin- receptor normal sobre su superficie para captación endocítica de
tetizada por las células del hígado y secretada hacia la circulación, se enzimas lisosómicas. Además, este dato sugirió que las enzimas li-
une a manosa, GlcNAc y algunos otros azúcares. Así, puede unirse a sosómicas de sujetos con enfermedad de célula I podrían carecer
moléculas de agalactosil IgG, que luego activan el sistema de com- de un marcador de reconocimiento. Estudios adicionales revela-
plemento (cap. 50), lo que contribuye a inflamación crónica en las ron que las enzimas lisosómicas de individuos normales portaban el
membranas sinoviales de articulaciones.
marcador de reconocimiento Man 6-P antes descrito, que interac-
La MBp también puede unirse a los azúcares anteriores cuando tuó con una proteína intracelular específica, el receptor de Man 6-P.
están presentes sobre la superficie de ciertas bacterias, hongos y vi- A continuación se encontró que las células en cultivo de pacientes
rus, lo que prepara a estos agentes patógenos para opsonización o con enfermedad de célula I tenían deficiencia de la actividad de la
para destrucción por el sistema de complemento. Éste es un ejemplo GlcNAc fosfotransferasa ubicada en cis-Golgi, lo que explica de
de inmunidad innata, que no involucra inmunoglobulinas o linfo- qué modo sus enzimas lisosómicas no adquirieron el marcador Man

6-P. Ahora se sabe que hay dos proteínas receptoras de Man 6-p,

una de masa molecular alta (225 kDa) y una de masa molecular baja

(46 kDa). Estas proteínas son lectinas, y reconocen Man 6-p. La

Mutaciones adquiridas en el gen PIG-A primera es independiente de catión y se une también al IGF-II (de
de ciertas células hematopoyéticas
ahí que se denomine el receptor de Man 6-P–IGF-II), mientras que
la segunda depende de catión en algunas especies, y no se une a

Síntesis defectuosa del enlace IGF-II. Parece ser que ambos receptores funcionan en la clasifica-
GlcNH2-PI de anclas de GPI
ción intracelular de enzimas lisosómicas hacia vesículas cubiertas
con clatrina, lo que ocurre en el trans-Golgi después de síntesis de

Decremento de cantidades de proteínas ancladas por Man 6-P en el cis-Golgi. Estas vesículas a continuación abandonan
GPI en la membrana eritrocítica; el factor acelerador de la el aparato de Golgi y se fusionan con un compartimiento prelisosó-
descomposición (DAF) y CD59 tienen particular importancia mico. El pH bajo en este compartimiento hace que las enzimas liso-
sómicas se disocien de sus receptores y luego entren en lisosomas.

El DAF y CD59 no se oponen a ciertos componentes Los receptores se reciclan y se vuelven a emplear. Sólo un receptor
del sistema de complemento, lo que suscita lisis de de menor tamaño funciona en la endocitosis de enzimas lisosómi-
cas extracelulares, que es una vía menor para la ubicación lisosó-
eritrocitos mediada por complemento
mica. No todas las células usan el receptor de Man 6-P para dirigir

Figura 47-16 Esquema de la causa de la hemoglobina

www.FreeLibros.orgparoxística nocturna (OMIM 311770).
sus enzimas lisosómicas (p. ej., los hepatocitos emplean una vía di-
ferente pero indefinida); más aún, no todas las enzimas lisosómicas

524 SECCIÓN VI Temas especiales

Mutaciones en el gen Cuadro 47-17 Principales características de algunas
GlcNAc fosfotransferasa mutante enfermedades1 debidas a deficiencias de glucoproteína
hidrolasas2

Falta de transferencia normal de GlcNAc 1-P a •  P  or lo general suscitan retraso mental u otras anormalidades neurológicas, 
residuos manosa específicos de ciertas enzimas y en algunos trastornos hay facciones toscas o visceromegalia (o ambas)

destinadas a lisosomas •   La gravedad varía desde leve hasta rápidamente progresiva

Por ende, estas enzimas carecen de Man 6-P y se •   Herencia autosómica recesiva
secretan desde las células (p. ej., hacia el plasma)
•   Pueden mostrar distribución étnica (p. ej., la aspartilglucosaminuria es 
en lugar de dirigirse hacia lisosomas frecuente en Finlandia)

•   En algunos trastornos la microscopia revela vacuolización de células

De este modo, los lisosomas tienen deficiencia de •   Presencia de productos de degradación anormales (p. ej., oligosacáridos 
ciertas hidrolasas, no funcionan de manera apropiada, que se acumulan debido a la deiciencia de enzima) en la orina,
detectable mediante TLC; puede caracterizarse por medio de GLC-MS
y acumulan material celular parcialmente digerido,
lo que se manifiesta como cuerpos de inclusión •   El diagnóstico deinitivo se hace mediante valoración de la enzima 
apropiada, a menudo empleando leucocitos
Figura 47-17 Resumen de la causa de la enfermedad de célula I
•   Posibilidad de diagnóstico prenatal por medio de valoraciones de 
(OMIM 252500). enzimas apropiadas

•   No hay un tratamiento deinitivo

se dirigen mediante este mecanismo. De esta manera, las investiga- 1α-Manosidosis, β-manosidosis, fucosidosis, sialidosis, aspartilglucosaminuria, y
ciones bioquímicas de la enfermedad de célula I no sólo dieron pie
a la dilucidación de su fundamento, sino que también contribuye- enfermedad de Schindler.
ron de modo importante al conocimiento de cómo las proteínas re- 2 Números de OMIM: alfa-manosidosis, 248500; β-manosidosis, 248510; fucosidosis, 
230000; sialidosis, 256550; aspartilglucosaminuria, 208400; enfermedad de Schindler, 
609241.

cién sintetizadas se dirigen hacia organelos específicos, en este caso

del lisosoma. En la figura 47-17 se resume la causa de la enfermedad aspartilglucosaminidasa y α-N-acetilgalactosaminidasa. Estas en-

de célula I. fermedades, que son relativamente raras, tienen diversas manifesta-

La seudopolidistrofia de Hurler es otra enfermedad genética ciones; algunas de sus características principales se listan en el cua-

estrechamente relacionada con la enfermedad de célula I. Es una dro 47-17. El hecho de que los individuos afectados por estos

enfermedad más leve, y los enfermos pueden sobrevivir hasta la trastornos muestran signos atribuibles al sistema nervioso central

adultez. Los estudios han revelado que la GlcNAc fosfotransferasa refleja la importancia de las glucoproteínas en el desarrollo y la fun-

involucrada en la enfermedad de célula I tiene varios dominios, en- ción normal de ese sistema.

tre ellos un dominio catalítico y uno que reconoce de manera espe-

cífica enzimas lisosómicas e interactúa con las mismas. Se ha pro-

puesto que el defecto en la seudopolidistrofia de Hurler yace en este LOS GLUCANOS DE GLUCOCONjUGADOS

último dominio, y la retención de cierta actividad catalítica da por PARTICIPAN EN LA UNIÓN DE VIRUS,
resultado una enfermedad más leve.
BACTERIAS Y CIERTOS PARÁSITOS

Las deficiencias genéticas de hidrolasas A CÉLULAS DE SER HUMANO
lisosómicas de glucoproteínas suscitan
enfermedades como la α-manosidosis Una característica principal de los glucanos, y una que explica mu-
chas de sus acciones biológicas, es que se unen de modo específico
a diversas moléculas, como proteínas y otros glucanos. Un reflejo de

Las glucoproteínas, al igual que casi todas las otras biomoléculas, esto es su capacidad para unirse a ciertos virus, muchas bacterias y

pasan por síntesis y degradación (es decir, recambio). La degrada- algunos parásitos.

ción de las cadenas de oligosacárido de glucoproteínas comprende El virus de la influenza A se une a moléculas receptoras de

una batería de hidrolasas lisosómicas, entre ellas α-neuraminidasa, glucoproteína de superficie celular que contienen NeuAc por medio

β-galactosidasa, β-hexosaminidasa, α- y β-manosidasas, α-N-acetil- de una proteína llamada hemaglutinina (H). También posee una

galactosaminidasa, α-fucosidasa, endo- β-N-acetilglucosaminidasa, neuraminidasa (N) que tiene una participación clave en permitir la

y aspartilglucosaminidasa. En el pie de la figura 47-5 se indican los elución de progenie recién sintetizada desde células infectadas. Si se

sitios de acción de las dos últimas enzimas. Puede haber defectos de inhibe este proceso, la diseminación de los virus disminuye de ma-

las actividades de estas enzimas determinados por mecanismos ge- nera notoria. Ahora se encuentran disponibles inhibidores de esta

néticos, lo que produce degradación anormal de glucoproteínas. La enzima (p. ej., zanamivir, oseltamivir) para uso en el tratamiento

acumulación en los tejidos de esas glucoproteínas degradadas pue- de sujetos con influenza. Los virus de la influenza se clasifican de

de llevar a varias enfermedades. Entre las mejor reconocidas de acuerdo con el tipo de hemaglutinina y neuraminidasa que poseen.

éstas figuran la manosidosis, fucosidosis, sialidosis, aspartilgluco- Hay al menos 16 tipos de hemaglutinina y nueve de neuraminidasa.
saminuria y enfermedad de Schindler, que se deben, respectivamen- Así, el virus de la influenza aviaria se clasifica como H5N1. En vista

www.FreeLibros.orgte, a deficiencias de α-manosidasa, α-fucosidasa, α-neuraminidasa, de la posibilidad de que ocurra una pandemia, hay gran interés en el

CApítulo 47 Glucoproteínas 525

Virus de la H. pylori
influenza aviaria
Célula α 2, 3 Interior (luz)
Gal NeuAc N1 del estómago

H5

Célula α 2, 6 Virus de la A Adhesina B
Gal NeuAc influenza aviaria Núcleo
Células epiteliales
N1 del revestimiento del
estómago
H5

Figura 47-18 Representación esquemática de la unión del virus Figura 47-19 Fijación de Helicobacter pylori a células epiteliales

de la influenza aviaria (H5N1) a una célula epitelial respiratoria. La del estómago. La adhesina, una proteína presente en la cola de H. pylori,
hemaglutinina (HA) viral media su entrada a las células al unirse a interactúa con dos glucanos diferentes (estructuras que se muestran
un glucano sobre la superficie celular que termina por el disacárido abajo) presentes en glucoproteínas sobre la superficie de células
galactosa → α 2,3-NeuAc. No se unirá a un glucano que termina epiteliales gástricas. Esto proporciona un sitio de fijación para la
por galactosa → α 2,6-NeuAc, que es el tipo que se encuentra de bacteria. Luego libera moléculas, como amoniaco, que contribuyen
manera predominante en las vías respiratorias de ser humano. Si la HA a iniciar la ulceración péptica. (A) NeuAcα2,3Galβ1,4—proteína
viral se alterara por mutación y adquiriera la capacidad de unirse a este (neuraminil-galactosa); (B) Fucα1,2Galβ1,3GlcNAc— proteína
último disacárido, podría incrementar de manera considerable su (sustancia LewisB).
patogenicidad para seres humanos. (H5, hemaglutinina tipo 5; N1,
neuraminidasa tipo 1.)

modo en que este virus se fija a las células de ser humano. Se ha ha-

llado que el virus se fija de preferencia a glucanos terminados por el ocurre deshidratación relativa de las secreciones respiratorias por

disacárido galactosa → α 2,3-NeuAc (fig. 47-18). Como quiera que cambios de la composición de electrólitos en las vías respiratorias

sea, el disacárido predominante que termina glucanos en las células como resultado de mutaciones en el CFTR. Las bacterias como P.

de las vías respiratorias de ser humano es galactosa → α 2,6-NeuAc. aeruginosa se fijan a las cadenas de azúcar de mucinas, y encuentran

Si sucede un cambio en la estructura de la hemaglutinina viral (debi- en el ambiente deshidratado en los bronquiolos un sitio favorable en

do a mutación) que permita que se una a este último disacárido, esto el cual multiplicarse.

podría incrementar mucho la infectividad potencial del virus, lo que La fijación de Plasmodium falciparum —uno de los tipos de

posiblemente ocasionaría consecuencias muy graves. plasmodios que originan paludismo— a células de ser humano está

El virus de la inmunodeficiencia humana tipo 1 (VIH-1), que mediada por un GPI presente sobre la superficie del parásito.

la mayoría cree que es la causa del SIDA, se fija a las células median- Varios investigadores están analizando las superficies de vi-

te una de sus glucoproteínas de superficie (gp120) y usa otra gluco- rus, bacterias, parásitos y células de ser humano para determinar

proteína de superficie (gp41) para fusionarse con la membrana de la cuáles moléculas participan en la fijación. Tiene importancia defi-

célula huésped. Durante la infección por VIH-1 se producen anti- nir la naturaleza exacta de las interacciones entre organismos inva-

cuerpos contra gp120, y ha habido interés por emplear la proteína sores y células huésped, dado que se espera que esto lleve a la crea-

como una vacuna. Un problema importante con este método es que ción de fármacos y otros agentes que inhibirán de modo específico

la estructura de gp120 puede cambiar con relativa rapidez, lo que la fijación.

permite al virus escapar de la actividad neutralizante de anticuerpos

dirigidos contra ella.

Se cree que Helicobacter pylori es la principal causa de úlceras EL RITMO DE LA INVESTIGACIÓN
pépticas. Se ha mostrado en estudios que esta bacteria se une a por EN GLUCÓMICA SE ESTÁ ACELERANDO

lo menos dos glucanos diferentes que se encuentran sobre la super-

ficie de células epiteliales en el estómago (fig. 47-19). Esto permite En el pasado, la falta de disponibilidad de técnicas idóneas para de-

que establezca un sitio de fijación estable en el revestimiento del terminar las estructuras de glucanos obstaculizó la investigación

estómago, y se cree que la secreción subsiguiente de amoniaco y sobre glucoconjugados. De cualquier manera, ahora se dispone de

otras moléculas por la bacteria inicia la ulceración. técnicas analíticas apropiadas (algunas de las cuales se listan en el

De manera similar, también se sabe que muchas bacterias que cuadro 47-3), al igual que de nuevas y potentes técnicas genéticas

dan por resultado diarrea se fijan a las células de superficie del in- (p. ej., deleciones y noqueos usando moléculas de RNAi). Es seguro

testino por medio de glucanos presentes en glucoproteínas o gluco- que la investigación en glucómica no sólo proporcionará muchísi-

lípidos. ma información estructural sobre glucoconjugados, lo que ayudará

La causa básica de la fibrosis quística son mutaciones en el a revelar “el código de azúcar de la vida”, sino que también descu-

gen que codifica para CFTR (caps. 40 y 54). Un problema importan- brirá muchas interacciones biológicas nuevas e importantes que
te en esta enfermedad son las infecciones pulmonares recurrentes dependen de azúcar, y proporcionará blancos para terapias farma-

www.FreeLibros.orgpor bacterias como Pseudomonas aeruginosa. En la fibrosis quística cológicas y de otros tipos.

526 SECCIÓN VI Temas especiales

rESuMEN ■ Es probable que los avances en el nuevo campo de la glucómica
proporcionen mucha información nueva sobre las funciones de
■ Las glucoproteínas son proteínas ampliamente distribuidas —con azúcares en la salud y la enfermedad, y que indiquen también blancos
diversas funciones— que contienen una o más cadenas de para farmacoterapia y otros tipos de terapias.
carbohidrato enlazadas de modo covalente.
rEFErENCiaS
■ Los componentes carbohidrato de una glucoproteína varían desde
1% hasta más de 85% de su peso, y pueden tener estructura simple o Burtis CA, Ashwood ER, Bruns DE (editors): Tietz Textbook of Clinical
muy compleja. Ocho azúcares se encuentran principalmente en las Chemistry and Molecular Diagnostics. 4th ed. Elsevier Saunders,
cadenas de azúcar de glucoproteínas de ser humano: xilosa, fucosa, 2006. (Chapter 25 contains a good discussion of glycated
galactosa, glucosa, manosa, N-acetilgalactosamina, hemoglobin).
N-acetilglucosamina y ácido N-acetilneuramínico.
Chandrasekeran A, Srinivasan A, Raman R et al: Glycan topology
■ Al menos algunas de las cadenas de oligosacárido de las determines human adaptation of avian H5N1 virus hemaglutinin.
glucoproteínas codiican información biológica; también son Nat Biotechnology 2008;26:107.
importantes para las glucoproteínas en la modulación de su
solubilidad y viscosidad, en la protección de las glucoproteínas Freeze HH: Congenital disorders of glycosylation: CDG-I, CDG-II,
contra proteólisis, y en sus acciones biológicas. and beyond. Curr Mol Med 2007;7:389.

■ Las estructuras de cadenas de oligosacárido se pueden elucidar Helenius A, Aebi M: Roles of N-linked glycans in the endoplasmic
mediante cromatografía de gas-líquido, espectrometría de masa y reticulum. Annu Rev Biochem 2004;73:1019.
espectrometría con NMR de alta resolución.
Kornfeld R, Kornfeld S: Assembly of asparagine-linked
■ Las glucosidasas hidrolizan enlaces especíicos en oligosacáridos, y se oligosaccharides. Annu Rev Biochem 1985;54:631.
emplean para explorar tanto las estructuras como las funciones de las
glucoproteínas. Michele DE, Campbell KP: Dystrophin-glycoproteins complex:
post-translational processing and dystroglycan function. J Biol
■ Las lectinas son proteínas de unión a carbohidrato involucradas en la Chem 2003;278:15457.
adherencia celular y en muchos otros procesos biológicos.
Ohtsubo K, Marth JD: Glycosylation in cellular mechanisms of health
■ Las principales clases de glucoproteínas son O-enlazadas (que and disease. Cell 2006;126:855.
involucran un OH de serina o treonina), N-enlazadas (que incluyen
el N del grupo amida de la asparagina), y enlazadas a Pilobelli KT, Mahal LK: Deciphering the glycocode: the complexity
glucosilfosfatidilinositol (GPI). and analytical challenge of glycomics. Curr Opin Chem Biol
2007;11:300.
■ Las mucinas son una clase de glucoproteínas O-enlazadas que están
distribuidas sobre la supericie de células epiteliales de las vías Ramasamy R et al: Receptor for advanced glycation end products:
respiratorias, el tubo digestivo y las vías reproductoras. fundamental roles in the inflammatory response: winding the way
to the pathogenesis of endothelial dysfunction and atherosclerosis.
■ El retículo endoplásmico y el aparato de Golgi desempeñan una Ann NY Acad Sci 2008;1126:7.
función importante en reacciones de glucosilación involucradas en la
biosíntesis de glucoproteínas. Roseman S: Reflections on glycobiology. J Biol Chem 2001;
276:41527.
■ Las cadenas de oligosacárido de glucoproteínas O-enlazadas se
sintetizan por medio de la adición por pasos de azúcares donados Schachter H: The clinical relevance of glycobiology. J Clin Invest
por azúcares nucleótido en reacciones catalizadas por glucoproteína 2001;108:1579.
glucosiltransferasas especíicas individuales.
Scriver CR et al (editors): The Metabolic and Molecular Bases of
■ En contraste, la síntesis de glucoproteínas N-enlazadas involucra un Inherited Disease. 8th ed. McGraw-Hill, 2001. (Various chapters in
dolicol-P-P-oligosacárido especíico y diversas glucosiltransferasas y this text and its up-dated online version [see References for
glucosidasas. Dependiendo de las enzimas y de las proteínas Chapter 1] give in-depth coverage of topics such as I-cell disease
precursoras en un tejido, puede sintetizar oligosacáridos N-enlazados and disorders of glycoprotein degradation.)
tipos complejo, híbrido, o con alto contenido de manosa.
Sharon N, Lis H: History of lectins: from hemagglutinins to biological
■ Las glucoproteínas están implicadas en muchos procesos biológicos. recognition molecules. Glycobiology 2004;14:53R.
Por ejemplo, se ha encontrado que tienen funciones clave en la
fecundación y la inlamación. Taylor ME, Drickamer K: Introduction to Glycobiology. Oxford
University Press, 2003.
■ Se han reconocido varias enfermedades que comprenden
anormalidades de la síntesis y degradación de glucoproteínas. Las Varki A et al (editors): Essentials of Glycobiology. 2nd ed. Cold Spring
glucoproteínas también participan en muchas otras enfermedades, Harbor Laboratory Press, 2008.
entre ellas inluenza, SIDA, artritis reumatoide, ibrosis quística y
úlcera péptica. Von Itzstein M, Plebanski M, Cooke RM, Coppel RL: Hot, sweaty and
sticky: the glycobiology of Plasmodium falciparum. Trends Parasitol
2008; 24:210.

Werz DB, Seeberger PH: Carbohydrates are the next frontier in
pharmaceutical research. Chemistry 2005; 11:3194.

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La matriz extracelular CAPÍTULO

Robert K. Murray, MD, PhD y Frederick W. Keeley, PhD 48

IMPORTANCIA BIOMÉDICA El cuadro 48-1 resume la información sobre muchos de los ti-

pos de colágenos que se encuentran en tejidos de ser humano; la
Casi todas las células de mamífero están localizadas en tejidos don- nomenclatura usada para designar tipos de colágeno y sus genes se
de están rodeadas por una matriz extracelular (ECM) compleja describe en el pie de cuadro.
que suele denominarse “tejido conjuntivo”. La ECM contiene tres
En el cuadro 48-2, los tipos de colágeno listados en el cuadro
clases principales de biomoléculas: 1) las proteínas estructurales, 48-1 se subdividen en diversas clases con base principalmente en las
colágeno, elastina y fibrilina-1; 2) ciertas proteínas especializa- estructuras que forman. En este capítulo se abordan de manera es-
das, como fibronectina y laminina, y 3) proteoglucanos, cuya natu- pecífica los colágenos I y II formadores de fibrillas, los principales
raleza química se describe más adelante. Se ha encontrado que la colágenos de la piel y el hueso, y del cartílago, respectivamente. Sin
ECM participa en muchos procesos normales y patológicos; por embargo, se mencionarán algunos de los otros colágenos.
ejemplo, tiene funciones importantes en el desarrollo, en estados

inflamatorios y en la diseminación de células cancerosas. La afec-

ción de ciertos componentes de la ECM se ha documentado tanto EL COLÁGENO TIPO I ESTÁ COMPUESTO
en la artritis reumatoide como en la osteoartritis. Varias enferme- DE UNA ESTRUCTURA DE TRIPLE HÉLICE
dades (p. ej., osteogénesis imperfecta y varios tipos del síndrome de Y FORMA FIBRILLAS
Ehlers-Danlos) se deben a alteraciones genéticas de la síntesis de

colágeno. Componentes específicos de proteoglucanos (los glucosa- Todos los tipos de colágeno tienen una estructura de triple hélice.
minoglucanos; GAG) están afectados en el grupo de trastornos ge- En algunos colágenos, toda la molécula es de triple hélice, mientras
néticos conocidos como las mucopolisacaridosis. Ocurren cambios que en otros la triple hélice puede incluir sólo una fracción de la
en la ECM durante el proceso de envejecimiento. En este capítulo estructura. El colágeno maduro tipo I, que contiene unos 1 000 ami-
se describen las características bioquímicas básicas de las tres clases noácidos, pertenece al primer tipo; en él, cada subunidad polipeptí-
principales de biomoléculas que se encuentran en la ECM, y se ilus- dica o cadena alfa forma una hélice de poliprolina siniestra de tres
tra su importancia biomédica. También se consideran brevemente residuos por cada vuelta (fig. 48-1). Tres de estas cadenas alfa des-
las principales características bioquímicas de dos formas especiali- pués forman una superhélice diestra, lo que forma una molécula
zadas de ECM —hueso y cartílago— y de varias enfermedades que parecida a varilla de 1.4 nm de diámetro y de alrededor de 300 nm
las afectan. de largo. Una característica notoria del colágeno es la presencia de

residuos glicina en cada tercera posición de la parte de triple hélice

EL COLÁGENO ES LA PROTEÍNA MÁS de la cadena alfa. Esto es necesario porque la glicina es el único ami-
ABUNDANTE EN EL MUNDO ANIMAL noácido lo bastante pequeño como para adaptarse en el espacio li-
mitado disponible en el centro de la triple hélice. Esta estructura

repetitiva, representada como (Gli-X-Y)n, es un requerimiento ab-
El colágeno, el principal componente de casi todos los tejidos con- soluto para la formación de la triple hélice. Mientras que X y Y pue-

juntivos, constituye alrededor de 25% de la proteína de mamíferos. den ser cualquier otro aminoácido, aproximadamente 100 de las

Proporciona un armazón extracelular para todos los animales meta- posiciones X son prolina, y alrededor de 100 de las posiciones son

zoarios, y existe en casi todos los tejidos de animales. En tejidos de hidroxiprolina. La prolina y la hidroxiprolina confieren rigidez a la

ser humano se han identificado al menos 28 tipos de colágeno cons- molécula de colágeno. La hidroxiprolina se forma por medio de

tituidos por más de 30 cadenas polipeptídicas distintas (cada una la hidroxilación postraduccional de residuos prolina unidos a pépti-

codificada por un gen separado). Aun cuando varios de ellos sólo do, catalizada por la enzima prolil hidroxilasa, cuyos cofactores son

están presentes en proporciones pequeñas, pueden tener funciones ácido ascórbico (vitamina C) y α-cetoglutarato. Las lisinas en la po-

importantes en la determinación de las propiedades físicas de teji- sición Y también se pueden modificar luego de la traducción hacia

dos específicos. Además, varias proteínas (p. ej., el componente C1q hidroxilisina mediante la acción de la lisil hidroxilasa, una enzima

del sistema de complemento, proteínas surfactantes pulmonares con cofactores similares. Algunas de estas hidroxilisinas se pueden

SPA y SP-D) que no se clasifican como colágenos tienen dominios modificar más por medio de la adición de galactosa o galactosil-

parecidos a colágeno en su estructura; estas proteínas a veces se lla- glucosa mediante un enlace o-glucosídico, un sitio de glucosila-
www.FreeLibros.org527
man “colágenos no colágenos”. ción que es singular para el colágeno.

528 SECCIÓN VI Temas especiales

Cuadro 48-1 Tipos de colágeno y sus genes1 Cuadro 48-2 Clasificación de los colágenos, con base
principalmente en las estructuras que forman
Tipo genes Tejido

I COL1A1, COL1A2 Casi todos los tejidos conjuntivos, Clase Tipo

incluso hueso Formador de fibrillas I, II, III, V y XI
Parecido a red IV, VIII, X
II COL2A1 Cartílago, humor vítreo

III COL3A1 Tejidos conjuntivos extensibles, FACIT1 IX, XII, XIV, XVI, XIX
como la piel, los pulmones y el Filamentos con forma de rosario VI
sistema vascular

IV COL4A1–COL4A6 Membranas basales Fibrillas de fijación VII

V COL5A1–COL5A3 Componente menor en tejidos que Dominio transmembrana XIII, XVII

contienen colágeno I Otros XV, XVIII

VI COL6A1–COL6A3 Casi todos los tejidos conjuntivos Fuente: Basado en Prockop DJ, Kivirrikko KI: Collagens: molecular biology, diseases, and
potentials for therapy. Annu Rev Biochem 1995;64:403. Copyright © 1995 por Annual
VII COL7A1 Fibrillas de fijación Reviews. Reimpreso con autorización.
1 FACIT = colágenos asociados a fibrilla con triples hélices interrumpidas. Se han
VIII COL8A1–COL8A2 Endotelio, otros tejidos reconocido colágenos adicionales a los antes listados.

IX COL9A1–COL9A3 Tejidos que contienen colágeno II

X COL10A1 Cartílago hipertrófico

XI COL11A1, COL11A2, Tejidos que contienen colágeno II 67 nm
COL2A1

XII COL12A1 Tejidos que contienen colágeno I Fibrilla

XIII COL13A1 Muchos tejidos

XIV COL14A1 Tejidos que contienen colágeno I 300 nm

XV COL15A1 Muchos tejidos Molécula
XVI COL16A1 Muchos tejidos

XVII COL17A1 Hemidesmosomas cutáneos

XVIII COL18A1 Muchos tejidos (p. ej., hígado, Triple hélice 1.4 nm
XIX COL19A1 riñones)

Células de rabdomiosarcoma

Fuente: Adaptado de Prockop DJ, Kivirrikko KI: Collagens: molecular biology, diseases, Cadena alfa
and potentials for therapy. Annu Rev Biochem 1995;64:403. Copyright © 1995 por
Annual Reviews, www.annualreviews.org. Reimpreso con autorización.
1 Los tipos de colágeno se designan mediante números romanos. Las cadenas

de procolágeno constituyentes, llamadas cadenas proα, se numeran empleando Secuencia de – Gli – X –Y– Gli – X –Y– Gli – X–Y –
números arábigos, seguidos por el tipo de colágeno entre paréntesis. Por ejemplo, el aminoácidos
procolágeno tipo I se monta a partir de dos cadenas proα1 (I) y una proα2 (I). De este

modo, es un heterotrímero, mientras que el procolágeno tipo 2 se monta a partir de Figura 48-1 Características moleculares de estructuras de
tres cadenas proα1 (II) y, de esta manera, es un homotrímero. Los genes que codifican

para colágeno se nombran de acuerdo con el tipo de colágeno, escrito en números colágeno desde la secuencia primaria hasta la fibrilla. Cada cadena
arábigos para el símbolo del gen, seguido por una A y el número de la cadena proα polipeptídica individual forma una hélice siniestra de tres residuos
para la cual codifica. Así, los genes COL1A1 y COL1A2 codifican para las cadenas α1 y α2 (Gli-X-Y) por cada vuelta, y todas estas cadenas luego forman una
del colágeno tipo I, respectivamente. Ahora se han reconocido por lo menos 28 tipos superhélice diestra. (Modificada y reproducida, con autorización, de
de colágeno.

Eyre DR: Collagen: Molecular diversity in the body’s protein scaffold.

Science 1980;207:1315. Copyright © 1980 por la American Association

Los tipos de colágeno que forman fibras parecidas a varillas lar- for the Advancement of Science.)

gas en los tejidos se montan por medio de asociación lateral de estas

tres unidades de triple hélice hacia una alineación “escalonada por

cuartos” de modo que cada una está desplazada longitudinalmente

desde su vecina por un poco menos que un cuarto de su longitud lo que da aldehídos reactivos. Esos aldehídos pueden formar pro-

(fig. 48-1, parte superior). Esta disposición es la causa del aspecto en ductos de condensación aldol con otros aldehídos derivados de lisi-

bandas de estas fibras en tejidos conjuntivos. Las fibras de colágeno na o hidroxilisina, o formar bases Schiff con los grupos ε-amino de

se estabilizan más mediante la formación de enlaces cruzados cova- lisinas o hidroxilisinas no oxidadas. Estas reacciones, después de re-

lentes, tanto dentro como entre las unidades de triple hélice. Estos ordenamientos químicos adicionales, dan por resultado los enlaces

enlaces cruzados se forman por medio de la acción de la lisil oxida- cruzados covalentes estables que tienen importancia para la tensión

sa, una enzima dependiente de cobre que desamina de manera oxi- de corte de las fibras. La histidina también puede quedar involucra-

www.FreeLibros.orgdativa los grupos є-amino de ciertos residuos lisina e hidroxilisina, da en ciertos enlaces cruzados.

CApítulo 48 La matriz extracelular 529

Varios tipos de colágeno no forman fibrillas en los tejidos (cua- lisina, ni glucosilación de hidroxilisinas. El automontaje es un prin-
dro 48-2). Se caracterizan por interrupciones de la triple hélice con cipio fundamental en la biosíntesis de colágeno.
tramos de proteína que carecen de secuencias de repetición Gli-X-Y.
Estas secuencias no Gli-X-Y originan áreas de estructura globular Después de secreción desde la célula mediante el aparato de
entremezcladas en la estructura de triple hélice. Golgi, enzimas extracelulares denominadas procolágeno amino-
proteinasa y procolágeno carboxiproteinasa eliminan los péptidos
El colágeno tipo IV, el ejemplo mejor caracterizado de un co- de extensión en los extremos amino y carboxilo terminal, respecti-
lágeno con triples hélices discontinuas, es un componente de im- vamente. Estos polipéptidos pueden dividirse dentro de criptas o
portancia de las membranas basales, donde forma una red parecida pliegues en la membrana celular. Una vez que los propéptidos se
a malla. eliminan, las moléculas de colágeno de triple hélice, que contienen
unos 1 000 aminoácidos por cada cadena, se montan de manera
El colágeno pasa por extensas espontánea hacia fibras de colágeno, las cuales se estabilizan más
por medio de la formación de enlaces cruzados intercadena e in-
modificaciones postraduccionales tracadena mediante la acción de la lisil oxidasa, como se describió.

El colágeno recién sintetizado pasa por extensa modificación pos- Las mismas células que secretan colágeno también secretan fi-
traduccional antes de hacerse parte de una fibra de colágeno extra- bronectina, una glucoproteína grande presente sobre superficies
celular madura (cuadro 48-3). Al igual que casi todas las proteínas celulares, en la matriz extracelular y en la sangre (véase más adelan-
secretadas, el colágeno se sintetiza en ribosomas y en una forma te). La fibronectina se une a fibras de precolágeno que se están agre-
precursora, el preprocolágeno, que contiene una secuencia líder o gando, y altera la cinética de la formación de fibras en la matriz pe-
señal que dirige la cadena polipeptídica hacia la luz del retículo en- ricelular. Relacionados con la fibronectina y el procolágeno en esta
doplásmico. Conforme entra al retículo endoplásmico, esta secuen- matriz están los proteoglucanos heparán sulfato y condroitín sulfa-
cia líder se elimina de modo enzimático. La hidroxilación de resi- to (véase más adelante). De hecho, el colágeno tipo IX, un tipo de
duos prolina y lisina, y la glucosilación de hidroxilisinas en la colágeno menor del cartílago, contiene cadenas de proteoglucano
molécula de procolágeno, también tienen lugar en este sitio. La mo- fijas. Esas interacciones pueden servir para regular la formación de
lécula de procolágeno contiene extensiones polipeptídicas (pépti- fibras de colágeno y para determinar su orientación en los tejidos.
dos de extensión) de 20 a 35 kDa en sus extremos tanto amino
como carboxilo terminal, ninguno de los cuales está presente en el Una vez formado, el colágeno es relativamente estable desde el
colágeno maduro. Ambos péptidos de extensión contienen residuos punto de vista metabólico. Empero, su desintegración está aumen-
cisteína. Mientras que el propéptido amino terminal sólo forma en- tada durante la inanición y diversos estados inflamatorios. En varias
laces disulfuro intracadena, los propéptidos carboxilo terminal for- enfermedades hay producción excesiva de colágeno, por ejemplo, la
man enlaces disulfuro tanto intracadena como intercadena. La for- cirrosis hepática.
mación de estos enlaces disulfuro ayuda en el registro de las tres
moléculas de colágeno para formar la triple hélice, que se constituye Varias enfermedades genéticas se producen
desde el extremo carboxilo terminal. Luego de formación de la tri-
ple hélice, no puede tener lugar hidroxilación adicional de prolina o por anormalidades de las síntesis

de colágeno

Alrededor de 30 genes codifican para los colágenos, y su vía de bio-

síntesis es compleja; comprende por lo menos ocho pasos postra-

duccionales catalizados por enzima. Así, no sorprende que varias

Cuadro 48-3 orden y localización del procesamiento enfermedades (cuadro 48-4) se deban a mutaciones en genes que
del precursor de colágeno fibrilar codifican para colágeno o en genes que codifican para algunas de
las enzimas involucradas en estas modificaciones postraducciona-

intracelular les. Las enfermedades que afectan el hueso (p. ej., osteogénesis im-
perfecta) y cartílago (p. ej., las condrodisplasias) se comentarán más
1. División de péptido señal
adelante en este capítulo.

2. Hidroxilación de residuos prolil y algunos residuos lisil; glucosilación El síndrome de Ehlers-Danlos incluye un grupo de trastornos

de algunos residuos hidroxilisil hereditarios cuyas principales características clínicas son hiperex-

3. Formación de enlaces S-S intracadena e intercadena en péptidos de tensibilidad de la piel, fragilidad hística anormal y movilidad articu-
extensión lar incrementada. El cuadro clínico es variable y refleja la extensa

4. Formación de triple hélice heterogeneidad genética subyacente. Se han reconocido al menos
10 tipos, casi todos los cuales reflejan diversas lesiones en la síntesis
Extracelular
de colágeno. El tipo IV es el más serio debido a su tendencia a rotu-

1. División de propéptidos amino y carboxilo terminal ra espontánea de arterias o del intestino, lo que refleja anormalida-

2. Montaje de fibras de colágeno en alineación escalonada por cuartos des del colágeno tipo III. Los pacientes con el tipo VI, que se debe a
una deficiencia de lisil hidroxilasa, muestran notoria hipermovili-

3. Desaminación oxidativa de grupos ε-amino de residuos lisil e dad de las articulaciones, y tendencia a rotura ocular. Una deficien-

hidroxilisil a aldehídos cia de la procolágeno N-proteinasa, que causa formación de fibrillas

4. Formación de enlaces cruzados intracadena e intercadena por

www.FreeLibros.orgmedio de bases Schiff y productos de condensación de aldol
de colágeno delgadas e irregulares, anormales, suscita el tipo VIIC,
que se manifiesta por notoria hipermovilidad articular y piel suave.