En una célula cualquiera existen miles de proteínas distintas ubicadas en regiones precisas de ésta y sometidas a un continuo recambio. Es así como existen proteínas ubicadas en porciones precisas de la membrana plasmática, en las membranas de particulares organelos o dentro de estos, en forma fija o móvil dentro de la porción soluble del citoplasma, de tránsito hacia o desde el interior del núcleo celular y, finalmente, proteínas cuyo destino final es ser exportadas de la célula (ej.: hormonas como la insulina). De esta manera, tanto la fabricación (síntesis) de tales proteínas como su distribución hacia su destino final son actividades vitales para la célula.

¿Cómo saben estas distintas proteínas cual será su destino?. Las investigaciones pioneras del biólogo celular Günther Blobel (Premio Nobel de Medicina, 1999) y sus investigadores asociados (ver recuadro adjunto), han mostrado cómo las proteínas son transportadas dentro de la célula desde su lugar de síntesis (los ribosomas) hacia los diversos destinos, cómo se integran en los distintos compartimientos (organelos) citoplasmáticos y por último cómo se exportan de la célula.

Cada proteína es única en el sentido que cada una de ellas está formada por una secuencia particular de aminoácidos, que se encuentra codificada en el materia.] Genético (ADN) de la célula. Esta secuencia no sólo le confiere a la proteína sus propiedades físico-químicas y funcionales sino que regiones particulares de esta secuencia constituyen un verdadero 'código postal' que determina el destino y localización final de cada proteína. Este código postal está representado por una región de la secuencia -comúnmente constituida por los primeros 15 a 60 aminoácidos de una proteína- llamado péptido señal o por una zona tridimensional formada por la interacción de varias regiones discontinuas de la secuencia de aminoácidos que se asocian espacialmente cuando la proteína se dobla sobre sí misma, llamado parche señal (Fig. 1). El ensamblaje de la secuencia de aminoácidos, que constituirá la estructura primaria de cualquier proteína, se comienza en los ribosomas, que son estructuras subcelulares capaces de leer el mensaje que ha sido transcrito desde el ADN a moléculas de ARN, y luego adicionar uno a uno los aminoácidos en una secuencia particular para cada tipo de proteína.

Así es como las proteínas cuyo primer destino es el retículo endoplásmico tienen un péptido señal en su extremo amino terminal que incluye una secuencia compuesta de 5 a 10 aminoácidos hidrofóbicos (Tabla 1) que es reconocido por un receptor de este organelo que abre un canal en su membrana permitiendo que tales proteínas puedan atravesarla. La mayoría de estas proteínas seguirán luego su curso hacia el aparato de Golgi, pero aquellas que, además, posean una determinada secuencia de cuatro aminoácidos (-Lys-Asp-Glu-Leu-C00H) en su otro extremo (carboxilo terminal) son retenidas en el retículo endoplásmico como proteínas propias de este organelo.

Por otra parte, el péptido señal de las proteínas que serán destinadas a las mitocondrias contiene varios trazos cortos de aminoácidos hidrofóbicos separados por un aminoácido cargado positivamente. Las proteínas destinadas a peroxisomas presentan una secuencia de tres aminoácidos determinados (-Ser-Lys-Leu-) cerca de su extremo carboxilo. mientras que las destinadas a ingresar al núcleo celular presentan un grupo de 5 o 6 aminoácidos cargados positivamente (Pro-Gly-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-) que se encuentra en el interior de la cadena polipeptídica. Este ingreso al núcleo celular ocurre través de los poros de la membrana nuclear y es mediado por otras proteínas conocidas como factores de transporte entre las cuales se destaca la carioferina-beta2, la que se une a las proteínas que van a ser transportadas y las dirige hacia los poros nucleares.

TABLA N°1 EJEMPLOS TÍPICOS DE PÉPTIDOS SEÑALES

Función del péptido señal: Destino de la cadena polipeptídica

Ejemplo

Importación al retículo endoplásmatico

+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-lle-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Gln-Gin-Leu-Thr-LysCys-Glu-Val-Phe-Gln-

Permanecer en el lúmen del retículo endoplásmico

 -Lys-Asp-Glu-Leu-COO-

Importación a la mitocondria

+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-lle-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu

Importación al núcleo

-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val

Importación al peroxisoma

- Ser-Lys-Leu-

Asociación a membranas mediante enlace covalente de un ácido mirístico al extremo amino terminal

+H3N-Gly-Ser-Ser-Lys-Ser-Lys-Pro-Lys-

En rojo se muestran los aminoácidos de carga positiva y en negrita los de carga negativa. Los aminoácidos subrayados corresponden a un bloque de aminoácidos hidrofóbicos.+ H3N corresponde al extremo amino terminal y COO al carboxilo terminal

Al menos desde hace tres décadas se ha venido planteando que la información biológica es estructural, lo que significa que lo que la célula es en cada momento está determinado por la estructura molecular y el orden espacial de sus componentes (Morowitz, 1968; Maturana y Varela,1972; Schoffeniels, 1976). Los estudios elegantemente elaborados por Blobel y su grupo son una prueba más del orden biológico donde cada molécula contiene en su misma estructura la información para su distribución, ubicación y funcionamiento.

Basta entonces una pequeña mutación que se traduzca en la sustitución de algún aminoácido para que la proteína así formada pierda su destino o funcionalidad. El conocimiento cabal de la estructura de las biomoléculas resulta crucial para entender una serie de enfermedades como las encefalopatías espongiformes, el mal de Alzheimer, la fibrosis quística y el SIDA.

Günter Blobel (Premio Nobel de Medicina y Fisiología, 1999)

Nació el 21 de Mayo de 1936 en Waltersdorf, Alemania. Recibió su título de Médico en 1960 en la Universidad de Tübingen y un grado de Doctor in Oncología en la Universidad de Wisconsin en Madison. Actualmente es Profesor en la Universidad Rockefeller e Investigador del Instituto Médico Howard Hughes de la misma Universidad. Ingresó al laboratorio de Biología Celular de la Universidad Rockefeller con una beca de posdoctorado en 1967, llegando a profesor asistente en 1969, profesor asociado en 1973, profesor en 1976 y distinguido corno Profesor D. Rockefeller en 1992. Previo a obtener el Premio Nobel, recibió 16 premios y reconocimientos. Es autor de más de 300 artículos científicos publicados en revistas de alto impacto en las áreas de la biología celular y molecular, bioquímica, fisiología animal y vegetal, farmacología celular y medicina. Casado con Laura Maioglio, dueña del Restaurant Barbetta de Nueva York, reside actualmente en la Ciudad de Nueva York )' en Fubine, Italia. Académicos de la Universidad Rockefeller han realizado importantes contribuciones científicas, entre las que se destaca el descubrimiento del ADN como transportador de la información genética y la reciente determinación de la estructura tridimensional de la ARN polimerasa. Esta Universidad privada, creada en 1901, cuenta con 20 Premios Nobel, cinco de los cuales continúan en ejercicio.