El proceso de secreción se inicia en el Aparato de Golgi, donde se forma la vesícula o grano secretor. Estas vesículas se funden con la membrana plasmática de la célula en un proceso de exocitosis, liberando su contenido al medio extracelular. Se trata, por tanto, de un transporte unidireccional.
- Vías de secreción celular
+ Vía de la secreción constitutiva
La secreción constitutiva es el método de transporte y distribución de las proteínas y los lípidos que componen la membrana plasmática. Se da en todos los tipos celulares.
Una vez que la vesícula sale del Aparato de Golgi, ésta se dirige directamente a la membrana plasmática para proceder a la fusión de membranas y a la exocitosis, a una determinada velocidad, pero sin la necesidad de captar señales externas.
+ Vía de la secreción regulada
La secreción regulada es un método controlado, pues su mecanismo de secreción depende de la captación de una molécula señalizadora (como una hormona o un neurotransmisor).
En las células de morfología esférica, las vesículas pueden proceder a la fusión y a la exocitosis en cualquier zona de la membrana plasmática. Sin embargo, en células de distinta morfología (como las células epiteliales) algunas vesículas estarán destinadas a fusionarse en el dominio apical y otras en el dominio basolateral.
Lo mismo ocurre en las neuronas: unas vesículas llevarán a cabo la exocitosis específicamente en el axón, mientras que otras lo harán en el soma o cuerpo neuronal.
+ Mediadores de la secreción
La fusión de la membrana de las vesículas de secreción con la membrana plasmática se encuentra mediada por una gran variedad de proteínas para agilizar el autoensamblaje lipídico. Además, cada proteína presenta muchas copias de sí misma. Por ejemplo, en la vesícula sináptica existen unas 70 copias de la sinaptobrevina.
Entre esta gran variedad de proteínas implicadas en el proceso de exocitosis destacan las siguientes:
. Sinaptotagmina
La sinaptotagmina es una proteína situada en la membrana de las vesículas secretoras. Actúa como un sensor de iones Ca2+ para desencadenar la fusión de las membranas ante un aumento de la concentración de este ion en el citosol. Para captar estos iones Ca2+, la sinaptotagmina presenta dos sitios de unión al Ca2+, denominados dominios C2. La unión del Ca2+ a los dominios C2 provoca un cambio conformacional que induce la fusión de las membranas en el proceso de la exocitosis.
. Sinaptobrevina
La sinaptobrevina es una proteína situada en la membrana de la vesícula secretora. Estructuralmente, sólo presenta 1 segmento transmembrana (1STM), aunque su importancia es evidente dado que forma parte del llamado “complejo SNARE”.
El complejo SNARE está formado por la sinaptobrevina y por otras dos proteínas que, en cambio, se localizan en la membrana plasmática de la célula. Estas dos proteínas reciben el nombre de sintaxina y SNAP-25.
La interacción de estas tres proteínas del complejo SNARE promueve la aproximación de la vesícula a la membrana plasmática para proceder con la fusión. Ante la ausencia de alguna de ellas, las capas de agua del citosol impedirían la aproximación de la vesícula a la membrana.
. Transportador de 5-HT
Se encuentra en la membrana de la vesícula secretora, y resulta esencial para el transporte del material que se va a almacenar en el interior de la misma.
. Bomba de protones (H+)
Se encuentra en la membrana de la vesícula secretora, para transportar H + al interior vesicular en contra de gradiente mediante el consumo de ATP y, así, acidificarlo. El valor medio del pH en el citosol es de 7,35 y, en las vesículas, de 5,5.
Posteriormente, se aprovechará ese gradiente de protones para llevar a cabo el transporte activo secundario antiporte (o “contratransporte”) de las sustancias al interior vesicular.
. Catecolaminas
Las catecolaminas constituyen un grupo de sustancias que incluye a la adrenalina, a la noradrenalina y a la dopamina.
La concentración de estas catecolaminas es muy alta en el interior de la vesícula, por lo que debe existir un mecanismo para que la célula, por procesos osmóticos, no se hinche por la entrada de agua, ya que la turgencia resultante podría llevar a la ruptura de la membrana plasmática.
Para paliar este fenómeno intervienen los protones, que son introducidos en la vesícula de secreción por la bomba de H+ explicada anteriormente. Los protones se unen a las catecolaminas otorgándoles una carga de signo positivo. Como en el interior vesicular se encuentran proteínas libres con carga negativa (los proteoglucanos), se establecerán interacciones entre éstas y las catecolaminas protonadas (CAH+), evitando la entrada de agua.
. Proteoglicanos
Los proteoglicanos o proteoglucanos forman una matriz cargada negativamente que disminuye la diferencia de presión osmótica en el interior de la célula, tal y como se ha explicado anteriormente en su interacción con las catecolaminas.
. Proteínas G monoméricas
Las proteínas G monoméricas participan en el transporte de las vesículas entre los distintos compartimentos celulares y la fusión de las membranas.
- Disponibilidad de vesículas
En la secreción regulada, las vesículas que parten del Aparato de Golgi forman un contingente de reserva, es decir, un conjunto de vesículas preparadas para la exocitosis que no se aproximarán a la membrana plasmática hasta captar una señal. Estas vesículas se encuentran retenidas por el citoesqueleto mediante una proteína que recibe el nombre de sinapsina.
El proceso de exocitosis se desencadena cuando la concentración de Ca2+ citosólico aumenta. Este Ca2+ se unirá a la calmodulina (CaM) formando el complejo calciocalmodulina (Ca-CaM), el cual fosforila a la proteína sinapsina. La proteína sinapsina deja de retener las vesículas secretoras en el citoesqueleto y se desencadena la aproximación de las mismas a la membrana plasmática.
- Exocitosis
Las fases de la exocitosis son similares a aquellos procesos que protagonizan los neurotransmisores a la hora de ser liberados. Así, distinguimos las siguientes etapas.
+ Atraque o “docking”
Se produce una translocación de la vesícula hasta situarse prácticamente al lado de la membrana plasmática.
+ Fusión
La membrana de la vesícula se fusiona con la membrana plasmática de la célula presináptica y se desencadena el proceso de exocitosis. La membrana de la vesícula será recuperada mediante una endocitosis posterior.
A veces, la exocitosis de la vesícula puede tener lugar de manera espontánea, sin que un potencial de acción invada el termina presináptico. En estos casos, se puede medir el potencial postsináptico estimando el número de vesículas que se liberarán en el potencial de acción.
+ Liberación
Los neurotransmisores contenidos en la vesícula pasan al espacio sináptico para difundirse por la hendidura sináptica hasta los receptores de la membrana de la célula postsináptica.
- Ciclo de exocitosis y endocitosis
En la fusión de la membrana vesicular y la membrana plasmática para liberar los neurotransmisores se forma el llamado poro de fusión, el cual se encuentra limitado por proteínas. La liberación total del contenido de la vesícula se producirá cuando su membrana se fusione completamente con la membrana plasmática. Tras esto, para recuperar la membrana vesicular, se lleva a cabo un proceso de endocitosis en el que se recupera la vesícula.
Esta vesícula puede acidificarse para volver a ser cargada de neurotransmisor; o bien unirse al endosoma temprano para crear una nueva vesícula con nueva membrana.
Así, en la liberación del material a través del poro de fusión distinguimos tres conformaciones:
. Reposo: no hay fusión, luego no hay liberación.
. Transitoria: la fusión es mínima.
. Completa: la fusión es completa, al igual que la liberación del contenido.
- Enfermedades relacionadas con el proceso de secreción
+ Botulismo
La bacteria Clostridium botulinum produce la toxina botulínica, que hidroliza a la sinaptobrevina del complejo SNARE causando el botulismo.
El botulismo consiste en una parálisis muscular flácida, es decir, una parálisis en la cual los músculos se encuentran relajados. La toxina botulínica actúa rompiendo el complejo SNARE e impidiendo que se produzca la fusión.
A su vez, existen otros subtipos de botulismo que provocan la rotura del complejo SNARE en un sitio distinto o en una proteína distinta.
+ Tétanos
La bacteria Clostridium tetani produce la tetanospasmina, una toxina que rompe la sinaptobrevina y causa la enfermedad del tétanos.
El tétanos consiste en una parálisis muscular contraída, es decir, una parálisis en la cual los músculos se encuentran en contracción.
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Artículo redactado por Pablo Rodríguez Ortíz, Graduado en Biología por la Universidad de Málaga.