TEMA 2. LAS MEMBRANAS CELULARES PDF

TEMA 2. LAS MEMBRANAS CELULARES 1. Teorías sobre la organización de la membrana plasmática 2. Composición y propiedades de las membranas celulares 2.1. Lípidos 2.2. Proteínas 3. Funciones de la membrana plasmática 1. Teorías sobre la organización de la membrana plasmática 1. T...

TEMA 2. LAS MEMBRANAS CELULARES 1. Teorías sobre la organización de la membrana plasmática 2. Composición y propiedades de las membranas celulares 2.1. Lípidos 2.2. Proteínas 3. Funciones de la membrana plasmática 1. Teorías sobre la organización de la membrana plasmática 1. Teorías sobre la organización de la membrana plasmática los fosfolípidos son moléculas anfipáticas, lo que condiciona su orientación en las membranas las proteínas confieren a las bicapas lipídicas sus propiedades biológicas El gran poder de resolución del Microscopio Electrónico de Transmisión permite visualizar las membranas celulares Todas las membranas celulares comparten una estructura común trilaminar (unidad de membrana) El modelo de Davson y Danielli fue incapaz de explicar nuevos datos experimentales sobre: R a) el grosor de la bicapa lipídica/proteínas, b) diferentes ratios proteínas/lípidos en las e i membranas, c) alta actividad de las fosfolipasas sobre las membranas, d) debían utilizarse n solventes orgánicos o detergentes apolares para extraer muchas proteínas t e r p El modelo de mosaico fluido de Singer y Nicholson (1972) r e - proteínas globulares formando un mosaico discontinuo (pudiendo t a atravesar la bicapa lipídica) c i - concepto de fluidez de membrana: movilidad lateral de lípidos y proteínas ó n Reinterpretación de las imágenes del M.E. Análisis estructural de las proteínas (Unwin y Henderson, 1975) A pesar de este anclaje la movilidad de las proteínas es alta y está regulada  Revisión del modelo de mosaico fluido de Singer y Nicolson mayor riqueza en proteínas (“más mosaico”) La membrana es una estructura heterogénea en su composición y propiedades Singer and Nicolson. Science (1972) modelo revisado Goñi, Biochim. Biophys. Acta (2014) algunas proteínas pueden cambiar entre estados de unión a la membrana o solubles en el citosol acuaporina fosfolípidos 5 Heterogeneidad lateral: dominios de membrana los fosfolípidos y las proteínas contactan de forma íntima y ordenada (también dinámica) 2. Composición y propiedades de las membranas celulares La composición de las membranas celulares revela claves sobre su origen evolutivo y su función * ?  2.1. Composición de la membrana: diversidad de sus lípidos Las propiedades y múltiples funciones de las membranas celulares están ligadas a la diversidad de sus lípidos. Esta diversidad es de dos tipos: 1) de su estructura química, que determina sus propiedades específicas; a veces, un pequeño cambio (un doble enlace o un átomo más de una cadena) puede generar diferencias en su función 2) de su cantidad y proporción, que afecta a sus propiedades colectivas en las membranas mediante interacciones lípido-lípido y lípido-proteína Las alteraciones de la homeostasis lipídica están ligadas a varias enfermedades Además, la composición de las membranas celulares revela claves sobre su origen evolutivo y su función  2.1.1. Fosfolípidos ASIMETRÍA EN LA COMPOSICIÓN FOSFOLIPÍDICA DE LAS MEMBRANAS Importante para las funciones celulares (fosfoglicéridos) transporte (carga eléctrica) señalización* y apoptosis* * reconocimiento* y adhesión * glicolípidos  Movimientos de los fosfolípidos Difusión lateral (responsable ppal de la fluidez) en la bicapa lipídica v = varias μm/s Rotación v = 10 x 106 veces/s Translocación (“flip-flop”) v = 1 vez / horas (participan translocadores fosfolipídicos –flipasas-) fotoblanqueo  Las membranas pueden estar en estado gel (cierta rigidez) o fluído, dependiendo de la temperatura y de su composición lipídica Para realizar sus funciones deben estar en estado fluído La fluidez de la membrana depende del tipo El cambio entre los estados “gel” y “fluido” de de ácidos grasos que forman parte de sus una membrana se produce a la temperatura fosfolípidos (grado de insaturación y de transición de fase Tm longitud de la cadena hidrocarbonada) 1 doble enlace 0 doble enlace  saturados insaturados 18C ¿Cómo regulan los organismos la fluidez de las membranas para mantener sus funciones?  Figure 3. Lipids regulate biological processes through membrane properties Harayama & Riezman (2018) Understanding the diversity of membrane lipid composition. Nature Reviews in Molecular Cell Biology, 19:281-296 Harayama & Riezman (2018) Understanding the diversity of membrane lipid composition. Nature Reviews in Molecular Cell Biology, 19:281-296 2.1.2. Glicolípidos * (*) en animales  2.1.3. Colesterol - En células animales - Modifica la fluidez de membrana según un doble efecto: la disminuye a Tas altas (y también a 37 °C), la aumenta a Tas bajas - Disminuye la permeabilidad de las membranas ciclopentanoperhidrofenantreno cola hidrocarbonada apolar 2.2. Composición de la membrana: Proteínas Estructura de la Bacteriorrodopsina (Unwin y Henderson, 1975) 248 aas (70% en 7 segmentos transmembrana) Lys 216 El carácter hidrofóbico/hidrofílico de una proteína de membrana se estudia a través de su perfil de hidropatía Predice la estructura que adopta la proteína en la membrana conexinas Representa las regiones hidrofóbicas (valores +) e hidrofílicas (valores -) de su secuencia de aminoácidos EXT INT N-t C-t  Clasificación de las proteínas de membrana según su localización e interacción con otras moléculas La criofractura permite visualizar con MET la distribución de las proteínas de membrana cara E hielo cara P  Imágenes de criofractura (también criograbado o freeze etching) núcleo Golgi poros citoplasma vesículas  ¿Se mueven libremente las proteínas en la membrana? ¿A qué velocidad? Técnicas de estudio Resultados a) fotoblanqueo con láser - factores que influyen en su movilidad b) inducción por un campo eléctrico + criofractura (fluidez de la bicapa lipídica, Tª, carga eléctrica, Pm, …) - movilidad restringida debido a: anclaje al citoesqueleto u otras estructuras submembranales formación de complejos moleculares existencia de dominios, polarización celular, … c) fusión celular + inmunocitoquímica Compartimentación de la membrana plasmática: polaridad y dominios de membrana La membrana celular de los enterocitos Las septinas generan septos forman polímeros está polarizada y tiene un dominio apical y que separan distintas partes de la célula otro basolateral con identidad bioquímica y funcional propias Krapf, D. Current Opinion in Cell Biology 2018, 53:15-21 Los filamentos de actina que interaccionan con el lado citosólico de la membrana celular forman dominios en los que el movimiento de moléculas está espacialmente restringido Krapf, D. Current Opinion in Cell Biology 2018, 53:15-21 Microdominios lipídicos, balsas lipídicas o lipid rafts Topografía de la membrana plasmática mediante Son regiones de la membrana con una microscopía de fuerza atómica: composición específica en lípidos y proteínas los lipid rafts sobresalen de la bicapa lipídica lípidos proteínas Ricas en colesterol, ácidos grasos saturados de cadena larga, glucoesfingolípidos, proteínas con segmentos transmembrana largos Importantes en procesos de señalización celular y formación de vesículas EXT Glucocáliz: recubrimiento superficial de la célula formado por glucoproteínas, proteoglucanos y glucolípidos G L U C O B I O L O G Í A Funciones: reconocimiento entre células y con la matriz extracelular, propiedades inmunológicas, cambios en campo eléctrico 3. Funciones de la membrana plasmática SEÑALIZACIÓN CELULAR La combinación de señales regula la actividad celular TEMA 2 LECTURAS RECOMENDADAS Alberts et al., 2010, 5ª ed., Ed. Omega - Cap. 10. Estructura de la membrana - Cap. 11. Transporte a través de membrana (p. 651-669) Becker y col., 2007, 6ª ed., Pearson/Addison Wesley - Cap. 7. Membranas: estructura, química y función LECTURAS COMPLEMENTARIAS Singer SJ and Nicolson GL (1972) The fluid mosaic model of the structure of cell membranes. Science 175, 720-731. Goñi, FM (2014) The basic structure and dynamics of cell membranes, an update of the Singer-Nicolson model. Biochim. Biophys. Acta 1838, 1467-1476.