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Asignatura: Bioquimica, Profesor: , Carrera: Veterinaria, Universidad: UCM
Tipo: Apuntes
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Una membrana biológica es un elemento que describe los límites de la célula y regulan el tráfico de sustancias a través de estos límites. En las células eucariotas también dividen el espacio interno en espacios para separar los procesos biológicos. En las membranas biológicas sus funciones van a estar muy relacionadas con sus propiedades físicas:
Son unas propiedades físicas que van a condicionar las propiedades químicas de las membranas. Las membranas también son sujetos activos, ya que dentro de la membrana biológica hay proteínas. Estos constituyentes van a realizar procesos.
La membrana externa desarrolla diversos procesos:
En las membranas internas celulares también se desarrollan procesos importantes:
Sintetiz an proteín as en el retículo endopla smático . CONS TITUC
IÓN Están formadas por lípidos y proteínas principalmente también poseen glúcidos o hidratos de carbono. Las proporciones relativas de lípidos y proteínas varían en función del tipo celular, así como los tipos de lípidos y proteínas.
PROPIEDADES DE LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS
PRINCIPALES LÍPIDOS DE MEMBRANA
También llamados fosfoglicéridos, están formados por dos ácidos grasos esterificados en el primer y segundo carbono del glicerol. El tercer carbono está unido a un fosfato, el cual puede estar esterificado con otro alcohol. El C1 suele no tener dobles enlaces y en C2 suele ser monoinsaturado, con un doble enlace entre las posiciones 18 y 20. El alcohol unido a la posición 1 del glicerol puede ser: serina, etanolamina, colina, glicerol o inositol. Se nombran con fosfatidil... seguido del alcohol que tienen (fosfatidilserina, fosfatidilcolina...).
Los ácidos ácidos grasos son dos cadenas hidrocarbonadas que son insolubles en agua, son las partes apolares. Mientras que el alcohol con el glicerol unidos por el grupo fosfato es la parte polar. Se representa como una bola con dos patas, una con una pequeña inclinación (por el doble enlace).
Se diferencian de los glicerofosfolípidos en que no contien en glicerol sino esfingosina, que es un aminoalcohol de cadena larga (18C). Además poseen un ácido graso de cadena larga y un grupo polar unido por enlace glucosídico o por enlace fosfodiester. El ácido graso y la cadena hidrocarbonada de la esfingosina va a formar la parte apolar. En la posición 1 y 3 está el grupo hidroxilo. En la posición 2 un enlace amida con un ácido graso.
A temperaturas altas (líquido desordenado) hay más síntesis de ácidos grasos saturados. A temperaturas bajas (gel semisólido) hay más síntesis de ácidos grasos insaturados, para favorecer el estado ordenado.
PROTEÍNAS DE MEMBRANA
PROTEÍNAS INTEGRALES Interacción mediante interacciones hidrofóbicas entre los aa hidrofóbicos que constituyen las proteínas y los grupos ácido de los lípidos. La región hidrofílica es la que sobresale de la membrana con una distribución asimétrica, glicosilada.
Hay 6 tipos de proteínas integrales:
TRANSPORTE DE SOLUTOS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA Este transporte, cuando la sustancia a transportar es una sustancia apolar , va a atravesar fácilmente la membrana lipídica y va a transportarse siempre a favor de gradiente (de la zona más concentrada a la menos concentrada). Si la sustancia es polar , la sustancia se transportará a través de la membrana a favor de gradiente pero como tienen cargas diferentes se generará un potencial de membrana, que va a ejercer una fuerza inversa a aquellos movimientos que los debiliten. Cuando se equilibra el potencial ese tránsito de sustancias cargadas va a ir en contra de gradiente y ya no pasan más sustancias, luego no va a invertirse el potencial.
Físicamente, las sustancias polares en solución acuosa están rodeadas de agua, han de quitarse esas moléculas de agua deshidratándose, luego atraviesan una zona apolar, lo que conlleva la repulsión. Cuando lo atraviesan tienen que rehidratarse, esto requiere energía.
Las proteínas integrales de membrana disminuyen esa energía que necesitan para atravesar la membrana. Tipos de proteínas integrales (transportadores):
Ejemplo: cotransportador Na y glucosa en el intestino. En la zona apical (mirando a la luz del intestino) encontramos este cotransportador, el cual transporta glucosa contra gradiente (menos glucosa en la luz intestinal que en la luz de la célula) y Na será a favor de gradiente (desde más concent rado, exterior, a menos concentrado, interior) , esto es debido o gracias a la bomba NaK que bombea el sodio desde el interior al exterior, y se encuentra en la lámina basal de las células epiteliales, y va a ser la encargada de que la concentración de Na en el interior sea muy baja. En la lámina basal encontramos un transportador de glucosa pasivo, un GLUT2, que transpo rta del interior al exterior celular a favor de gradiente la glucosa.
Muchas patologías están relacion ados con fallos en estos transpo rtadores, en el 70% están relacion ados con la mutación de transpo rtadores.
IONÓFOROS
Péptido que se utiliza para transportar a través de la membrana unan sustancia polar. Funciona recubriendo a la sustancia polar, le quita la polaridad, la deja apolar y puede fluir libremente a través de la membrana.
MECANISMOS MOLECULARES DE TRANSDUCCION DE SEÑALES La capacidad de la célula para responder a señales de su entorno (pH, osmolaridad, nutrientes), es fundamental para su viabilidad, más en organismos pluricelulares, donde se necesita coordinación entre las células especializadas distribuidas por tejidos. Esto se hace gracias a que expresan en su membrana tipos de proteínas que son receptores, estructuras proteicas que reconocen las señales de una forma selectiva y van a responder ante ellas.
Como se transforma la señal en respuestas: se traduce mediante un sistema de traducción químico dando lugar a una reacción de la célula a esa reacción química.
Todos van a tener 4 propiedades características:
Tipos de receptores:
Son muy amplios y numerosos. Se supone que hay unos 350 tipos, de los cuales 150 son huérfanos, es decir, que se sabe que existen pero no se sabe su función. El 50% de los medicamentos actuales están dirigidos a favor o en contra de ellos.
Pertenecen a la familia de 7 dominios transmembrana. Un único péptido que atraviesa 7 veces la membrana, tipo III. Amino hacia el exterior y carboxilo hacia el interior. Elementos fundamentales: receptor, proteína G y enzima efector.
Si una señal interacciona con el receptor, la proteína G se deslocaliza, une GTP, y una de sus subunidades se va a salir y va a interaccionar con el enzima efector. Eso
Como consecuencia de la unión de un ligando al receptor hay unión de GTP, se libera la subunidad alfa, que interacciona con la fosfolipasa C que degrada un lípido de membrana: fosfatidil inositol 4,5-difosfato (PIP2). Esto da lugar a 2 productos, por un lado el Inositol trifosfato (IP3) y el Diacilglicerol.
El inositol trifosfato es una sustancia que va a ser hidrosoluble, difunde por todo el citoplasma y llega a la membrana del RE, donde interacciona con unos receptores y como consecuencia de la interacción entre esos receptores y el inositol, se produce la salida de calcio al citosol (transportadores primarios activos que bombean calcio), elevándose las concent raciones citosólicas. El diacilglicerol activa unas quinasas, la proteína quinasa C, pero su entorno es diferente al de la quinasa A, pueden fosforilar otras proteínas citosólic as. La subida de calcio citosólico hace
que se activen las quinasas C y además , se activa el tercer enzima efector, las Calcio Calmodulinas. Tienen una gran afinidad por el calcio de manera que son sensible s a cambios en la concentración de calcio. Como consecuencia de la unión del calcio a estas enzimas, a su vez interacc
ionan con otras proteínas generando un macrocomplejo proteico con capacid ad quinasa de fosforilación (estas son las Calcio Camodulinas quinasas de la I a la IV) (CaMK).
MECANISMO DE TERMINACION DE LA RESPUESTA DE MEDIADA POR LOS RECEPTORES METABOTRÓPICOS
RECEPTORES CON ACTIVIDAD ENZIMÁTICA INTRÍNSECA
Son muy amplios y tienen una palabra clave: crecimiento. A nivel estructural tienen un dominio extracelular grande, donde tiene su sitio de unión al ligando. Tienen otra subunidad que tiene un dominio transmembrana y un dominio intracelular, en el cual estará la actividad catalítica tirosin quinasa.
Ejemplo: INS-R de insulin :
Es un dímero (dos unidades). Cada unidad está compuesta por dos subunidades (alfa y beta; la beta atraviesa la membrana). La parte catalítica está tapada por la cola carboxilo terminal con residuos de tirosina, cuando se une el ligando al receptor ese sitio catalítico se activa y lo que hace es activar los residuos de tirosina propios. Sus propios residuos de tirosina hacen que se produzca un cambio conformacional, quedando el interior abierto y expuesto al exterior el centro catalítico. El receptor, por lo tanto, una vez unido al ligando se autofosforila, quedando abierto el centro activo, por lo que ahora puede fosforilar a cualquier otra proteína que tiene residuos de tirosina, que en el caso de la insulina será la IRS-1. Las proteínas que reconocen a la IRS-1 se caracterizan porque tienen un dominio denominado SH-2, que reconocen la fosforilación de la proteína. Se produce una cascada se denomina la cascada de las MAPK quinasas (enzimas Raf, Ras, Erk…) que como ultima consecuencia, fosforilan a los factores de transcripción que regulan la transcripción de uno u otro gen (importante cómo se activa, qué sucede cuando se une el ligando y que hay 2 posibles cascadas en la insulina). Otra cascada es la ruta de la PIP2, donde interacciona con la protein quinasa III, que va a fosforilar el fosfolípido de membrana en lugar de degradarlo (al PIP3). Esto produce la síntesis o no de glucógeno, además va a expresar transportadores de glucosa a la membrana para sintetizar más glucógeno. Esto como consecuencia produce hipoglucemia.
Las acciones metabólicas mediadas por la insulina y la adrenalina son antagónicas.
Otros receptores de esta ruta: THC
ansmisor (son los ligandos) sale a la hendidura sináptica y activará en la postinapsis receptores (receptores postinápticos) los cuales algunos serán ionotrópicos, que
conforman en sí un canal activado por ligando (en vez de por diferencia de potencial). Como consecuencia de la activación por el ligando, se produce la apertura del canal y se produce la entrada de iones sodio y calcio, que es la que produce la primera despolarización puntual. Todo esto se va repitiendo en cada neurona. Esa es la forma en la que se propaga el impulso nervioso.
CANALES DE SODIO REGULADOS POR VOLTAJE Los canales de Na a la hora de abrirse se cierran muy rápidamente: el mecanismo está producido por un péptido que tiene un dominio globular de tal forma que como consecuencia de la apertura de canal de Na pendiente de voltaje, ese dominio produce como un tapón que inmediatamente bloquea el canal, de tal forma que esa primera apertura y la entrada de iones sodio, es rápido y fugaz, lo suficiente como para activar solo a los canales de sodio cercanos.
RECEPTOR IONOTRÓPICO
Son proteínas de membrana que configuran en sí un canal que va a ser permeable a iones sodio y calcio. Como consecuencia de su activación se produce la apertura y produce la introducción de iones. Suelen estar formados por varias subunidades.
Ejemplo : receptores nicotínicos. Son pentaméricos (5 subunidades) cada una de las subunidades está constituida por 4 dominios transmembrana (m1, m2, m3 y m4),
que se configuran espacialmente: la región transmembrana (m2) forma la cara interna del canal. Estos receptores lo que hacen es como consecuencia de unión del ligando al receptor se produce la apertura del canal, por un movimiento de giro físico sobre sí mismo y hacia afuera de todas las subunidades y como consecuencia de ese cambio conformacional se produce la apertura del canal y entrada de Na y Ca. Estos receptores están presentes tanto en el SNC como en el SNP, en este último regular la contracción muscular (presentes en la unión neuromuscular), y en el SNC están
relacionados con funciones como la memoria o la adicción.
Los canales iónicos son muy amplios, están muy presentes en los diferentes organismos. Hay diferentes receptores ionotrópicos para los neurotransmisores. La configuración de los receptores nicotínicos son diferentes en función de cada uno (no todos son pentaméricos, y no todos tienen 4 dominios transmembrana en cada subunidad) pero todos tienen en común que conforman canales iónicos y que su activación produce la entrada de iones del exterior al interior.
DIFERENCIA : Un canal iónico es un transportador que permite el tránsito de iones a través de la membrana y puede ser activado por una diferencia de potencial de la membrana, el receptor ionotrópico es activado por ligando
RECEPTORES DE ADHESIÓN, INTEGRINAS
Reciben señales tanto del exterior como del interior, y responden tanto al exterior como al interior (bidireccionales).
Estructura: dominios extracelulares muy grandes que van a interaccionar con la matriz extracelular, es decir, interaccionan con el colágeno y el fibrinógeno. Tienen dominio transmembrana y dominio intracelular muy pequeño y muy corto, porque tienen que interaccionar con el citoesqueleto que está justo debajo de la membrana celular. Reconoce y reacciona a los cambios tanto de la matriz intracelular como extracelular, en las dos direcciones.
RECEPTORES NUCLEARES Se diferencian de todos los anteriores porque se expresan en la membrana nuclear, y responden a sustancias como los esteroides las hormonas tiroideas o el ácido retinoico. Todas estas sustancias serán secretadas al torrente sanguíneo y ahí interaccionan con proteínas plasmáticas que lo que van a hacer es de transportadores, van a unir esas sustancias y las vas a transportar por el torrente hasta llegar a los órganos diana. Necesitan unirse a esas proteínas plasmáticas porque son poco hidrosolubles y necesitan transportarse. Cuando llegan al órgano diana, la interacción con las proteínas termina y se liberan de ellas, y atraviesan la membrana plasmática e interaccionan con los receptores nucleares, a nivel del núcleo; normalmente esa interacción receptor con el ligando produce un cambio conformacional que hace que interactúe el complejo ligando-receptor con el DNA produciendo modificaciones o alteraciones en la transcripción.
CICLO CELULAR
Comienza en la fase S, es una fase en la que lo que se va a producir es la duplica ción del material genético, se sintetiz a RNA y proteínas. Después viene la fase G2, no hay duplicación de DNA pero hay un aumento de la síntesis de proteínas y de RNA mensajero. Pasamos a la fase M, la de mitosis, lo que sucede es la ruptura de la membrana nuclear, se van los cromos omas a los polos de las células, y se produce la citoquinesis (división de la membr ana celular). Después hay dos posibili dades: la fase G0 (no va a proliferar mas), o en una fase G1 (fase en la que se va a producir síntesis de proteínas y síntesis de RNA, pero no de DNA ya que solo