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Membrana plásmática
• Regula los límites externos de las células y
regula el tráfico a través de los mismos.
• En eucariotas también divide el espacio
interno en compartimientos discretos.
• En ella tienen lugar diversas actividades
biológicas.
• Es flexible, autosellante y selectivamente
permeable a solutos polares.
• Exocitosis, endocitosis, división celular.
Rol de los lípidos en la función de
las membranas celulares
• Se asocian a funciones específicas al igual
que las proteínas.
• Sus dominios hidrofóbicos se asocian
minimizando la superficie total en contacto
con el agua.
• Sus porciones hidrofílicas interactúan a
través de puentes de hidrógeno o
interacciones iónicas, con el agua o con
otras cabezas polares de lípidos.
Distribución asimétrica de lípidos estructurales en las
capas interna y externa de las membranas
Modelo del mosaico fluido
• Las membranas están compuestas por
lípidos y proteínas, glucolípidos y
glucoproteínas.
• Al microscopio electrónico tienen
apariencia trilaminar:
– cabezas polares de los fosfolípidos y esteroles:
láminas interior y exterior.
– restos no polares: espacio intermedio.
• Proteínas y lípidos pueden difundir en el
plano bidimensional de la membrana.
• Esfingolípidos: presentes en todas las membranas
de células eucarióticas.
• Colesterol: presente en todas las membranas de
células eucarióticas y algunas de bacterias.
• Glicerofosfolípidos: fosfato en sn-3-glicerol y ácidos
grasos de cadena larga en sn 1 y 2: presentes en
bacterias y cél eucariotas en general.
• Diacilglicerolglicanos neutros: componentes
mayoritarios de membranas de bacterias gram + y
de plantas.
LÍPIDOS PRESENTES EN LAS MEMBRANAS
– Diacilglicerolglicanos (ej: diacil galactosil sn1 glicerol)
con mono o disacáridos unidos a C3.
• Otros lípidos, presentes en Arquea
(archaebacteria):
– Diglicéridos y fosfoglicéridos + isoprenos (unión éter)
– Difitanilglicerol (C20-C20 diéter): sn-1-glicerol y dos
isoprenilos saturados (fitanilos) en unión éter en sn 2 y
3.
– Bifitanilglicerol (C40) diéter cíclico.
– Bifitanilo (C40) diglicerol diéter.
– Gliceroglicano con mono o disacárido en posición 1
de sn-1-glicerol.
• Sacarolípido (lípido A): componente mayoritario en
membrana externa de bacterias gram –
Sacarolípidos en bacterias gram –
membrana externa: Lípido A
membrana interna: glicerofosfolípidos
• E. coli: Lípido A: fosfolípido que contiene dos grupos glucosamina en unión b 1-6, ácido R3-hidroximirístico (C14) en posiciones 2, 3, 2´ y 3´ y fosfato en posiciones 1 y 4´. Modificado en 6´ con un disacárido KDO (dos 3-desoxi-D-mano ácidos octulosónicos en unión 1-3) Lípido A - KDO2
modificado con Ag 0
Responsable del síndrome tóxico
• Otras bacterias: contienen diferentes ácidos grasos en posiciones 2, 3, 2´ y 3´
Pírez y Mota. Morfología y estructura bacteriana. Temas
de Bacteriología y virología médica.
Lipopolisacárido: Porción hidrofílica: Ag O (polisacárido O):
especificidad serológica, Núcleo (polisacárido): une al
lípido A.
Presente en la membrana externa de la
envoltura bacteriana (G-)
Porción hidrofóbica: Disacárido esterificado con ácidos
grasos. Responsable de propiedades patofisiológicas de
endotoxinas
- Lípido A es liberado cuando la célula se lisa como consecuencia
de la fagocitosis o de la acción antibióticos.
- Cuadro clínico: depende de la cantidad de endotoxina
circulante, desde un simple cuadro infeccioso con fiebre hasta
sepsis, falla multiorgánica y muerte.
- Pequeñas cantidades de endotoxina provocan: fiebre, activación
del complemento por la vía alternativa, activación de los
macrófagos y estimulación de linfocitos B.
- Cuatro blancos primarios de la endotoxina: fagocitos
mononucleares (macrófagos del bazo, de la médula ósea, de los
alvéolos pulmonares y de la cavidad peritoneal, monocitos de la
sangre periférica y células de Kupffer), neutrófilos, plaquetas y
linfocitos B.
- Grandes cantidades de endotoxina producen un shock
endotóxico, (con frecuencia letal): caída severa de la presión
arterial y coagulación intravascular diseminada (CID), entre otros
síntomas).
- CID: depósito de trombos en los vasos de pequeño calibre, con
daño en las áreas privadas de irrigación sanguínea; el consumo de
plaquetas, así como de factores de la coagulación (II, V y VII)
exceden la velocidad de producción conduciendo a hemorragias
internas y falla orgánica (fundamentalmente en pulmón, riñón e
hígado).
Los PL se asocian a las proteínas de las membranas
- Con a hélices: • CL en Rhodobacter sphaeroides: cabeza
polar en centro de reacción de proteína fotosintética y unida con puentes de hidrógeno a la porción en contacto con el citoplasma; cadenas hidrocarbonadas en ranuras de la hélice.
• PE en Thermochromatioum tepidum: unión en centro de reacción de proteína fotosintética, a Arg y Lys por interacción electrónica y a Tyry Gly por puentes de hidrógeno; cadenas hidrocarbonadas en ranuras de la hélice.
– Con proteínas b-Barrel (cadenas bantiparalelas):• Lipopolisacárido unido a proteína formadora
de poro en E. coli: cadenas acílicas orientadas en paralelo a las hojas b (F de Van der Waals), cabeza polar interactúa con 8 residuos cargados en la superficie de la membrana.
– Organización de complejos proteínicos:• PL calzan en el interior de subunidades de
complejos oligoméricos:
–CL mantiene activ óptima de complejos de membrana mitcondrial interna: NADH deshidrogenasa, cyt bc1, ATP sintasa, cyt C oxidasa, ATP/ADP translocasa.
–CL es parte integral de la estructura de succinato deshidrogenasa de E. coli.
• Ubiquinol cyt c reductasa en levaduras
(complejo III de memb mit int): se identificaron
14 moléculas de PL en la estructura molecular
del dímero. 4 CL, 2 PI, 6 PE y 2 PC.
– 2 PE: contacto entre monómeros, 2 CL cerca
de 2 PE, 2 PI intercaladas entre las 3 subunid
catalíticas de c/monómero.
– El resto: lípidos anulares inmovilizados en la
sup del complejo (CL y PE: interfase entre
complejos III y IV).
– En Complejos supermoleculares:
• Respirasoma: Complejos I a IV de cad resp en
mamíferos en equilibrio con “respirasomas”
(unión de los 4 complejos). CL: rol importante en
la unión. CL en memb int de la mitocondria
atrapa protones, haciendo más eficiente la
síntesis de ATP
– Sitios de unión de proteínas periféricas:
• Interacción coulómbica entre dominios de la
sup proteica cargada + y dominios aniónicos
de PL de membrana: PA, PG, PI, CL ó PS.
• Anillos aromáticos de proteínas expuestos,
interactúan a través de fuerzas “pi”
(cuadrupolo) con cationes lipídicos (cabezas
polares con carga + de PC y PE.
• Interacción de sitios específicos de proteínas
con segundos mensajeros lipídicos: PI
fosforilados o DAG.
• Inserción parcial de dominios hidrofóbicos de
las proteínas en la membrana: inserción de
una a hélice anfipática.
- Translocación de proteínas a través de la membrana plasmática:
• PL aniónicos no bicapa son necesarios:PG, CL, PE y Dgal DG. Demostrado en estudios de reconstitución con cepas mutantes de E coli y Bacillus subtilis, deficientes en la síntesis de esos PL.
• Plegado de proteínas de membrana, asistido por lípidos: se requiere PE durante el ensamblado y para la función de 3 proteínas transportadoras en E coli: lactosa permeasa, fenilalanina permeasay g butirato permeasa.
• Ensayos de reconstitución: – con PE transporte activo y facilitado
– Con CL, PG o PC solo transporte facilitado
– Determinantes moleculares de la topología proteica:• La topología final de las proteínas de
membrana es el resultado de una interacción finamente sintonizada entre las señales topogénicas de las proteínas y los determinantes topológicos dentro de la membrana, influenciados por la carga neta de los dominios extramembrana de las proteínas, los grupos de cabeza de PL y la interacción PL – proteínas en cada lado de la membrana.
Polimorfismo lipídico
https://books.google.com.ar/books?hl=es&lr=&id=LZprT
sjcvIMC&oi=fnd&pg=PP1&dq=lipids+biochemistry&ots=
R2YEGsFPsq&sig=3GtnSa8yHUg7Wv435J_gEr6ejlE#v=on
epage&q=lipids%20biochemistry&f=false
Biochemistry of lipids, lipoproteins and membranes.
Vance y Vance 2008
• Bajas cc de lípidos anfipáticos
monómeros en Solución (Sc)
• Mayores cc
asociación de dominios hidrofóbicos
Equilibrio entre monómeros en Sc y micelas
(concentración micelar crítica, CMC)
• Para sust anfípáticas con carga neta:
– fuerza iónica (NaCl 0,5 M) CMC
– Urea cte dieléctrica del agua CMC
• Lípidos puros en solución
Fases “ordered gel” Lb, o “liquid cristalline” La
• Viscosidad o fluidez de dominios hidrofóbicos se modifican con:
– Temperatura
– Largo de cadena carbonada de ácidos grasos
– Insaturaciones
• PC en solución: Lb o La
• PL no bicapa como PE, CL y PA + Ca2+ (dependiendo de T):
Lb La HII (arreglos hexagonales)
• El agregado de PL no bicapa, a mezcla de PL bicapa produce cambios de forma en la bicapa, con discontinuidades y porciones hidrofóbicas de PL no bicapa expuestas a la fase acuosa, que se atenúan con la inserción de proteínas.
• Adición de colesterol no permite la transición normal:
Inhibe Lb produciendo un estado intermedio, menos fluido y más ordenado que La.
• Efectos del solvente:
– Agregado de Ca2+ u otros cationes divalentes:
Reduce la carga efectiva de grupos de cabeza de CL y PA favoreciendo HII.
– pH ácido, Idem para PS.
Ca2+ papel en procesos de liberación de contenidos en vesículas.
• CL: PL bicapa o no bicapa, dependiendo de presencia de Ca2+
– PL único, actúa como conductor de H+ en las membranas
– Deficiencia de CL en mitocondria de mamíferos
liberación de cyt C
inicio de apoptosis
• PL afectan la función celular a través de efectos sobre la estructura y función de las proteínas, mediante dos mecanismos:– Interacción directa.
– Modificaciones de las membranas (fluidez, espesor, forma y propiedades de empaquetamiento).
• Membranas de mamíferos: no modifican su composición lipídica de acuerdo a cambios en algunas condiciones, como la temperatura, pero sí debido a la presencia de Colesterol (las estabiliza en fase similar a La).
• Membranas de microorganismos, frente a diferentes condiciones de crecimiento: – E. coli regula el contenido en ag insaturados en PL no bicapa.
– Acholeplasma laidlawii regula el contenido en ácidos grasos saturados e insaturados (T)
• A bajas T: el contenido en ácidos grasos insaturados en MGlcDG (Monoglucosil DG) o
MGlcDG/DGlcDGR (DiglucosilDG)
Membrana en La con potencial para pasar a HII
Importancia biológica de lo PL no bicapa
• Procesos que requieren discontinuidad de la bicapa: fusión y fisión de vesículas, inserción y movimiento de proteínas.– Inserción de proteínas en la membrana plasmática: PL
anulares como interfaz entre estructura irregular de la proteína y estructura regular de la bicapa.
– PKC: • unión reversible a la capa interna de la membrana plasmática:
activada por: 6 moléc de PS, 1 moléc DAG y Ca2+
En presencia de Ca2+ el isómero natural de PS favorece La HII
DAG siempre favorece HII
– PLC: actividad regulada por la geometría y composición de la bicapa• SPH estabiliza La e inhibe PLC.
• No directamente influenciada por PL no bicapa, pero en presencia de PE, se encuentra activada.
Aclimatación
Melkonian et al, (1999) Role of Lipid Modifications in Targeting Proteins to
Detergent-resistant Membrane Rafts
MANY RAFT PROTEINS ARE ACYLATED, WHILE FEW ARE PRENYLATEDhttp://www.jbc.org/content/274/6/3910.long
Science 327, 46
DOI: 10.1126/science.1174621
Lipid Rafts As a Membrane-
Organizing Principle
Daniel Lingwood, et
al. (2009)
Dominios lipídicos• Visión actual: Las membranas contienen microdominios,
de diferente composición lipídica y proteica, que
favorecen la compartimentalización de las funciones
celulares.
• Mezclas definidas de lípidos experimentan separación
de fases debidas a polimorfismo lipídico, diferencias en
largos de cadenas acílicas, etc.
• Lípidos no-bicapa experimentan transiciones de fase a
diferentes temperaturas segregación de dominios
en la bicapa.
• Lípidos análogos anfipáticos se asocian en los dominios
a pesar de poseer = carga neta, debido a interacciones
hidrofóbicas de sus cadenas carbonadas.
• SPH contiene acidos grasos con mayor grado de saturación y de cadenas más largas (C20-C24) que los glicerofosfolípidos (C16-C18).
– Transición de Lb a La:
• Glicerofosfolípidos 0°C
• Esfingolípidos 37°C
Dominios compactos hidrofóbicos de SPH
Se separan de los desordenados dominios de ácidos grasos insaturados de PL
– Interacciones tipo puente de H entre lípidos y entre lípidos y proteínas, contribuyen a la segregación.
