Membrana plásmática...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

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.