TEMARIO

MAESTRIA EN BIOLOGÍA EXPERIMENTAL
Dra. Norma Edith López Díaz-Guerrero
Alumna: MIRANDA PÉREZ MARÍA ELIZABETH

BIOLOGÍA CELULAR

TEMARIO

1.ARTICULOS:   

  Membrana Plasmática          

a.    Organización molecular de la membrana

                                          i.    Modelo de membrana

                                        ii.    Lípidos y fluidez de membrana

                                       iii.    Proteínas de membrana

                                       iv.    Asimetría del plasmalema

                                        v.    Movilidad de los componentes de la membranas

b.    Transporte de moléculas a través de la membrana

                                          i.    Transporte pasivo

                                        ii.    Transporte activo

2.    Uniones Celulares y Matriz Extracelular

a.    Uniones Celulares

                                          i.    Desmosomas

                                        ii.    Uniones  estrechas

                                       iii.    Uniones Comunicantes

b.    Matriz extracelular

                                          i.    Matriz extracelular de tejidos animales

                                        ii.    Biosíntesis de colágena

                                       iii.    Glucosaminglicanos y proteoglicanos

                                       iv.    Otras proteínas estructurales de matriz extracelular

 Bibliografía

Biología molecular de la célula.  2002, Alberts B, Bray Dennis, Lewis Julian, Raff Martin, et al; 3ra edición, Ed. Omega. 509-557.

PRESENTACIÓN: CÉLULAS β PANCREÁTICAS

                                    

Artículo: Phospholipid Flippases

Los lípidos en las membranas biológicas no están organizados al azar en la bicapa lipídica. En las células eucariotas, la superficie citoplasmática es enriquecida con aminoácidos que contienen fosfolípidos (Fosfoinosítidos PIPn), ácido fosfatídico, fosfatidiletanolamina (PE), fosfatidilserina (PS)), mientras que los orgánulos internos están enriquecidos con fosfolípidos como fosfatidilcolina (PC), esfingomielina y glicoesfingolípidos. En las células procariotas el origen de la asimetría de los lípidos se explica principalmente por la biosíntesis vectorial.  La mayoría de glicerofosfolípidos eucariotas se sintetizan en la cara citoplasmática del retículo endoplásmico (RE) mientras que los esfingolípidos están sintetizados en la superficie luminal del retículo endoplásmico (RE) mientras que los esfingolípidos están sintetizados en la superficie luminal del RE y de Golgi. Para mantener el equilibrio en la bicapa, algunos lípidos recién sintetizados deben atravesar la membrana hacía el lado opuesta a la del sitio de la síntesis. Una vez sintetizados, los lípidos también debe trasladarse a otras membranas dentro de la célula lo que se produce principalmente por un proceso vesicular. Los lípidos forman la estructura básica de la capa externa de las bacterias gramnegativas. Las flipasas transportan lípidos de la cara citoplasmática de la membrana, mientras que los que los lípidos de transportados de la superficie a lado opuesto de la membrana se llaman "flopasas" El objetivo de esta revisión es resumir el estado actual de los conocimientos de cada una de estas familias de supuestos transportadores de lípidos, con énfasis en la biogénico y el transporte unidireccional dependiente de ATP.

http://www.functionalglycomics.org/fg/update/2009/090212/full/fg.2009.7.shtml

                                             Figura 1. Acción de la flipasa mediada por ATP

La clase de los transportadores ABC catalizan el transporte dependiente de ATP. Transporte de una variedad de sustratos, incluyendo compuestos anfipáticos,
xenobióticos, iones, y péptidos

Artículo:  Inhibitor de la proteína cinasa C. Go6976 Promueve la formación de uniones celulares e inhibe la formación de uniones celulares y la invasión de las células del carcinoma de vejiga urinaria.

Los cambios en el equilibrio de activación de diferentes proteínas quinasa C (PKC) isoenzimas han sido vinculados con el desarrollo del cáncer. El estudio actual investigó el efecto de diferentes inhibidores de la PKC en los contactos celulares en cultivo de las células del carcinoma de vejiga urinaria (5637 y T24).La exposición de las células a los inhibidores de la PKC isoenzima indujo un  agrupamiento rápido de las células cancerosas cultivadas y la formación de un aumento del número de desmosomas y uniones adherentes. Por el  ontrario, un inhibidor de la PKC rottlerin, tuvo un efecto contrario en la celda de agrupamiento y causó la disociación de las uniones celulares. Los resultados en orina de las las células del carcinoma de vejiga destacaron que Go6976 es un fármaco potencial contra el cáncer ebido a sus efectos en las uniones célula-célula y célula-matriz, la migración y la nvasión.

http://fundacionannavazquez.wordpress.com/2007/12/20/causas-y-riesgos-del-cancer/

Artículo: Transporte activo de membrana y receptores

La membrana celular de bacterias es impermeable a los nutrientes necesarios para el metabolismo. Por lo tanto depende de la presencia de proteínas de transporte, estas actividades dependen de ATP debido a que el transporte se da en contra del gradiente electroquímico predominante de soluto, transporte activo primario, azúcar-H⁺ o antibióticos y el transporte activo secundario de H+ y fosfotransferasas. La determinación de la estructura y comprensión  de los mecanismos moleculares de la membrana, el transporte y proteínas sensoras, es de suma importancia. En este artículo, se describe una estrategia que permite estas determinaciones. Los estudios en bacterias ayudan a determinar los mecanismos moleculares de numerosos organismos incluyendo humanos. (Figura 1).

                 Fig. 1. Diferentes bacterias utilizadas en estudios moleculares
http://paraninosconcabeza.blogspot.com/2009/11/sin-las-bacterias-no-podriamos-vivir.html
http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/6634925/Las-bacterias-pueden-oler.html

    Fig. 2. Clonación del plásmido en E. coli. Bacterias resistentes a drogas.
http://curiosidadesdelamicrobiologia.blogspot.com/2008/06/las-bacterias-y-la-paradoja-de-einstein.html

Otros sistemas exclusivos de las bacterias son útiles para el descubrimiento de nuevos antibióticos. Sólo dos ejemplos de expresión amplificada se ilustran aquí, un KgtP (proteína de transporte -cetoglutarato) y MDR (proteína de resistencia a múltiples fármacos), ambos originarios de Helicobacter pylori. En E. coli BL21 (DE3) se utilizó para  sobreexpresar y purificar proteínas de transporte. Para la producción de membrana en el interior de cepas de E. coli, se le permitió proliferar continuamemte hasta que la densidad de las células llegara a 680 A. El crecimiento continuó durante 3-4 horas siguientes a la inducción del promotor tac, lo que produce rendimientos óptimos del gen que codifica proteínas de transporte simporte o antiporte. Utilizando oligonucleótidos mutagénicos adecuados diseñados para introducir un sitio EcoRI en el extremo 5’  y un sitio PstI en el 3’ a fin de promover la ligadura posterior en el fragmento pTTQ18/RGSH6 que se encuentra a 4,56 kb. El producto de PCR fue aislado de un gel de agarosa y luego cortado mediante enzimas de restricción como EcoRI y PstI. Figura 2.

Video Membrana plasmática

http://www.youtube.com/watch?v=MFkjqISoKOM

http://www.youtube.com/watch?v=MFkjqISoKOM

3) MATRIZ EXTRACELULAR

Matriz extracelular de tejidos animales

Los tejidos no están formados únicamente por células. Una buena parte de su volumen lo constituye el espacio extracelular, el cual está ocupado por una intrincada red macromolecular que constituyen la matriz extracelular, que está compuesta por polisacáridos y proteínas muy diversas, secretadas localmente y ensamblados en una red compleja en íntima asociación con la superficie celular. En el tejido conjuntivo, la matriz es más abundante que las células, rodeándolas completamente y determinando las propiedades físicas del tejido. Los tejidos conjuntivos constituyen el esqueleto arquitectónico del cuerpo de los vertebrados, pero su cantidad presente en los diferentes órganos varía considerablemente: desde la piel y el hueso, en los que son los componentes mayoritarios, hasta el cerebro y la médula espinal, en los que únicamente son componentes minoritarios.

La matriz extracelular puede calcificarse, formando estructuras duras como el hueso y el diente o puede ser transparente como en el caso de la córnea o adoptar formas semejantes a tensores, las cuáles dan a los tendones su enorme resistencia a la tracción. En la interfase la matriz forma una lámina basal, estructura extremadamente delgada pero que al parecer juega un importante papel en el control del comportamiento celular.

                                       Fig. 10. componentes de la matriz extracelular

Biosíntesis de colágena

Las dos clases principales de macromoléculas que forman la matriz son:

Ø      Cadenas de polisacáridos del tipo de glucosaminoglucanos (GAG), los cuales normalmente se hallan unidos a proteínas mediante enlaces covalentes en forma de proteoglucanos.

Ø      Proteínas fibrosas, pertenecientes a dos tipos funcionales: las de características fundamentalmente estructurales, colágena y elastina y las adhesivas como fibronectina y laminina.

El colágeno constituye una gran familia de proteínas fibrosas que se encuentran en todos los animales pluricelulares. Son secretadas por las células del tejido conjuntivo y por otros tipos celulares. Son los componentes más abundantes de la piel y de los huesos, por lo que son las proteínas más abundantes en mamíferos.

Cada una de las cadenas polipetídicas de colágena es sintetizada por los ribosomas unidos a membrana e incorporada a la luz del retículo endoplásmico (ER) como grandes precursores, denominados procadenas α. Estos precursores no sólo poseen en la región amino terminal el péptido señal necesario para transportar el polipéptido naciente a través de la membrana del ER, sino que también presentan otros aminoácidos suplementarios, denominados propétidos, situados en las regiones amino y carboxilo terminales. En la luz del ER determinados residuos de prolina y lisina son hidroxilados para formar hidroxiprolina e hidroxilisina respectivamente y algunos de los residuos de hidroxilisina son glucosilados. A continuación cada procadenas α se combina con otras dos mediante enlaces de hidrógeno, formando la molécula helicoidal de triple hebra denominada procolágena. Las formas secretadas de colágenas fibrilares (pero no los otros tipos de colágena), son convertidas en el espacio extracelular en moléculas de colágena mediante la liberación de los propéptidos.

                                                    Fig. 11. Biosíntesis de colágena
                        http://webs.uvigo.es/mmegias/5-celulas/2-componentes_proteinas.php 

Glucosaminglucanos y proteoglucanos

Los glucosaminoglucanos (GAG) están formados por largas cadenas no ramificadas de polisacáridos, compuestos a su vez por unidades repetidas de disacáridos. Se denominan GAG debido a que en dichos disacáridos, uno de los residuos es siempre un aminoazúcar (N-acetilglucosamina o N-acetilgalactosamina). En la mayoría de los casos este aminoazúcar se encuentra sulfatado, siendo el segundo residuo un ácido urónico (glucurónico o idurónico). Debido a la presencia grupos sulfato o carboxilo en la mayoría de los residuos glucocídicos de los glucosaminoglucanos, éstos presentan una carga negativa. En función de dichos restos glucídicos, el tipo de enlace entre ellos, el número y localización de los grupos sulfato, se pueden distinguir cuatro grupos principales de GAG: 1. Ácido hialurónico, 2. Condroitín sulfato y dermatán sulfato. 3. Heparán sulfato y heparina. 4. Queratán sulfato.

Los proteoglucanos están compuestos por cadenas de GAG unidas covalentemente a una proteína central. Exceptuando el ácido hialurónico, los demás GAG se encuentran unidos covalentemente a una proteína, constituyendo los proteoglucanos, los cuales son sintetizados por la mayoría de las células animales. Como en el caso de casi todas las glucoproteínas, la cadena polipeptídica de los proteoglucanos o proteína central es sintetizada por ribosomas unidos a membrana, acumulados en el interior del retículo endolpásmico rugoso. La unión de las cadenas de polisacáridos a la proteína central tiene lugar, fundamentalmente, en el complejo de Golgi, inicialmente se une a un tetrasacárido de unión específico a un resto de serina de la proteína central el cual actúa como un cebador del crecimiento de la cadena de polisacárido; posteriormente se añade, en un solo paso, un residuo glucosídico mediante glucosiltransferasas específicas. Después de su secreción las moléculas fibrilares de procolágena son degradadas hasta moléculas de colágena, las cuales se organizan en fibrillas de colágena muchos mayores.

                                  Fig. 12.  Glucosaminglucanos y proteoglucanos

Otras proteínas estructurales de matriz extracelular

La matriz extracelular contiene varias proteínas adhesivas diferentes de la colágena  que típicamente presentan varios dominios, cada uno de los cuales tienen lugares de unión específicos para otras macromoléculas de la matriz y para receptores de superficie celular.de esta forma estas proteínas facilitan tanto la organización de la matriz como el anclaje de las células a la matriz. La primera de ellas en ser bien caracterizada fue la fibronectina, una voluminosa glucoproteína presente en todos los vertebrados. Las diversas formas de fibronectina son producto de una maduración alternativa del RNA.

Las integrinas son receptores de crucial importancia debido a que constituyen los mecanismos principales  de que disponen las células para unirse a la matriz extracelular y responder a ella. Están constituidas pos subunidades glucoproteícas transmembrana unidas entre si no covalentemente, denominadas α y β; ambas constituyen a la unión de las células a las proteínas de la matriz. Las integrinas pueden interaccionar con el citoesqueleto para unir las células a la matriz extracelular. Además las integrinas permiten al citoesqueleto y ala matriz extracelular comunicarse a través de la membrana plasmática, pueden activar cascadas de señalización intracelular.

                                   Fig. 11. Microscopía electrónica de la fibronectina
                                     http://www.ub.es/biocel/wbc/tecnicas/confocal.htm

Fig. 12. Fluorescencia de la fibronectina

                                      
                                      http://www.unice.fr/ibdc/equipe/equipe.php?id=25

2. UNIONES CELULARES Y MATRIZ EXTRACELULAR

A)    UNIONES CELULARES

Desmosomas

Los desmosomas conectan filamentos intermedios entre células; los hemidesmosomas los unen a la lámina basal. Ambas uniones actúan como remaches repartiendo las fuerzas de tensión o de cizalla a lo largo del epitelio y del epitelio conjuntivo subyacente. Los desmosomas son contactos intracelulares puntiformes que mantienen unidas las células. En el interior de las células actúan como lugares de anclaje para los filamentos intermedios en forma de cuerda, los cuales forman una red estructural en el citoplasma proporcionando una cierta rigidez

Uniones adherentes                           

Las uniones adherentes son regiones de conexión entre fibras de actina. Estas uniones aparecen bajo diferentes formas. En la mayoría de los tejidos no epiteliales, se detectan como reducidas regiones de adhesión con formas puntuales o zigzagueantes, que conectan las fibras de actina situadas en los citoplasmas apicales de células adyacentes. En los epitelios forman una banda de adhesión continua, situada alrededor de cada célula epitelial, cerca de la membrana luminal y por debajo de las uniones. En las células epiteliales adyacentes, las bandas de adhesión se encuentran en aposición, permaneciendo unidas ambas membranas por mecanismos dependientes de Ca²⁺. Parece que las glucoproteínas transmembrana  de unión, que median dicha unión, pertenecen a una familia de moléculas de adhesión intracelular dependientes de Ca²⁺ denominadas cadherinas.

http://biolcelularjgg.blogspot.com/

                                               Fig. 9. Diferentes uniones celulares

B) Transporte de moléculas a través de la membrana

Transporte pasivo

Todas las proteínas de canal y muchas proteínas de transporte tan sólo permiten que los solutos atraviesen la membrana de forma pasiva, un proceso llamado transporte pasivo (o difusión facilitada). Si la molécula transportada carece de carga, la dirección del transpote pasivo determinada tan sólo por la diferencia de concentración a los dos lados de la membrana (su gradiente de concentración). Sin embargo si el soluto tiene una carga neta, su transporte se ve influido tanto por su gradiente de concentración tanto por el gradiente eléctrico a través de la membrana (el potencial de membrana) figura 6.

Fig. 6. Transporte pasivo
http://iescarin.educa.aragon.es/estatica/depart/biogeo/varios/BiologiaCurtis/Seccion%201/1%20-%20Capitulo%206.htm

Transporte activo

El transporte activo está mediado por proteínas transportadoras acopladas a una fuente energética. Las células que necesitan proteínas de transporte que bombeen activamente ciertos solutos a través de la membrana en contra de su gradiente electroquímico, proceso conocido como transporte activo que está siempre mediado por proteínas transportadoras.

Algunas proteínas de transporte simplemente transportan un soluto de un lado a otro  de la membrana, los que reciben el nombre de transportadores sencillos o uniportes.

Otras de cinética más compleja, actúan como transportadores acoplados, en los que la transferencia  de un soluto depende de la transferencia simultánea o secuencial de un segundo soluto, ya sea en la misma dirección (transporte unidireccional o simporte) o en dirección opuesta (transporte de intercambio o antiporte) figura 7.

Fig. 7. Tipos de transporte activo

Un ejemplo claro de transporte activo está realizado por la ATPasa de Na⁺ -K⁺. esta proteína transportadora bombea activamente Na⁺ hacía al exterior y K⁺ hacía el exterior de la célula, en contra de sus gradientes electroquímicos. Por cada molécula de ATP hidrolizada dentro de la célula, se bombean tres Na⁺ hacía exterior y dos K⁺ hacía el exterior.

Fig. 8. Bomba Na⁺ -K⁺. a) Proteína de transporte de Na⁺ hacía el espacio extracelular que requiere ATP, b) hidrólisis de ATP, c) se libera un fosforo inorgánico y se da el paso de Na⁺ hacia el espacio extracelular, d, e y f) al mismo tiempo del espacio extracelular se incorpora K⁺ al interior de la célula, con la hidrólisis de ATP y liberación de un fosfato inorgánico.

                             

                                 http://www.youtube.com/watch?v=hcF8ZiintNA

A) Organización molecular de la membrana.

1.     MEMBRANA PLASMÁTICA

A)     Organización molecular de la membrana.

Dentro de la célula eucariota, las membranas del Retículo Endoplásmico (RE), del complejo de Golgi, de las mitocondrias y de otros orgánulos delimitados por membrana mantienen las diferencias características entre los contenidos de cada orgánulo y el citosol. Aunque realicen diferentes  funciones, todas las membranas biológicas tienen una estructura básica común: una fina capa de moléculas lipídicas y proteicas, que se mantienen unidas fundamentalmente por interacciones no covalentes. Las moléculas lipídicas están dispuestas en forma de una dobla capa contínua de unos 5 nm de grosor. Esta bicapa lipídica constituye la estructura básica de la membrana y actúa de barrera relativamente impermeable al paso de la mayoría de moléculas hidrosolubles. Las moléculas proteicas, que normalmente se encuentran disueltas en la bicapa lipídica, median la mayoría del resto de funciones de la membrana, por ejemplo transportando moléculas específicas a través de ella o catalizando reacciones asociadas a la membrana actúan de eslabones estructurales que relacionan la membrana plasmática con el citoesqueleto y/o con la matriz extracelular de las células adyacentes, mientras que otras proteínas actúan como receptores que reciben y transducen las señales químicas procedentes del entorno celular.

Fig. 1. Componentes de la membrana plasmática

http://antgem.iespana.es/tema_7.htm

Modelo de la membrana

MOSAICO FLUIDO

Es, en biología, un modelo de la estructura de la membrana plasmática propuesto en 1972 por S. J. Singer y Garth Nicolson. La membrana plasmática es un mosaico de diferentes tipos de proteínas (generalmente  glicoproteínas) embebidas en una bicapa de fosfolípidos. El conjunto se mueve en el plano de la membrana como si fuera un fluido, de ahí el nombre que recibe este modelo de estructura.

Fig. 2. Modelo de mosaico fluido

http://portales.educared.net/wikiEducared/index.php?title=La_membrana_plasm%C3%A1tica.

Lípidos y fluidez de la membrana

Todas las moléculas lipídicas en las membranas celulares son anfipáticas es decir, tienen un extremo hidrofilico (que se siente atraído por el agua o polar) y un extremo hidrofóbico (que huy del agua o no polar). Las más abundantes de estas moléculas son los fosfolípidos que tienen una cabeza polar y dos colas hidrocarbonadas hidrofóbicas. Las colas suelen ser ácidos grasos y pueden tener diferente longitud (normalmente por 14 a 24 átomos de carbono). Normalmente una de las colas presentan uno o más dobles enlaces cis (es decir, es insaturada) mientras que la otra normalmente no tiene dobles enlaces (es decir, es saturada). Las membranas celulares son estructuras dinámicas, fluidas y la mayoría de sus moléculas son capaces de desplazarse en el plano de la membrana. La fluidez de las membranas celulares es biológicamente importante. Algunos procesos de transporte y algunas actividades enzimáticas pueden detenerse cuando la viscosidad de la bicapa se incrementa experimentalmente más allá de un nivel umbral. La fluidez de una bicapa lipídica dependiente tanto de su composición como de la temperatura.

Fig. 2. Fluidez de la membrana

http://biologiacelular-arlett.blogspot.com/

Proteínas de membrana

Algunas proteínas que no ocupan totalmente el interior hidrofóbico de la bicapa lipídica están unidas a una u otra cara de la membrana mediante interacciones no covalentes con otras proteínas de membrana. Muchas de ellas pueden ser liberadas de la membrana mediante procesis de extracción relativamente suaves, como la exposición a soluciones de muy baja fuerza iónica o de pH extremo, que interfieren con las interacciones proteicas pero mantienen intacta la bicapa lipídica, a estas proteínas se les denomina proteínas periféricas de membrana. Por el contrario las proteínas transmembrana, que son varias proteínas unidas a la bicapa por cadenas de ácidos grasos y algunas otras proteínas íntimamente unidas a la membrana, no pueden ser liberadas por estos métodos, por lo que se les denomina proteínas integrales de membrana. Se considera que, en la mayoría de proteínas transmembrana, las regiones de la cadena polipeptídica que cruzan la bicapa lipídica presentan una conformación en α-hélice.

Fig. 3. Asociación de proteínas de membrana con la bicapa lipídica

Asimetría del plasmalema

Las membranas son estructuralemente asimétricas: la composición lipídica y proteica de su cara interna y externa es diferente, reflejando las diferentes funciones realizadas por ambas superficies.

Fig. 4. Principales lípidos presentes en la membrana plasmática

http://webs.uvigo.es/mmegias/5-celulas/3-lipidos.php

Movilidad de los componentes de membrana

Los gradientes iónicos que se establecen a través de las membranas, generados por la actividad de proteínas de membrana especializadas, pueden ser usados para sintetizar ATP, dirigir el movimiento transmembranoso de solutos seleccionados o, en células nerviosas y las musculares, para producir y transmitir las señales eléctricas. En todas las células, la membrana plasmática contiene proteínas que actúan como sensores de señales externas, permitiendo que la célula cambie en respuesta a indicaciones ambientales; estas proteínas sensoras, o receptores, transfieren información, en lugar de iones o de moléculas, a través de la membrana.

Fig. 5. Movilidad de los componentes de membrana.