Practica # 5

Rol de las membranas biológicas: importancia de los receptores y de las señales intracelulares para el crecimiento y proliferación celular

1.- describa la composición lipídica y proteica de las membranas.

R:

La membrana plasmática está compuesta por una doble capa de fosfolípidos, por proteínas unidas no covalentemente a esa bicapa, y glúcidos unidos covalentemente a los lípidos o a las proteínas. Las moléculas más numerosas son las de lípidos, ya que se calcula que por cada 50 lípidos hay una proteína. Sin embargo, las proteínas, debido a su mayor

tamaño, representan aproximadamente el 50% de la masa de la membrana.

Bicapa lipídica

Diagrama del orden de los lípidos anfipáticos para formar una bicapa lipídica. Las cabezas polares (de color amarillento) separan las colas hidrofóbicas (de color gris) del medio citosólico y extracelular.

El orden de las llamadas cabezas hidrofílicas y las colas hidrofóbicas de la bicapa lipídica impide que solutos

polares, como sales minerales, agua, carbohidratosy proteínas, difundan a través de la membrana, pero generalmente permite la difusión pasiva de las moléculas hidrofóbicas. Esto permite a la célula controlar el movimiento de estas sustancias vía complejos de proteína transmembranal tales como poros y caminos, que permiten el paso de iones específicos como el sodio y el potasio.

Las dos capas de moléculas fosfolípidas forman un "sándwich" con las colas de ácido graso dispuestos hacia el centro de la membrana plasmática y las cabezas de fosfolípidos hacia los medios acuosos que se encuentran dentro y fuera de la célula.

Componentes lípidicos

El 98% de los lípidos presentes en las membranas celulares son anfipáticos, es decir que presentan un extremo hidrófilo (que tiene afinidad e interacciona con el agua) y un extremo hidrofóbico (que repele el agua). Los más abundantes son los fosfoglicéridos (fosfolípidos) y los esfingolípidos, que

se encuentran en todas las células; le siguen los glucolípidos, así como esteroides (sobre todo colesterol). Estos últimos no existen o son escasos en las membranas plasmáticas de las células procariotas. Existen también grasas neutras, que son lípidos no anfipáticos, pero sólo representan un 2% del total de lípidos de membrana.

Fosfoglicéridos. Tienen una molécula de glicerol con la que se esterifica un ácido fosfórico y dos ácidos grasos de cadena larga; los principales fosfoglicéridos de membrana son la fosfatidiletanolamina o cefalina, la fosfatidilcolina o lecitina, el fosfatidilinositol y la fosfatidilserina.

Esfingolípidos. Son lípidos de membrana constituidos por ceramida (esfingosina + ácido graso); solo la familia de la esfingomielina posee fósforo; el resto poseen glúcidos y se denominan por ello glucoesfingolípidos o, simplemente glucolípidos. Los cerebrósidos poseen principalmente glucosa, galactosa y sus derivados (como N-acetilglucosamina y N-acetilgalactosamina). Los gangliósidos contienen una o más unidades de ácido N-acetilneuramínico (ácido siálico).

Colesterol. El colesterol representa un 23% de los lípidos de membrana. Sus moléculas son pequeñas y más anfipáticas en comparación con otros lípidos. Se dispone con el grupo hidroxilo hacia el exterior de la célula (ya que ese hidroxilo interactúa con el agua). El colesterol es un factor importante en la fluidez y permeabilidad de la membrana ya que ocupa los huecos dejados por otras moléculas. A mayor cantidad de colesterol, menos permeable y fluida es la membrana. Su función en la membrana plasmática es evitar que se adhieran las colas de ácido graso de la bicapa, mejorando la fluidez de la membrana. En las membranas de las células vegetales son más abundantes los fitoesteroles.

Componentes proteicos

El porcentaje de proteínas oscila entre un 20% en la mielina de las neuronas y un 70% en la membrana interna mitocondrial;1 el 80% son intrínsecas, mientras que el 20% restantes son extrínsecas. Las proteínas son responsables de las funciones dinámicas de la membrana, por lo que cada membrana tienen una dotación muy específica de proteínas; las membranas intracelulares tienen una elevada proporción de proteínas debido al elevado número de actividades enzimáticas que albergan. En la membrana las proteínas desempeña diversas funciones: transportadoras, conectoras (conectan la membrana con la matriz extracelular o con el interior), receptoras (encargadas del reconocimiento celular, adhesión) y enzimas.

Las proteínas de la membrana plasmática se pueden clasificar según cómo se dispongan en la bicapa lipídica:2 3 4

Proteínas integrales. Embebidas en la bicapa lipídica, atraviesan la membrana una o varias veces, asomando por una o las dos caras (proteínas transmembrana); o bien mediante enlaces covalentes con un lípido o un glúcido de la membrana. Su aislamiento requiere la ruptura de la bicapa.

Proteínas periféricas. A un lado u otro de la bicapa lipídica, pueden estar unidas débilmente por enlaces no covalentes. Fácilmente separables de la bicapa, sin provocar su ruptura.

Proteína de membrana fijada a lípidos. Se localiza fuera de la bicapa lípidica, ya sea en la superficie extracelular o intracelular, conectada a los lípidos mediante enlaces covalentes.

En el componente proteico reside la mayor parte de la funcionalidad de la membrana; las diferentes proteínas realizan funciones específicas:

Proteínas estructurales o de anclaje: estas proteínas hacen de "eslabón clave" uniéndose al citoesqueleto y la matriz extracelular.

Proteínas receptoras: que se encargan de la recepción y transducción de señales químicas. Proteínas de transporte: mantienen un gradiente electroquímico mediante el transporte de

membrana de diversos iones.

Estas a su vez pueden ser:

Proteínas transportadoras: Son enzimas con centros de reacción que sufren cambios conformacionales.

Proteínas de canal: Dejan un canal hidrofílico por donde pasan los iones.

Componentes glucídicos

Están en la membrana unidos covalentemente a las proteínas o a los lípidos. Pueden ser polisacáridos u oligosacáridos. Se encuentran en el exterior de la membrana formando el glicocalix. Representan el 8% del peso seco de la membrana plasmática. Sus principales funciones son dar soporte a la membrana y el reconocimiento celular (colaboran en la identificación de las señales químicas de la célula).

2.- tipos de bombas que existen en la célula y el movimiento de iones que ocasionan

R:

Bomba NA-K

La bomba sodio potasio ATP(adeninosin trifosfato) es una proteína transmembrana que actúa como un transportador de intercambio antiporte (transferencia simultánea de dos solutos en diferentes direcciones) que hidroliza ATP (función ATPasa). Es una ATPasa de transporte tipo P, es decir, sufre fosforilaciones reversibles durante el proceso de transporte. Está formada por dos subunidades, alfa y beta, que forman

un tetrámero integrado en la membrana. La subunidad alfa está compuesta por ocho segmentos transmembrana y en ella se encuentra el centro de unión del ATP que se localiza en el lado citosólico de la membrana (Tiene un peso molecular de aproximadamente 100.000 daltons). También posee dos centros de unión al potasio extracelulares y tres centros de unión al sodio intracelulares que se encuentran accesibles para los iones en función de si la proteína está fosforilada. La subunidad beta contiene una sola región helicoidal transmembrana y no parece ser esencial para el transporte ni para la actividad, aunque podría realizar la función de anclar el complejo proteico a la membrana lipídica.

Bomba Ca:

La bomba Ca++-ATPasa que se encarga de mantener los niveles intracelulares de calcio a un nivel bajo. La bomba transporta el Ca++ desde el citosol hacia el interior del orgánulo, que concentra y almacena el calcio. La salida del Ca++ del retículo sarcoplásmico al citosol muscular origina la contracción de la célula y se requiere una rápida eliminación de este calcio para que la célula se relaje. 

La bomba Ca++-ATPasa funciona de una forma muy parecida a la bomba Na+K+-ATPasa: dos iones de Ca++ son transportados fuera del citosol por cada molécula de ATP hidrolizado. La actividad de esta bomba está regulada de tal forma que si la concentración de Ca++ aumenta, la velocidad de bombeo aumenta hasta que la concentración citosólica se reduce a 0.1 mmolar. 

En el interior del retículo sarcoplásmico, existen dos proteínas capaces de acomplejar grandes cantidades de calcio: una de ellas, la calsecuestrina y Proteína fijadora del calcio con alta afinidad. Esta proteínas sirven como almacén de calcio y reducen las concentraciones de calcio libre en las vesículas sarcoplásmicas, reduciendo el gradiente en contra del cual tiene que trabajar la bomba. 

Bomba Cl-bicarbonato

ABSORCIÓN DEL CLORO

Se absorbe en todo el intestino pero predominantemente en duodeno yeyuno. Es pasiva, siguiendo al sodio para mantener la electro neutralidad.Se absorbe predominantemente en el duodeno yeyuno por las grandes cantidades de fluidos alcalinos allí presentes. Hay un intercambio, entra el sodio y sale el hidrogenión a la luz, éste se combina con el bicarbonato por acción de la anhidrasa carbónica y se forma ácido carbónico que se disocia en agua y CO2. El CO2 difunde al interior de la

célula y luego se absorbe a la sangre, va a los pulmones para ser expulsado en el aire espirado.

3.- Rol de las fosofolipasas A2 y C y su composición en ácidos grasos

R: La fosofolipasas son una clase de enzimas que hidrolizan los enlaces éster presentes en los fosfolípidos.

Fosfolipasa A2 (FLA2): Las fosfolipasas A2 hidrolizan el enlace éster entre el segundo acilo y el glicerol.

Son una familia de enzimas que hidrolizan el enlace éster sn-2 de los glicerofosfolípidos liberando ácidos grasos, principalmente el ácido araquidónico y lisofosfolípidos. Las fosfolipasas A2 de secreción son producidas por numerosas células bajo la acción de diferentes estímulos como la interleucina-1, el factor de necrosis tumoral a y los lipopolisacáridos, los cuales provocan su acumulación en los líquidos inflamatorios y en el plasma de pacientes con diversas enfermedades inflamatorias.

Son enzimas del tipo hidrolasa-lipasas, las cuales inducen cambios en la composición membranal, activan la cascada inflamatoria y generan vías de señalamiento celular (transducción de señales). Son responsables de la movilización de ácidos grasos poli-insaturados liberados desde la posición sn2 de los glicerofosfolipidos, lo cual incluye el ácido araquidónico (AA). Están clasificadas en las PLA2 citosólico de alto peso molecular y las PLA2 secretorias de bajo peso molecular

Localización y funciones de diferentes tipos de FLA2s

FLA2s Localización Efectos fisiológicos

Grupo I o pancreática

Jugo pancreático, pulmón, hígado, riñón, bazo, suero

Digestión de fosfolípidos, contracción muscular lisa, proliferación celular, migración celular

Grupo II o inflamatoria

Fluido sinovial, plasma, pulmón, hígado, plaquetas, macrófagos, polimorfonucleares

Producción de potentes mediadores lipídicos de la inflamación, activación de linfocitos T, eliminación de bacterias, migración celular, degranulación de mastocitos

FLA2-8 FLA2-10

Cerebro, testículos, intestino, corazón, placenta, hígado

?

?

Insectos Serpientes

VenenosDigestión, neurotoxicidad, miotoxicidad,efectos anticoagulantes

Fosfolipasa C: Las fosfolipasas C hidrolizan el enlace éster entre el glicerol y el grupo fosfato.

Las fosfolipasas C participan en el metabolismo de los fosfatidilinositol bifosfato (PIP2) y las vías calcio-dependientes de la señalización celular relacionados con lípidos. Hasta ahora, la superfamilia consiste en 6 subfamilias con un total de 13 isozimas individuales que difieren una de la otra en su modo de activación, sus niveles de expresión, su regulación catalítica,

su localización celular, su afinitidad de unión a la membrana y su distribución en los tejidos. Todas son capaces de hidrolizar al (PIP2) en dos moléculas segundo mensajero de gran importancia, que terminan alterando las respuestas celulares a la proliferación, diferenciación celular, apoptosis, remodelaje del citoesqueleto, tráfico vesicular, canales iónicos, funciones endocrinas y neurotransmisión.

Las isozimas conocidas de la fosfolipasa C son:

Fosfolipasas C beta 1, 2, 3 y 4: PLCB1, PLCB2, PLCB3, PLCB4. Fosfolipasas C delta 1, 3 y 4: PLCD1, PLCD3, PLCD4. Fosfolipasa C epsilon 1: PLCE1. Fosfolipasa C gamma 1 y 2: PLCG1, PLCG2. Fosfolipasa C eta: PLCH1, PLCH2. Fosfolipasa C zeta: PLCZ1.

4.- Los cuatro tipos de receptores y sus mecanismos de acción

1. Receptores acoplados a canales de iones

Respuesta: muy rápida (mili segundos) Ligandos: moléculas orgánicas pequeñas. Los más importantes son los NEUROTRANSMISORESCuando el receptor se une con su ligando se produce un cambio de conformación que se traduce en la apertura de un canal que permite la entrada de iones, lo que produce finalmente un cambio en el potencial de membrana.Algunos canales permiten el paso exclusivo de una molécula o ión, otros permiten el paso de un grupo de moléculas parecidas. Este tipo de receptores son muy importantes en la sinapsis donde el neurotransmisor liberado en el terminal axónico es el ligando de receptores de este tipo situados en la membrana de la célula post-sinápticaTipos más importantes de receptores acoplados a canales de iones

Se pueden dividir en 2 grupos:(1).- Aquellos que permiten el paso de CATIONES (+) :Producen una respuesta excitatoria-Acetilcolina-Glutamato-Serotonina-ATP

(2).-Aquellos que permiten el paso de ANIONES (-): Generan respuestas inhibidoras de la señal.-GABA (Ácido Gamma-Amino Butírico)-Glicina2. Receptores acoplados a Proteínas G

Estos receptores celulares median respuestas a su interacción con diversas moléculas de señalización como lo son los neurotransmisores, neuropéptidos, hormonas, péptidos vasoactivos, aromatizantes, saborizantes, glucoproteínas y otros mediadores locales.

La unión del ligando provoca la separación de las subunidades de la proteína G, que se encuentra asociada al receptor en el lado citoplasmático. Las subunidades de la proteína G van a actuar sobre otras proteínas de membrana (canales iónicos o enzimas principalmente) generando un segundo mensajero. Prácticamente todas las células del organismo tiene algún tipo de estos receptores y son diana de numerosos fármacos, como los antagonistas-adrenérgicos (empleados para problemas cardíacos).

Procesos: regulan los sentidos (olor, vista, sabor...), están implicados en la contracción cardíaca y en procesos metabólicos (regulación de la lipólisis).

3. Receptores acoplados a Enzimas

La mayoría de estos receptores sólo tienen un paso transmembrana. Pueden presentar la actividad catalítica en el dominio citoplasmático o estar asociados a una enzima.

Hay un gran número de receptores que son enzimas, es decir, el propio receptor cuando se activa presenta actividad catalítica. Los grupos más importantes son los que presentan las siguientes actividades:Actividad QUINASA*: mayoritariamente *tirosina*; también serina/treonina

Actividad FOSFATASA

Actividad PROTEASA

Actividad FOSFODIESTERASADE NUCLEÓTIDOS (como guanilato)

Los más importantes y mayoritarios son:

I.- Receptores con actividad tirosina-quinasa

II.-Receptores con actividad guanilato-ciclas

4. Receptores de Citoquinas

Las citocinas son péptidos pequeños que pueden ser producidos por cualquier tipo celular, y dentro de todos esos grupos celulares, las que las producen en mayores cantidades son las células sanguíneas. Dentro del grupo de las citosinas encontramos:-Interleuquinas (IL): regulan los procesos de diferenciación de los leucocitos-Interferones-Factor de necrosis tumoral (TNF)

-Leptina

5.- Cuales son los segundos mensajeros, como se activan y que eventos provocan.

R: Se denomina segundo mensajero a toda molécula que transduce señales extracelulares corriente abajo en la célula, hasta inducir un cambio fisiológico en un efector, como, por ejemplo, una kinasa o un factor de transcripción. Estas moléculas se caracterizan por poseer un bajo peso molecular y por su facilidad para variar en un rango de concentraciones amplio, dependiendo de la presencia o no de señales que estimulen su presencia.

Los segundos mensajeros más usuales son

3',5'-AMP cíclico 3',5'-GMP cíclico 1,2-diacilglicerol (DAG) e Inositol 1,4,5-trifosfato (IP3), El calcio (Ca2+) Y diversos fosfolípidos denominados fosfoinosítidos, presentes en las membranas celulares.

Mecanismo de acción:

Los receptores en la superficie celular para ejercer muchos de sus efectos se comunican con enzimas que generan señales en el interior celular. Estas señales son sustancias que se forman por la acción catalítica de las enzimas. Si a la hormona se le llama mensajero, a la señal intracelular se le ha llamado segundo mensajero (interacción hormona-receptor). Al proceso que se lleva a cabo desde el momento de la activación del receptor hasta la formación del segundo mensajero se le llama transducción, porque es la transformación de un tipo de señal en otra; es decir, de señal extracelular a señal intracelular. Estos segundos mensajeros son los encargados de iniciar una serie de eventos que conducen a la propagación intracelular de la señal y finalmente a los efectos fisiológicos.

6.- Detalle como ocurren las casacdas de señalizacon intracelular basadas en las proetinas Ras, Raf, Mek y dirigidas a la transxripcon genetica cunado se activa la proteina Gs.

Vía MAPK

La vía MAP quinasas, MAP quinasas, vía MAPK/ERK o vía MAPK (de las siglas en inglés Mitogen-Activated Protein Kinases, o proteín quinasas activadas por mitógenos) es una ruta de transducción de señal de células de eucariotas que se sitúa corriente abajo de receptores tirosín quinasas así como la mayoría de receptores para citocina. En términos globales, la señal se transporta mediante GRB2 y de Sos a Ras (una proteína G monomérica). Esta Ras, ya activada, estimula a tres proteínas quinasas que actúan de forma secuencial y que culmina con la activación de la MAP quinasa (también denominada como «ERK»), que es una serín treonín cinasa que es capaz de traslocarse al núcleo para, allí, regular la transcripción modificando la actividad de proteínas (incluyendo factores de transcripción, modulando así la expresión de distintos genes.

Los elementos implicados en la vía activan de algún modo al elemento situado corriente abajo, el cual posibilita la actividad del siguiente y así sucesivamente. La naturaleza de proteína cinasa de estas enzimas implica que el mecanismo de activación sea la adición o eliminación de grupos fosfato (es decir, la actividad cinasa y la fosfatasa), lo cual interviene en la estructura proteica y actúa de interruptor.

El complejo Ras-GTP activo se fija al dominio regulador de Raf (situado en su N terminal), una serín treonín cinasa que, de este modo, queda activa. La hidrólisis del GTP asociado a Ras, dando lugar a GDP, provoca la liberación de Raf, ya activa, que fosforila y en consecuencia activa a MEK. MEK es otra cinasa que fosforila y activa a la MAP cinasa, que es capaz de fosforilar a muchas proteínas diferentes. Los elementos Raf y MEK reciben también el nombre de MAPKKK y MAPKK, respectivamente, debido a su posición en la ruta de fosforilaciones.

7.- Proteincinasa A-G-C y sus funciones

PKA: Es parte de una familia de enzimas cuya actividad depende de la concentración de cAMP (adenosín monofosfato cíclico). Por eso, la PKA es también conocida como proteína cinasa dependiente del cAMP y tiene una infinidad de funciones en la célula, incluyendo la regulación del metabolismo del glucógeno, glucosa y lípidos. Esto es importante en la regulación del ciclo celular. Cataliza la reacción de fosforilación de una proteína:

Proteína + ATP Fosfoproteína + ADP

Fosforila las proteínas intracelulares a través de su activación y realiza una importante labor mediadora en diversas funciones fisiológicas cerebrales.

PKG: La proteína kinasa G (PRKG) o proteína kinasa dependiente del cGMP , es una enzima que cataliza la transferencia de un grupo fosfato desde el ATP a una proteína.

Proteína + ATP Fosfoproteína + ADP

Esta enzima pertenece a la familia de las serina/treonina proteína kinasas específicas. Requiere cGMP para su activación.

En el ser humano se conocen dos isozimas de la proteína kinasa G: PRKG1. PRKG2.

PKC: es una familia de proteínas quinasas consistente en al menos 10 isoformas. Están divididas en tres subfamilias, basadas en el segundo mensajero que requieren: convencional (o clásico), nuevo y atípico. Las PKCs convencionales contiene las isoformas α, βI, βII, y γ, que requieren Ca2+, diacilglicerol (DAG), y un fosfolípido como fosfatidilcolina para su activación. Las PKCs nuevas ((n)PKCs) incluyen las isoformas δ, ε, η, y θ, y requieren DAG, pero no Ca2 para su activación. En consecuencia, las PKCs convencionales y nuevas son activadas a través de la misma ruta de transducción de señales: la fosfolipasa C. Por otro lado, las PKCs atípicas ((a)PKCs) (incluyendo la proteína quinasa Mζ y las isoformas ι / λ) tampoco requieren Ca2+ ni DAG para su activación. L diacilglicerol (DAG) activa a la proteinquinasa C (PKC)

La proteinquinasa C (por Ca2+ dependiente) es una enzima de membrana activada por el DAG. La PKC es una serin-treonin quinasa (agrega fósforo a los aminoácidos serina y treonina), que inicia una cadena de fosforilaciones, cuyos productos finales actúan a nivel del núcleo celular. Allí actúan como factores de transcripción celular que regulan la multiplicación celular. Cuando el DAG se degrada la PKC se inactiva.

8.- mecanismos fisiológicos en el control de los receptores (en ata, baja) enfermedades de los receptores.

En algunos casos la afectación es a nivel de los receptores presentes en la membrana plasmática:

Puede haber defecto del número y/o afinidad de los receptores (diabetes mellitus, enanismo, obesidad...)Pueden formarse anticuerpos contra los receptores, por ejemplo, en la miastenia gravis o en la enfermedad de Graves-Basedow.En otros casos hay desequilibrio entre receptores antagonistas, por ejemplo en la enfermedad de Parkinson.Pueden existir receptores para agentes patógenos.