Lección 21. Proteínas de membrana Objetivos:

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Lección 21. Proteínas de membrana

Objetivos:

1. Enumerar las funciones de las proteínas de membrana 2. Clasificar las proteínas de membrana

3. Describir las interacciones de las proteínas con la bicapa lipídica 4. Describir estructura y función de las proteínas unidas a la bicapa

mediante moléculas lipídicas

5. Una vez completado el estudio de los componentes de las membranas y sus interacciones, analizar la asimetría de la membrana y el

desplazamiento de componentes en el seno de la misma

6. Describir procesos de fusión de membranas; importancia biológica y médica

Bibliografía: Lehninger 5ª ed. Cp 11 y Devlin 5ª ed. Cp. 12

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Proteínas de membrana

La composición en proteínas de las membranas condiciona y/o posibilita la función de la membrana particular; las membranas que ejercen funciones diferentes tienen proteínas distintas: especialización funcional

Función de las proteínas de membrana

:

1. Promover los procesos de trasiego de los solutos polares: son sistemas de transporte de solutos polares

2. Catalizar reacciones metabólicas: son enzimas 3. Recibir señales del exterior celular: son receptores

4. Transmitir señales al interior celular: son sistemas de transducción de señales

En resumen, hasta la fecha se considera que:

Las proteínas son responsables de la mayoría de los procesos dinámicos desarrollados en las membranas

y los lípidos crean el ambiente adecuado para la acción de las

proteínas

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Clasificación de las proteínas de membrana

Proteínas integrales (a, b, e)

1. Atraviesan la bicapa lipídica (BL)

2. Se unen a BL por

interacciones hidrofóbicas.

3. Para separarlas se precisa solubilizar la BL con

detergentes

4. En general, NO son

solubles en medio acuoso.

Fig. 12.23 Devlin 4ª ed.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e) (f)

Proteínas periféricas (c, d)

1. Se asocian a la BL o a otras prot. por enlaces iónicos y enlaces de H.

2. Se pueden separar fácilmente de la BL sin romperla (fuerza iónica ) 3. En general, son solubles

en el medio acuoso.

Se diferencian tres tipos de proteínas de membrana según su asociación con la misma:

Proteínas anfitrópicas (c, f)

1. Se asocian

reversiblemente a la BL:

memb  citosol 2. Se unen a la BL por

enlaces no covalentes o por unión covalente a un lípido de membrana.

3. En general, son solubles en medio acuoso.

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En general

a) las proteínas con un único segmento transmembrana son:

• Proteínas de adhesión y reconocimiento entre células

• Lugares de fijación de antígenos

Receptores: p.ej. r. de insulina, r. de lipoproteínas LDL, r. de transferrina, etc.

b) Las proteínas con múltiples segmentos transmembrana son proteínas que trabajan dentro de la membrana. Entre ellas están:

 Todas las proteínas implicadas en el transporte de iones y solutos polares a través de la membrana: Sistemas de

Transporte (transportadores, bombas, canales para iones, etc)

 Y las proteínas que transfieren información al interior celular:

Diversos tipos de receptores acoplados a proteínas G como el

receptor β-adrenérgico, o el receptor muscarínico.

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Proteínas con un único segmento transmembrana.

Ejemplo: glicoforina A

Fig. 12.27 Stryer 4ª ed.

 3 nm

 20 aa * 1.5 Å/aa = 30 Å = 3 nm

5-8 nm

Glúcidos

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Componente glucídico de las glucoproteínas

 El conjunto glucídico puede ser muy complejo

 Puede constituir del 1 al 70% de peso total de la glucoproteina

 Condicionan el plegamiento de la proteína  su función

Componente glucídico

Los oligosacáridos de las glucoproteínas junto con los de los

glucolípidos actúan como señales de membrana de reconocimiento célula-célula, de la edad celular, etc.

Los oligosacáridos de las glucoproteínas y de los glucolípidos son un importante factor de asimetría de la membrana ya que se localizan exclusivamente en el lado externo de la membrana plasmática.

En las membranas de orgánulos intracelulares, los oligosacáridos se localizan en el lado contrario al citosol.

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Membranas celulares: modelo de mosaico fluido

• Estructura cooperativa no covalente: estructura fluida

Desplazamiento de las moléculas en el plano de la membrana

Tomado de Lehninger 3ª ed

Capa interna

Capa externa (apolares)

Bicapa lipídica

Colesterol

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Movilidad de los lípidos y de las proteínas en las membranas (I)

Difusión lateral

s = (4 Dt)½

s = distancia media recorrida en dos dimensiones

t = tiempo D = coeficiente de difusión lateral

Lípidos: son muy rápidos

D  1 m2 s-1  s = 2 m en 1 segundo  una molécula de lípido puede viajar de un extremo a otro de una bacteria en un segundo

Proteínas: velocidades muy diferentes

• Rápidas como rodopsina D = 0.4 m2 s-1

• Prácticamente inmóviles: fibronectina D = 10-4 m2 s-1

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Movilidad de los lípidos y de las proteínas en las membranas (II)

Difusión transversal o transmembranal (flip-flop)

Es un proceso muy lento. La barrera de energía libre es muy grande

Lípidos:

Una molécula de fosfolípido difunde transversalmente una vez cada

varias horas.

Proteínas

Para las proteínas, la barrera de energía libre es aún mayor: nunca se ha observado difusión transversal en proteínas

Debido a esto la asimetría de la membrana se mantiene durante

largos periodos de tiempo.

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Algunas proteínas de membrana se asocian formando grandes agregados estables (Parches) en la superficie de una célula u orgánulo: p.e. los receptores de

acetilcolina forman densos parches casi cristalinos.

Otras proteínas están ancladas a estructuras internas que evitan su libre difusión:

p.e. el intercambiador Cl-/bicarbonato y la glicoforina están ligados a la espectrina del citoesqueleto.

Agregados moleculares de la membrana

Los glucoesfingolípidos y el colesterol se agrupan conjuntamente en “balsas de

estructura “líquida ordenada” … a la deriva en un mar fosfolípidos de estructura “líquida desordenada” más fluída” (Llehninger 5ª ed.) El 50% de la superficie celular está ocupada por balsas.

Las balsas contienen una cantidad elevada de proteínas integrales. Esta

asociación aumenta la eficacia de los procesos en los que intervienen; fenómenos de transporte, transducción de señales están asociados a balsas: p.e. los

receptores de insulina y de otros factores de crecimiento, ciertas proteínas de unión a GTP y proteína quinasas asociadas a señalización transmembrana están localizadas en balsas.

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Figura tomada de Lehninger 5ª ed.

La caveolina es una proteína integral de membrana de la capa citosólica. Es un dímero. Cada unidad está unida a la membrana por un dominio hidrofóbico y tres grupos palmitilo unidos al dominio

carboxiterminal.

La caveolina une colesterol en la capa extracelular y una balsa típica de esfingolípidos–colesterol con proteínas asociadas.

La presencia de caveolinas fuerza a al BL a curvarse hacia dentro formando pequeñas cuevas (caveolas) en la superficie de la célula.

Las caveolas son balsas específicas en las que intervienen ambas capas de la membrana.

Los cambios de curvatura son cruciales en los fenómenos de fusión de las

membranas.

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Fusión de membranas

Lehninger 3ª ed. Cp 12

Las membranas pueden fusionarse con otras membranas sin que haya

pérdida de continuidad.

Requerimientos para la fusión específica de dos membranas:

1. Reconocimiento de las membr. entre sí 2. Proximidad: eliminación del agua de

solvatación de las cabezas polares de los lípidos

3. Rotura local de la estructura de las bicapas 4. Fusión de dos bicapas para formar una

estructura única y contínua

En la endocitosis mediada por receptor y en la secreción regulada, también se requiere que:

5. El proceso de fusión se desencadene en respuesta a una señal específica.

Todos estos procesos están mediados por proteínas específicas de la

membr. llamadas proteínas de fusión

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Virus VIH

gp=glicoproteína

Virus de la gripe

Ác. siálico

HA = Hemaglutinina

Endosoma

Tomado de Lehninger 3ª ed. Cp.12

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Propiedades de las membranas celulares

1. Son estructuras laminares, de 6 a 10 nm de espesor Forman compartimentos cerrados Diferenciación de espacios

2. Constan de lípidos, proteínas e hidratos de carbono

3. Los lípidos (anfipáticos) constituyen bicapas que son barreras de permeabilidad para solutos polares

4. Las proteínas son mediadoras de las funciones características de las membranas:

Flujo selectivo de solutos Receptores de información extracelular Transducción de energía Enzimas metabólicos, etc.

5. Son asimétricas

6. Son asociaciones moleculares no covalentes: sistema cooperativo no covalente

7. Son estructuras fluidas: pueden autosellarse y también fusionarse unas con otras sin perder su integridad

8. La mayoría de las membranas están polarizadas eléctricamente: en general, el interior es más negativo que el exterior

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