Membrana citoplasmtica

Rodea completamente a la clula (8 nm de espesor), ya que separa al citoplasma del medio ambiente.

Cuando es alterada la integridad de la membrana la clula muere.

Membrana citoplasmtica

Membrana de alta selectividad, facilita la concentracin de metabolitos especficos y la excrecin de material de desecho.

http://www.123rf.com/photo_10014964_artistic-impression-of-a-plasma-membrane-of-a-human-cell-the-plasma-membrane-is-a-bilayer-composed-o.html

Estructura

Los fosfolpidos estn formados por cidos grasos (hidrofbicos) y glicerol (relativamente hidroflico) unidos por un enlace ster y un grupo PO4- que se encuentra unido al glicerol.

Estructura

Existen diferentes formas qumicas como resultado de la variacin en la naturaleza de los cidos grasos y los radicales unidos al grupo fosfato.

enlace ster

Estructura

Bicapa de fosfolpidos estabilizada por puentes de hidrgeno e interacciones hidrofbicas. Tambin los cationes Mg2+ y Ca2+ al combinarse inicamente con las cargas negativas de los fosfolpidos estabilizan la membrana.

http://www.nature.com/horizon/livingfrontier/background/figs/membrane_f1.html

Estructura

A B

C D

A B

CCH3

CH3

CH3CH3

CH3CH3HO

A B

C D

HC

CH3

CH3

CH3CH3

CH2

CH2

CH2

HC CH3

Estructura general de los esteroles Colesterol Hopanoide

En clulas eucariontes se encuentran tambin los esteroles y el porcentaje vara entre clulas. Estos esteroles dan rigidez y estabilizan la membrana. En bacterias, los Micoplasmas (bacterias sin pared celular) tambin contienen esteroles en su membrana para dar estabilidad. En hongos, levaduras y Tripanosomas: Ergosterol.

En algunas bacterias anaerobias (crecen en ausencia de oxgeno) se encuentran presentes molculas similares a los esteroles. Los hopanoides tienen la misma funcin que los esteroles.

Los hopanoides se encuentran en las membranas de muchas bacterias y tienen un papel similar a los esteroles en clulas eucariticas.

ciclopentanoperhidrofenantreno

Ergosterol

El ergosterol como blanco de antifngicos

n Anfotericina B

http://blogs.creamoselfuturo.com/bio-tecnologia/2010/06/15/nuevos-antifungicos-i/

http://infungicas.blogspot.mx/2010/12/farmacos-para-tratamento-de-infeccoes.html

n Azoles

Estructura

En las arqueobacterias la unin del glicerol es por un enlace ter. Los lpidos estn formados por unidades repetidas de isopreno con enlaces glicerol di-ter y glicerol tetra-ter, son las estructuras ms comunes.

Enlace ester Enlace ter Isopreno

H2C P

H2C

HC

O

O-

O-

C

COO

OO

R

R

O

H2C P

H2C

HC

O

O-

O-

O

OO

R

R

CH2

CH2

H

CH3

H2C C C CH2

Bicapa y monocapa lipdica en Arqueobacterias

Hipertermfilas La estructura tetra-ter permite la formacin de una

monocapa lipdica que es ms resistente a descomponerse en fragmentos, se ha encontrado en arqueobacterias hipertermfilas (bacterias que crecen en altas temperaturas).

Isoprenoide

Fosfato

Glicerol

Citoplasma Protena de membrana

Protenas de la membrana

Tambin las protenas forman parte de la membrana citoplasmtica. Las protenas integrales se encuentran embebidas en la membrana y las protenas perifricas se mantienen en la superficie de la membrana (por dentro o por fuera) unidas por lpidos. Todas estas tienen gran importancia y dan a la membrana propiedades funcionales.

Protenas de la membrana La membrana no es

una estructura rgida, la presencia de fosfolpidos y protenas le proporciona movilidad aunada a que en condiciones normales de crecimiento la membrana presenta un aspecto fluido, por lo que al conjunto se le ha llamado modelo del mosaico fluido.

http://www.nature.com/horizon/livingfrontier/background/figs/membrane_f2.html

Funciones

Barrera osmtica Transporte de solutos especficos (nutrientes y iones). Ensamblaje y transporte de protenas extracitoplasmticas

(membrana periplsmica, membrana externa y extracelulares). Sistemas de secrecin.

Sntesis de lpidos membranales (incluyendo lipopolisacridos en clulas Gram negativas).

Sntesis de murena de pared celular. Segregacin de cromosomas (probablemente). Transporte de electrones y respiracin. Quimiotaxis (movilidad per se y funciones sensoriales). Sistemas regulatorios.

Barrera osmtica

Que mantiene constante el medio interno, impidiendo el paso libre de sales y de compuestos orgnicos polares.

Transporte de solutos especficos

1. Transporte pasivo inespecfico (Difusin simple). Consiste en la difusin pasiva de ciertas sustancias para las que la membrana es impermeable, debido a la diferencia de concentracin (C) a ambos lados de dicha membrana (la sustancia tiene mayor concentracin fuera que dentro de la clula). Aparte de la diferencia de concentracin, influyen:

El grado de permeabilidad (Constante P) de la membrana a la sustancia en cuestin y el rea o superficie total (A) a travs de la que se produce el transporte. La difusin simple se produce por el paso de estas sustancias deslizndose o intercalndose entre los fosfolpidos de la membrana citoplsmica.

Transporte de solutos especficos 2. Transporte pasivo especfico (Difusin facilitada). Permite el

paso de compuestos por difusin a travs de una protena integral de membrana (permeasa o facilitador), cuya conformacin determina un canal interior, y por el cual un sustrato especfico puede alcanzar el interior, sin gasto de energa. Las protenas transportadoras, que pueden ser de dos tipos:

Protenas de canal. Poros que permiten el paso en especial de iones inorgnicos (Na+, K+, Cl-, Ca2+), por lo que tambin se denominan canales inicos, y se abren o se cierran en respuesta a estmulos elctricos o a molculas transmisoras.

Transporte de solutos especficos

Protenas transportadoras o permeasas. Permiten el paso de solutos orgnicos mediante un cambio en la forma de la protena transportadora. Como al ingresar la molcula, enseguida entra en el metabolismo y desaparece como tal, esto basta para mantener el gradiente de concentracin que permite esta difusin, muestra propiedades similares a las de las reacciones enzimticas. Estn presentes generalmente en clulas eucariotas y en algunas procariotas para el transporte de glicerol y en Zymomonas existe un facilitador de membrana que transporta glucosa.

Transporte de solutos especficos 3. Transporte activo. Requiere un

aporte energtico, ya que se lleva a cabo en contra del gradiente electroqumico. Siempre ocurre mediante protenas transportadoras especiales acopladas a una fuente de energa, como la hidrlisis del ATP. As bombean sustancias de un lugar a otro de la membrana. Estos sistemas son comunes en procariotas debido a que generalmente crecen en concentraciones bajas de nutrientes.

Generalmente las protenas transportadoras son similares y forman 12 -helices. Existen tres clases de transportes: Uniporte Simporte y Antiporte.

Transporte de solutos especficos

Tipo Molculas transportadas Uniporte K+, lisina

Simporte de protones -galactsido, Glutamato, HPO42-, HSO4- Simporte de sodio Glutamato

Antiporte de sodio/protones Reciclaje de sodio

En la mayora de los casos del transporte activo, que supone un trabajo osmtico, se realiza a expensas de un gradiente de H+, por hidrlisis de ATP o por otro componente rico en energa:

Transporte simple

Transporte de solutos especficos Transporte acoplado a translocacin de grupos

Sistema de Fosfotransferasa

Funcionamiento del Sistema PTS 1. El azcar se une al enzima EIIC

especfico, pero ste por s mismo no puede liberar al azcar sin modificar en el interior celular.

2.La EI cataliza (en presencia de Mg2+) la transferencia del fosfato de alta energa del PEP a la HPr.

3. La HPr fosforilada (HPr-P) transfiere el fosfato al enzima IIA especfico del azcar [p. ej., la glucosa (EIIAGlc ) o el manitol (EIIAMan)].

4. La EIIA-P rpidamente, y en presencia de Mg2+, transfiere el fosfato a la enzima-IIB especfica con la que se asocia (p. ej., EIIBGlc), que a su vez fosforila el azcar (en el caso de la glucosa convirtindola en glucosa-6-P): en este momento la EIIC pierde su afinidad por el azcar modificado, que de esta forma entra en el citoplasma, preparado ya para actuar como sustrato de la primera reaccin del catabolismo de este azcar.

Nature Reviews Microbiology 6, 613-624 (August 2008)

Transporte de solutos especficos

Transporte activo dirigido por ATP Se denomina de transportadores ABC o ATPasas de trfico, y se conocen muchos ejemplos en eubacterias y arqueas. Se trata de un sistema de varios componentes, en el que existen protenas periplsmicas que captan el sustrato con gran afinidad, y lo llevan hasta unas protenas de membrana, las cuales acoplan el paso de dicho sustrato hasta el citoplasma (sin alterarlo qumicamente) con la hidrlisis de ATP.

Transporte de solutos especficos Porinas u otras protenas de membrana

externa para lograr la difusin del sustrato desde el medio hasta el espacio periplsmico, por ejemplo, en enterobacterias OmpF y OmpC (BtuB).

Protena(s) solubles de espacio periplsmico que se unen al sustrato con gran afinidad (BtuF).

Un heterodmero formado por dos protenas integrales de membrana por donde pasa el sustrato (BtuC).

Dos protenas perifricas de membrana citoplsmica, en el lado citoplsmico, que acopla la hidrlisis de ATP con el transporte unidireccional del sustrato a travs de la membrana (BtuD). Transporte de Vitamina B12

en Escherichia coli http://moose.bio.ucalgary.ca/index.php?page=CK_Projects

SEMINARIO

"Biofbricas microbianas: el impacto de la biotecnologa en la Qumica"

Maestra Ma. Elena Rodrguez Instituto de Biotecnologa UNAM VIERNES 14 DE FEBRERO 12 h AUDITORIO A

Ensamblaje y transporte de protenas extracitoplasmticas Translocacin. Transporte de protenas intra o a travs de la

membrana. Exportacin. Cuando la protena es translocada al periplasma. Secrecin. Cuando la protena es transportada al medio

extracelular, dentro de otra clula o a la superficie celular. Excrecin. Transporte extracelular de molculas que nos son de

origen proteico (por ejemplo productos de la fermentacin).

Sistemas de secrecin. Sistema Sec (General Secretory Pathway GSP). Sistema de

translocacin y exportacin de protenas no plegadas. Sistema Tat (Twin arginine translocation). Sistema de

translocacin y exportacin de protenas plegadas. Translocasa YidC. Sistema de translocacin de protenas de

Membrana Interna.

http://www.nature.com/nature/journal/v406/n6796/fig_tab/406575a0_F1.html

Sistema Sec Pptido lder (secuencia lder o secuencia seal).

Protena chaperona (SecB) Complejo de protenas de unin

(SecYEG) ATPasa citoplasmtica (SecA) SecYEG + Sec A= translocasa. Es la

responsable del movimiento de la protena a travs de la membrana citoplasmtica.

El complejo SecYE forma un canal conocido como translocn o canal conductor de protenas (CCP).

SecG, estimula el transporte y SecD, SecF y YajC son regulatorias.

Peptidasa del pptido seal (SPaseI).

General Secretory Pathway (GSP). Sistema de translocacin y exportacin de protenas no plegadas.

Mecanismo del sistema Sec 1 La protena chaperona SecB se une a una preprotena naciente en el citosol, estabilizando su conformacin no plegada. 2a El complejo SecB-preprotena es dirigido hacia la translocasa SecYEG unida a SecA 3a. 2b El complejo SecB-preprotena se asocia a la protena SecA y se dirige a SecYEG en la MI 3b. 4 Se une la secuencia seal a SecA, lo cual estabiliza la interaccin SecB-SecA.

5 La preprotena se transfiere a SecA. La unin de ATP por SecA promueve el inicio de la translocacin y la liberacin de SecB del complejo ternario. La hidrlisis del ATP permite el paso de la protena a travs del translocn.

MENSAJE BIOQUMICO, Vol. XXVII (2003)

Translocacin co-traduccional. (SRP)

La translocacin de protenas es mediada por una ribonucleoprotena (SRP), su receptor (FtsY) en la membrana y el complejo SecYEG.

Requiere la hidrlisis de GTP en la SRP y FtsY para liberar la protena naciente a travs de SecYEG.

Nature Reviews Microbiology 4, 537-547 (July 2006)

Signal Recognition Particle (SRP)

Nature Reviews Molecular Cell Biology 3, 538-542 (July 2002)

The signal recognition particle (SRP) associates with the nascent chain as soon as the signal sequence emerges from the ribosome. The SRPnascent-chain complex, which is still associated with the ribosome and messenger RNA, then binds to the SRP receptor on the endoplasmic reticulum membrane and transfers the nascent chain and ribosome to the translocon or protein translocation channel. The translocon then directs the polypeptide across the membrane. Both the SRP and its receptor are GTPases that bind both the nascent chain and each other in the GTP bound state (T); hydrolysis of GTP to GDP (D) dissociates the complex and allows them to recycle to another round of translocation. The SRP mechanism is highly conserved, with analogous steps occurring at the prokaryotic plasma membrane.

Sec en diferentes organismos

Nature Reviews Microbiology 4, 537-547 (July 2006)

Sistema Tat

Nature Reviews Molecular Cell Biology 2, 350-356, 2001.

Twin arginine translocation (Tat). Sistema de translocacin y exportacin de protenas plegadas.

Se ha encontrado en:

La membrana citoplasmtica en bacterias y arqueas.

Membranas tilacoides de los cloroplastos en plantas.

Posiblemente en la membrana interna de la mitocondria de las plantas.

Sistema Tat

Peptido seal (SRRXFLK) en el extremo amino terminal. Tat translocasa: Protenas membranales (Tat A, Tat B y Tat C).

Biochemical Society Transactions, 2007 Volume 35, part 5

Aminocido Cdigo de tres letras Cdigo de una letra Alanina Ala A

Arginina Arg R

Asparagina Asn N

cido asprtico Asp D

Cistena Cys C

Glutamina Gln Q

cido glutmico Glu E

Glicina Gly G

Histidina His H

Isoleucina Ile I

Leucina Leu L

Lisina Lys K

Metionina Met M

Fenilalanina Phe F

Prolina Pro P

Serina Ser S

Treonina Thr T

Triptfano Trp W

Tirosina Tyr Y

Valina Val V

No

me

nc

latu

ra

de

am

ino

c

ido

s

Componentes twin-arginine translocase (Tat) TatA (verde) TatB (amarillo) TatC (prpura) A) E. coli K-12 B) Bacillus subtilis C) Halobacterium sp. D) Tilacoides de maz

TatA 7 Aminocidos (seal que inactiva a TatA) Proteasa GlpG (en E. coli) Protena Tat (verde)

Biochemical Society Transactions, 2007 Volume 35, part 5

Modelo Tat

Annu. Rev. Microbiol. 2006. 60:37395 cofactores

subunidad adicional

chaperonas

Translocasa YidC

EMBO reports 4, 10, 939943 (2003)

Las protenas de membrana interna (IMP) pueden translocarse a travs de tres formas: Ruta de YidC. Ruta SRP-YidC. Ruta SRP-Sec translocn-YidC.

Translocacin de protenas de Membrana Interna.

YidC insertasa dependiente e independiente de Sec

Nature Reviews Microbiology 6, 234-244 (March 2008)

La insertasa YidC tienen la funcin de promover la insercin de protenas de membrana en conjuncin con la translocasa Sec (o Sec-SRP) o independiente de ella.

Secrecin de protenas Enzimas

hidrolticas: proteasas, lipasas, nucleasas y carbohidrasas.

Enzimas no hidrolticas: toxina del clera y toxina diftrica.

Protenas estructurales: pilina, de flagelo y protenas de virulencia.

TRENDS in Microbiology Vol.10 No.4 April 2002

Sistemas de secrecin en bacterias

BMC Microbiology 2009, 9(Suppl 1):S2

Segregacin de cromosomas (probablemente).

Transporte de electrones y respiracin.

Quimiotaxis (movilidad per se y funciones sensoriales).

Nature Reviews Microbiology 4, 784-790 (October 2006)

Sistema regulatorio de dos componentes

Sistema que censa e interpreta cambios en el medio extracelular.

Los estmulos detectados por este sistema incluyen pH, osmolaridad, temperatura, repelentes o atrayentes, disminucin de nutrientes, disponibilidad de nitrgeno y fsforo, etc.

Modelo general del sistema de dos componentes

El estmulo no entra a la clula, sino que es detectada por un sensor a nivel de membrana, el cual transduce el estmulo hacia una protena citoplsmica, reguladora de respuesta, la cual a su vez interacciona con secuencias determinadas al comienzo del opern, para regularlo, generando as la respuesta adaptativa correspondiente a la seal ambiental. Moat, Microbial Physiology 2002