UNIDAD 2: ESTRUCTURA DE BIOMOLÉCULAS

Estructura de la membrana celular

Estructura de la membrana celular: modelo del mosaico fluido

• Bicapa lipídica

• Fosfolípidos y esfingolípidos: anfipáticos

• Colesterol

• Proteínas integrales y periféricas

Modelo del mosaico fluido

Propiedades de la membrana

• Regeneración:• La membrana tiende a recuperar su estructura (fuerzas hidrofóbicas)

• Capacidad de autosellado

• Fluidez:• Las moléculas de fosfolípidos pueden cambiar de posición.

• Movimientos laterales y de “flip-flop”

Propiedades de la membrana

• Fluidez depende de varios factores:• Temperatura

• Insaturaciones tipo cis

• Longitud de las cadenas hidrocarbonadas

• Presencia de colesterol

• Calcio que interacciona con los fosfatos

Propiedades de la membrana

• Es asimétrica:• Su contenido es

variable: Esfingomielinamás frecuente en la capa externa y la fosfatidiletanolaminaen la capa interna (flipasas)

• Alteraciones en la distribución actúan como marcadores o señales para la apoptosis.

Propiedades de la membrana: Asimetría

Propiedades de la membrana

• Permeabilidad selectiva:• Sistema abierto que intercambia

materia y energía con el medio e.c.

• Actúa como una barrera

• Mantiene diferencias en composición entre el LIC y el LEC

• Proteínas transportadoras y por los canales iónicos.

• Importante en la interacción célula-célula y en la señalización transmembrana.

Proteínas de membrana

• Segundo principal componente de la membrana plasmática: 50%.

• Llevan a cabo las principales funciones:• Moléculas de transporte

• Receptores de señales

• Función catalítica

• Función de anclaje de macromoléculas

• Dos tipos principales:• Proteínas periféricas

• Proteínas transmembrana

Proteínas de membrana

Proteínas de membrana

• Periféricas:• Son hidrofílicas (proteínas globulares

solubles).

• No atraviesan el espacio transmembranal.

• Se unen en forma no covalente a otras proteínas de membrana.

• Unidas a su capa externa o interna.

• Requieren soluciones salinas de gran fuerza iónica para solubilizarlas.

• Integrales:• Son anfipáticas

• Su porción hidrofóbica atraviesa la membrana.

• Establecen interacciones estrechas con los lípidos transmembrana, pueden tener varios dominio transmembranales (TMD).

• Requieren de detergentes para solubilizarlas.

Transporte a través de membrana

Proteínas transportadoras

• Proteínas transmembranales: canales o proteínas acarreadoras.

• Proteínas canal: • Poro hidrofílico selectivo de tamaño y carga.

• Dominios especializados en apertura, responden a diferentes estímulos.

• Iones inorgánicos

• Proteínas acarreadoras:• Se unen selectivamente a la molécula que transportan y sufren un cambio

conformacional.

Tipos de transporte a través de la membrana

• Pasivo:• A favor del gradiente de concentración o electroquímico

• No requiere aporte de energía

• Canales y algunas proteínas acarreadoras

• Activo:• En contra del gradiente

• Requieren aporte energético: primario (ATP) o secundario (acoplado).

• Proteínas acarreadoras especializadas

• Necesario para mantener la composición iónica intracelular

Transporte pasivo

Transporte activo

Transporte pasivo

• Facilitado por acarreador: Glucosa en hepatocitos.

• Receptores para D-glucosa

• Es uniporte

Transporte pasivo

• Canales iónicos:• Sentido depende del gradiente

electroquímico

• Selectividad depende del diámetro y de los aas que lo conformen

• Oscilan en formas abiertas o cerradas, depende de los estímulos.

• Regulados por voltaje

• Regulados por ligando

• Regulados por estrés

• Na, K, Ca, Cl.

Transporte activo

• Realizado por bombas.

• Bomba Na/k

• Es primario: hidrólisis de ATP por una ATPasa

• Tipo acarreadora

• Saca 3Na e introduce 2 K

• La fosforilación induce un cambio conformacional.

• Ayuda a generar el potencial de membrana.

Señalización celular

Sistemas de transducción de señales

Se compone:• Molécula señal o ligando• Receptor celular• Conjunto de enzimas efectoras

intracelulares: generan una nueva señal intracelular y regulan distintas proteína diana

Clasificación delas señales segúnla distanciarecorrida

Clases de hormonas

Grupo I

• Esteroides, iodo-tironinas, calcitriol y retinoides, NO

• Liposolubles

• Requieren proteínas transportadoras

• Vida media larga

• Receptores intracelulares

• Cx Hormona-receptor

• No se almacenan

Grupo II

• Polipéptidos, proteínas, glucoproteínas, catecolaminas

• Hidrofílicas

• No requieren transportadores

• Vida media corta

• Receptores de membrana

• Segundos mensajeros: AMPc, GMPc, Ca, lípidos.

• Se almacenan en vesículas

Mecanismo de acción de las hormonas del Grupo I o liposolubles

Mecanismo de acción de las hormonas del Grupo II o hidrosolubles

Sistemas de transducción de señales: Grupo II

• Receptores son proteínas transmembranales.

• Dominio extracelular se une en forma específica y con gran afinidad a un ligando que puede ser agonista o antagonista.

• Los cambios inducidos son transmitidos al dominio intracelular.

• Existen 3 tipos básicos de receptores de membrana:• Receptores acoplados a proteínas G (GPCR)

• Receptores con actividad enzimática

• Receptores asociados a canales iónicos

Receptores acoplados a proteínas G

• Formadas por tres subunidades

• Subunidad α con actividad GTPasa

• GDP inactiva

• GTP activa

• Promueven la formación de un segundo mensajero.

• Percepción sensitiva: gusto, olfato, visión.

• Liberación de HCl

Receptores acoplados a proteínas G

Receptores con actividad enzimática

• El dominio intracelular tiene actividad enzimática: tirosina quinasa

• Poseen un solo dominio transmembranal incapaz de inducir cambios conformacionales.

• Une el ligando al receptor lo que hace que se asocie a otro receptor: transactivación.

• Los receptores se fosforilan uno a otro, y sirven de anclaje a otras proteínas con sitio SH2, especializado en la unión a tirosinas fosforiladas.

• Factores de crecimiento.

Receptores con actividad enzimática

Receptores asociados a canales iónicos

• Canales iónicos regulados por unión a ligando.

• La unión del ligando provoca la apertura del canal y movimiento de iones.

• Neuronas: canales de Na que responden a la unión de acetilcolina, provocando la entrada de Na, propagación del impulso nervioso.

• Membranas plasmáticas de neuronas y en fibras musculares.

• RE: posee canales de Ca y es el principal almacén de calcio intracelular.

Receptores asociados con canales iónicos

ÁCIDOS NUCLÉICOS

Nucleótidos

• Son constituyentes de ácidos nucleicos: ADN y ARN.

• Actúan como transmisores de energía (ATP).

• Actúan como señales en los sistemas celulares en respuesta a hormonas (AMPc)

• Son componentes de coenzimas e intermediarios metabólicos (NAD, FAD; NADP)

• Constituidos por:• Base nitrogenada

• Pentosa

• Grupo fosfato

Nucleótidos: Bases nitrogenadas

BASES NITROGENADAS SECUNDARIAS

Oligonucleótidos ≤ 50Polinucleótidos más de 50

ADN

• Friedrich Mieschner 1868: Nucleína

• Frederick Griffith 1928: Diplococcus pneumoniae encontró el principio transformante.

• Oswald Avery, Colin Macleod y Maclyn MaCarty 1944: Comprobaron que el principio transformante era el ADN y no las proteínas.

• Martha Chase y Alfred Hershey 1952: E. coli infectada con fagos marcados con P y con S, comprobaron que el ADN es el único componente que contiene la información genética en las células.

• Erwin Chargaff 1940: Cantidades de las 4 bases varian entre los organismos, y que las cantidades de ciertas bases estaban muy relacionadas (Reglas de Chargaff)

• Composición bases varía de una especie a otra.

• La composición de bases aisladas de diferentes tejidos de una misma especie es la misma.

• La composición no varía con la edad, nutrición, ambiente.

• En todos los ADN: A=T y C=G, es decir, A + G = T + C.

Experimento de Griffith

Experimento de Avery, Macleod y McCarty

Experimento de Hershey-Chase

Estructura y función del ADN

• 1953: Watson y Crick establecen su estructura.

• Rosalind Franklin y Wilkins: Difracción rayos X

• Doble hélice

• Dos cadenas antiparalelas: 5´ a 3´, 3´ a 5´, dextrógiras.

• Bases nitrogenadas: A, T, G y C, se unen por puentes de hidrógeno en el centro.

• Los deoxinuclétidos de unen por enlaces fosfodiester

• Superficie de la doble hélice tiene surcos mayor y menor

• Apareamiento de bases complementarias

• A + G = T + C

ADN

Estructura y función del ARN• 1940: Beadle y Tatum, existencia de conexión entre genes y enzimas

• Bases: A, U, G y C

• Monocatenario , capacidad de plegamiento en forma de pasador.

• Síntesis de proteínas: Transcripción y traducción.

• Varios tipos:• ARN ribosómico

• ARN de transferencia

• ARN mensajero

• ARN nuclear pequeño (snRNA)

• Micro ARN (miRNA)

• ARN mitocondrial (mtRNA)

Dogma central de la biología molecular

Tipos de ARNTipo de ARN Localización Función

rRNA Ribosomas (65%) Catalítica y estructural en la síntesis de proteínas

tRNA 75 nucleótidos.Citoplasma

Transporta los aminoácidos en forma activada al ribosomapara la formación de enlaces peptídicos.

mRNA Menos abundante (5-10%)

Molde para la síntesis de proteínas o traducción. Se forma en núcleo por el proceso de transcripción.

snARN Núcleo, consta de 100 a 200 nucleótidos

Se asocia a proteínas y forma snRNP. Procesa al ARN inicial para dar una forma madura que pueda exportarse del núcleo.

miRNA Citoplasma. Moléculas de RNA no codificante

Regulación génica del mRNA, cortando o suprimiendo su traducción.

mtRNA Mitocondrias Sintetizan las proteínas de las mitocondrias: cadena de transporte de electrones y la ATP sintasa.

Nucleótidos con otras funciones: Energía

Nucleótidos con otras funciones: Coenzimas

Nucleótidos con otras funciones: segundos mensajeros.

Nucleótidos con otras funciones: Grupos prostéticos

Nucleótidos con otras funciones: Transportador