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¿Qué es la simetría interna en las proteínas de membrana?

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Me he encontrado con el término "simetría interna" en el contexto de las proteínas de membrana, pero nunca he encontrado una definición satisfactoria.

Estoy luchando por descubrir exactamente qué significa este término ... ¿Qué plano es esta simetría? visto en? ¿Son los dímeros que son simétricos o ¿Puede un monómero ser también simétrico internamente??


La simetría interna en este caso se refiere a casos en los que una parte de la estructura de la proteína puede superponerse (aproximadamente) a otra. No es una simetría matemática estricta, más una 'semejanza'

Por ejemplo, en los 12 transportadores de hélice transmembrana, las primeras seis hélices están dispuestas de manera similar a las segundas seis, de modo que si se cortara la proteína por la mitad, se verían las dos mitades (aproximadamente) superpuestas.

La figura 3 de este Nature Micro lo muestra claramente. http://www.nature.com/articles/nmicrobiol20159 Donde las hélices azules en 3a podrían rotarse 180 grados y luego lucir muy similares en disposición a las hélices amarillas.


Proteína de membrana integral

Un proteína de membrana integral (DIABLILLO) es un tipo de proteína de membrana que está unida permanentemente a la membrana biológica. Todas las proteínas transmembrana son IMP, pero no todas las IMP son proteínas transmembrana. [1] Los IMP comprenden una fracción significativa de las proteínas codificadas en el genoma de un organismo. [2] Las proteínas que atraviesan la membrana están rodeadas por lípidos anulares, que se definen como lípidos que están en contacto directo con una proteína de membrana. Estas proteínas solo pueden separarse de las membranas mediante el uso de detergentes, disolventes no polares o, a veces, agentes desnaturalizantes.


Contenido

Asimetría Editar

La bicapa lipídica consta de dos capas: una valva externa y una interna. [1] Los componentes de las bicapas se distribuyen de forma desigual entre las dos superficies para crear asimetría entre las superficies exterior e interior. [2] Esta organización asimétrica es importante para funciones celulares como la señalización celular. [3] La asimetría de la membrana biológica refleja las diferentes funciones de las dos valvas de la membrana. [4] Como se ve en el modelo de membrana fluida de la bicapa de fosfolípidos, la valva externa y la valva interna de la membrana son asimétricas en su composición. Ciertas proteínas y lípidos descansan solo en una superficie de la membrana y no en la otra.

• Tanto la membrana plasmática como las membranas internas tienen caras citosólicas y exoplasmáticas. • Esta orientación se mantiene durante el tráfico de la membrana: las proteínas, lípidos, glicoconjugados que miran hacia la luz del RE y Golgi se expresan en el lado extracelular de la membrana plasmática. En las células eucarióticas, los nuevos fosfolípidos son fabricados por enzimas unidas a la parte de la membrana del retículo endoplásmico que se enfrenta al citosol. [5] Estas enzimas, que utilizan ácidos grasos libres como sustratos, depositan todos los fosfolípidos recién formados en la mitad citosólica de la bicapa. Para permitir que la membrana en su conjunto crezca de manera uniforme, la mitad de las nuevas moléculas de fosfolípidos deben transferirse a la monocapa opuesta. Esta transferencia es catalizada por enzimas llamadas flippases. En la membrana plasmática, las flippases transfieren fosfolípidos específicos de forma selectiva, de modo que los diferentes tipos se concentran en cada monocapa. [5]

Sin embargo, el uso de flippases selectivos no es la única forma de producir asimetría en las bicapas lipídicas. En particular, opera un mecanismo diferente para los glicolípidos, los lípidos que muestran la distribución asimétrica más llamativa y consistente en las células animales. [5]

Lípidos Editar

La membrana biológica está formada por lípidos con colas hidrófobas y cabezas hidrófilas. [6] Las colas hidrofóbicas son colas de hidrocarburos cuya longitud y saturación es importante para caracterizar la célula. [7] Las balsas de lípidos se producen cuando las especies de lípidos y las proteínas se agregan en dominios de la membrana. Estos ayudan a organizar los componentes de la membrana en áreas localizadas que están involucradas en procesos específicos, como la transducción de señales.

Los glóbulos rojos o eritrocitos tienen una composición lipídica única. La bicapa de glóbulos rojos está compuesta por colesterol y fosfolípidos en proporciones iguales en peso. [7] La ​​membrana de los eritrocitos juega un papel crucial en la coagulación de la sangre. En la bicapa de los glóbulos rojos se encuentra la fosfatidilserina. [8] Suele estar en el lado citoplásmico de la membrana. Sin embargo, se voltea a la membrana externa para usarse durante la coagulación de la sangre. [8]

Proteínas Editar

Las bicapas de fosfolípidos contienen diferentes proteínas. Estas proteínas de membrana tienen varias funciones y características y catalizan diferentes reacciones químicas. Las proteínas integrales atraviesan las membranas con diferentes dominios en cada lado. [6] Las proteínas integrales mantienen una fuerte asociación con la bicapa lipídica y no pueden desprenderse fácilmente. [9] Se disociarán solo con un tratamiento químico que rompa la membrana. Las proteínas periféricas se diferencian de las proteínas integrales en que mantienen interacciones débiles con la superficie de la bicapa y pueden disociarse fácilmente de la membrana. [6] Las proteínas periféricas están ubicadas en una sola cara de una membrana y crean asimetría de la membrana.

ALGUNOS EJEMPLOS DE PROTEÍNAS DE MEMBRANA DE PLASMA Y SUS FUNCIONES
CLASE FUNCIONAL EJEMPLO DE PROTEÍNA FUNCIÓN ESPECÍFICA
Transportadores Bomba de Na + bombea activamente Na + fuera de las células y K + en
Anclas integrinas enlazar los filamentos de actina intracelular con las proteínas de la matriz extracelular
Receptores receptor del factor de crecimiento derivado de plaquetas Se une al PDGF extracelular y, como consecuencia, genera señales intracelulares que hacen que la célula crezca y se divida.
Enzimas adenilil ciclasa cataliza la producción de la molécula de señalización intracelular AMP cíclico en respuesta a señales extracelulares

Oligosacáridos Editar

Los oligosacáridos son polímeros que contienen azúcar. En la membrana, pueden unirse covalentemente a lípidos para formar glicolípidos o unirse covalentemente a proteínas para formar glicoproteínas. Las membranas contienen moléculas de lípidos que contienen azúcar conocidas como glicolípidos. En la bicapa, los grupos de azúcar de los glicolípidos están expuestos en la superficie celular, donde pueden formar enlaces de hidrógeno. [9] Los glucolípidos proporcionan el ejemplo más extremo de asimetría en la bicapa lipídica. [10] Los glucolípidos realizan una gran cantidad de funciones en la membrana biológica que son principalmente comunicativas, incluido el reconocimiento celular y la adhesión célula-célula. Las glicoproteínas son proteínas integrales. [2] Desempeñan un papel importante en la respuesta inmunitaria y la protección. [11]

La bicapa de fosfolípidos se forma debido a la agregación de los lípidos de la membrana en soluciones acuosas. [4] La agregación es causada por el efecto hidrofóbico, donde los extremos hidrofóbicos entran en contacto entre sí y son secuestrados lejos del agua. [6] Esta disposición maximiza los enlaces de hidrógeno entre las cabezas hidrofílicas y el agua mientras minimiza el contacto desfavorable entre las colas hidrofóbicas y el agua. [10] El aumento de los enlaces de hidrógeno disponibles aumenta la entropía del sistema, creando un proceso espontáneo.

Las moléculas biológicas son anfifílicas o anfipáticas, es decir, son simultáneamente hidrofóbicas e hidrofílicas. [6] La bicapa de fosfolípidos contiene grupos de cabeza hidrófilos cargados, que interactúan con el agua polar. Las capas también contienen colas hidrófobas, que se encuentran con las colas hidrófobas de la capa complementaria. Las colas hidrófobas suelen ser ácidos grasos que difieren en longitudes. [10] Las interacciones de los lípidos, especialmente las colas hidrófobas, determinan las propiedades físicas de la bicapa lipídica, como la fluidez.

Las membranas en las células definen típicamente espacios o compartimentos cerrados en los que las células pueden mantener un entorno químico o bioquímico que difiere del exterior. Por ejemplo, la membrana alrededor de los peroxisomas protege al resto de la célula de los peróxidos, sustancias químicas que pueden ser tóxicas para la célula, y la membrana celular separa una célula de su medio circundante. Los peroxisomas son una forma de vacuola que se encuentra en la célula y que contiene subproductos de reacciones químicas dentro de la célula. La mayoría de los orgánulos están definidos por tales membranas y se denominan orgánulos "unidos a la membrana".

Permeabilidad selectiva Editar

Probablemente, la característica más importante de una biomembrana es que es una estructura selectivamente permeable. Esto significa que el tamaño, la carga y otras propiedades químicas de los átomos y moléculas que intenten cruzarlo determinarán si lo logran. La permeabilidad selectiva es esencial para la separación efectiva de una célula u orgánulo de su entorno. Las membranas biológicas también tienen ciertas propiedades mecánicas o elásticas que les permiten cambiar de forma y moverse según sea necesario.

Generalmente, las moléculas hidrófobas pequeñas pueden atravesar fácilmente las bicapas de fosfolípidos mediante difusión simple. [12]

Las partículas que son necesarias para la función celular pero que no pueden difundirse libremente a través de una membrana entran a través de una proteína de transporte de membrana o se absorben mediante endocitosis, donde la membrana permite que una vacuola se una a ella y empuje su contenido hacia la célula. Muchos tipos de membranas plasmáticas especializadas pueden separar las células del ambiente externo: apicales, basolaterales, presinápticas y postsinápticas, membranas de flagelos, cilios, microvellosidades, filopodios y lamelipodios, el sarcolema de las células musculares, así como mielina especializada y membranas de la columna dendrítica de neuronas. Las membranas plasmáticas también pueden formar diferentes tipos de estructuras "supramembrana" tales como caveolas, densidad postsináptica, podosoma, invadopodio, desmosoma, hemidesmosoma, adhesión focal y uniones celulares. Estos tipos de membranas difieren en la composición de lípidos y proteínas.

Distintos tipos de membranas también crean orgánulos intracelulares: endosoma retículo endoplásmico liso y rugoso retículo sarcoplásmico Aparato de Golgi lisosoma mitocondria (membranas internas y externas) núcleo (membranas internas y externas) peroxisoma vacuola gránulos citoplásmicos vesículas celulares (fagosoma, autofagosoma, vesículas recubiertas de clatrina Vesículas recubiertas de COPI y recubiertas de COPII) y vesículas secretoras (incluidos sinaptosomas, acrosomas, melanosomas y gránulos de cromafina). Los diferentes tipos de membranas biológicas tienen diversas composiciones de lípidos y proteínas. El contenido de las membranas define sus propiedades físicas y biológicas. Algunos componentes de las membranas juegan un papel clave en la medicina, como las bombas de eflujo que bombean los medicamentos fuera de la célula.

Fluidez Editar

El núcleo hidrófobo de la bicapa de fosfolípidos está en constante movimiento debido a las rotaciones alrededor de los enlaces de las colas lipídicas. [13] Las colas hidrofóbicas de una bicapa se doblan y se bloquean. Sin embargo, debido al enlace de hidrógeno con el agua, los grupos de cabeza hidrófilos exhiben menos movimiento ya que su rotación y movilidad están restringidas. [13] Esto da como resultado un aumento de la viscosidad de la bicapa lipídica más cerca de las cabezas hidrofílicas. [6]

Por debajo de una temperatura de transición, una bicapa lipídica pierde fluidez cuando los lípidos altamente móviles exhiben menos movimiento y se convierten en un sólido similar a un gel. [14] La temperatura de transición depende de componentes de la bicapa lipídica como la longitud de la cadena de hidrocarburos y la saturación de sus ácidos grasos. La fluidez de la dependencia de la temperatura constituye un atributo fisiológico importante para las bacterias y los organismos de sangre fría. Estos organismos mantienen una fluidez constante modificando la composición de ácidos grasos de lípidos de la membrana de acuerdo con diferentes temperaturas. [6]

En las células animales, la fluidez de la membrana está modulada por la inclusión del esterol colesterol. Esta molécula está presente en cantidades especialmente grandes en la membrana plasmática, donde constituye aproximadamente el 20% de los lípidos en la membrana en peso. Debido a que las moléculas de colesterol son cortas y rígidas, llenan los espacios entre las moléculas de fosfolípidos vecinas que dejan los pliegues en sus colas de hidrocarburos insaturados. De esta forma, el colesterol tiende a endurecer la bicapa, haciéndola más rígida y menos permeable. [5]

Para todas las células, la fluidez de la membrana es importante por muchas razones. Permite que las proteínas de membrana se difundan rápidamente en el plano de la bicapa e interactúen entre sí, como es crucial, por ejemplo, en la señalización celular. Permite que los lípidos y proteínas de la membrana se difundan desde los sitios donde se insertan en la bicapa después de su síntesis a otras regiones de la célula. Permite que las membranas se fusionen entre sí y mezclen sus moléculas, y asegura que las moléculas de la membrana se distribuyan uniformemente entre las células hijas cuando una célula se divide. Si las membranas biológicas no fueran fluidas, es difícil imaginar cómo las células podrían vivir, crecer y reproducirse. [5]


¿Qué es la simetría interna en las proteínas de membrana? - biología

Resumen del artículo:

Las células son la unidad básica de la vida. Todas las células tienen una característica común conocida como membrana permeable selectiva externa llamada membrana celular o membrana plasmática. Casi todas las células eucariotas contienen un sistema de membranas internas más complejo y complicado. Estas membranas internas dan lugar a varios compartimentos cubiertos de membrana dentro de cada celda. Las membranas celulares están compuestas principalmente por lípidos y proteínas.

La membrana plasmática actúa como límite entre el interior de la célula y también el líquido extracelular que rodea a todas y cada una de las células. Los lípidos presentes principalmente en la membrana plasmática son los fosfolípidos. Estos fosfolípidos son anfifílicos y la cola de hidrocarburo de la molécula es hidrófila, mientras que las cabezas polares son de naturaleza hidrófila.
1. Los fosfolípidos más comunes, como el colesterol y la fosfatidil etanolamina, están presentes en la membrana plasmática.
2. La membrana plasmática tiene una superficie acuosa en ambos lados, tanto dentro como fuera de la célula. Por lo tanto, el fosfolípido presente en la membrana celular forma una estructura de bicapa de fosfolípidos con las colas hidrófobas enfrentadas entre sí.

Aunque todas las proteínas de membrana están presentes en la membrana, son estructural y funcionalmente diversas unas de otras. Toda la membrana biológica tiene la misma estructura básica de bicapa de fosfolípidos, que está asociada con un conjunto de proteínas de membrana. Estas estructuras de lípidos y proteínas de membrana permiten que la membrana plasmática lleve a cabo todas sus actividades biológicas.

Algunas proteínas que están presentes en la membrana plasmática solo se unen a la superficie de la membrana plasmática, mientras que otras tienen una región enmascarada dentro de la membrana y también dominios en uno o ambos lados de la misma.

En su mayoría, dominios de proteínas en la superficie de la membrana extracelular, y también ayudan en el mecanismo de señalización celular. Los dominios proteicos que se forman dentro de la membrana, más específicamente los que forman canales y poros en la membrana, ayudan en el transporte de biomoléculas a través de las membranas.
Los dominios proteicos que se enfrentan a la cara citosólica de la membrana se ocupan de una variedad de funciones biológicas, como desencadenar las vías de señalización intracelular o también actúan como proteínas citoesqueléticas.

Las proteínas de membrana se pueden clasificar en dos tipos principales de proteínas, como las proteínas integrales o, en otras palabras, como proteínas intrínsecas y periféricas o extrínsecas, dependiendo de la naturaleza de las interacciones de las proteínas de la membrana. La mayor parte de la biomembrana o las membranas plasmáticas o la membrana celular contienen ambos tipos de proteínas de membrana.

Proteínas de membrana integral:

Las proteínas integrales de la membrana también se denominan proteínas intrínsecas, ya que una o más partes de estas proteínas están incrustadas en la bicapa de fosfolípidos de la membrana celular. Muchas de las proteínas que están asociadas con la membrana plasmática o la membrana celular están estrechamente unidas a ella. Las proteínas integrales también contienen algunos residuos con cadenas laterales hidrófobas que interactúan con los grupos acilo graso de los fosfolípidos que están presentes en la membrana. Esto ayuda a permitir el anclaje de las proteínas fuertemente en la membrana celular.

La mayoría de las proteínas integrales abarcan toda la bicapa de fosfolípidos. Las proteínas transmembrana presentes en la membrana plasmática contienen uno o más dominios que atraviesan la membrana. Estos dominios tienen una longitud de cuatro a varios cientos de residuos, que también se extienden al medio acuoso a ambos lados de la bicapa.

En las proteínas transmembrana se encuentran dos tipos de dominios que atraviesan la membrana, como una o más hélices α o múltiples hebras β. Las proteínas que contienen siete hélices α que atraviesan la membrana forman una clase muy importante y también principal que incluye muchos receptores de la superficie celular y también bacteriodopsina.

Algunas de las proteínas transmembrana atraviesan la membrana celular bicapa varias veces y forman un canal hidrófilo a través del cual ciertos iones y también moléculas pueden entrar o salir de la célula. Por ejemplo, todos los receptores acoplados a proteína G como receptores de hormonas peptídicas. Todos los receptores atraviesan la membrana celular o la membrana plasmática siete veces.

Las proteínas transmembrana que forman las porciones dentro de la bicapa lipídica están formadas por aminoácidos hidrófobos. Algunas porciones de la proteína transmembrana que se proyectan fuera de la bicapa de fosfolípidos están formadas principalmente por aminoácidos hidrófilos. Las proteínas que se proyectan en el entorno acuoso de la célula suelen estar formadas por glicoproteína, que también contiene muchos de los residuos de azúcar hidrófilos que se adhieren a la parte de los polipéptidos expuestos en la superficie celular.

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Referencias

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Las proteínas de membrana representan una gran proporción del proteoma, pero tienen características que son problemáticas para muchos métodos de la biología molecular moderna (que a menudo se han desarrollado teniendo en cuenta las proteínas solubles). Para los estudios estructurales, los bajos niveles de expresión y la presencia de detergente han sido espinas en la carne del experimentalista de proteínas de membrana. Aquí discutimos el uso de la microscopía crioelectrónica en estudios innovadores de las estructuras de las proteínas de membrana. Este método puede hacer frente a cantidades relativamente pequeñas de muestra y a la presencia de detergente. Hasta hace poco, la microscopía crioelectrónica no podía proporcionar estructuras de alta resolución de proteínas de membrana, pero los desarrollos recientes en la tecnología del microscopio electrónico de transmisión y en el procesamiento de imágenes de partículas individuales obtenidas en el microscopio han revolucionado el campo, permitiendo la obtención de estructuras de alta resolución. . Aquí nos centramos en los problemas específicos que rodean la aplicación de la microscopía crioelectrónica al estudio de las proteínas de membrana, especialmente en la elección de un sistema para mantener la proteína soluble.

Microscopía crioelectrónica de proteínas de membrana. Los electrones pasan a través de la muestra y se enfocan y se obtienen imágenes en el microscopio electrónico de transmisión. La muestra de proteínas de membrana se encapsula en una capa microscópicamente delgada de hielo vítreo. En la mayoría de los casos, estarán presentes micelas de detergente libres, así como complejos de proteína / detergente.


Uniones de separación de lentes

E.C. Beyer, V.M. Berthoud, en Enciclopedia del ojo, 2010

Insultos que causan cataratas y daño a las conexiones del cristalino

Las proteínas del cristalino, incluidas las conexinas, pueden acumular una variedad de modificaciones postraduccionales con el envejecimiento o en asociación con la formación de cataratas. Se ha detectado oxidación de metionina en los ortólogos bovinos de CX46 y CX50. Se ha detectado desamidación de asparagina121 en el ortólogo CX50. Sin embargo, no es seguro que estas modificaciones ocurran realmente. en vivo, ya que tanto la oxidación como la desamidación de la metionina pueden ocurrir durante la preparación de la muestra. Se desconocen los efectos de la mayoría de estas modificaciones sobre la comunicación intercelular mediada por uniones gap.

Una de las etiologías más estudiadas de la formación de cataratas es el estrés oxidativo, que puede estar relacionado con cambios en las conexinas y uniones gap. Varios estudios han utilizado H2O2 tratamiento de células del cristalino cultivadas o lentes aislados para examinar las consecuencias del estrés oxidativo. Tratamiento de cultivos de pollo que contienen lentoide con H2O2 conduce a cambios dependientes de la dosis y el tiempo en el patrón de inmunotransferencia de pollo CX46, lo que sugiere que H2O2 conduce a su fosforilación diferencial. Se ha observado una forma escindida de esta conexina después del tratamiento con altas concentraciones de H2O2 esto también está asociado con la muerte celular. Tratamiento de una línea celular de lentes que expresan CX43 con H2O2 conduce a un aumento en la actividad de PKCγ, un aumento en la fosforilación de CX43 en Ser368 detectado por inmunotransferencia, una disminución en el número de placas de unión gap y una disminución en el acoplamiento del colorante. También se han observado efectos similares cuando los lentes de rata se tratan con H2O2. Por lo tanto, varios datos sugieren que el estrés oxidativo conduce a alteraciones en la comunicación intercelular del cristalino a través de la activación de proteína quinasas y alteraciones en la fosforilación de conexinas, que pueden contribuir a la formación de cataratas.


La acidez puede cambiar las propiedades de la membrana celular.

De todas las tecnologías asombrosas que han desarrollado los seres humanos, ninguna ha igualado la complejidad del bloque de construcción fundamental de la naturaleza: la célula viva. Y ninguna de las actividades de la célula sería posible sin membranas lipídicas delgadas, o bicapas, que separan sus partes y regulan sus funciones.

Se observan cambios en el empaquetamiento de las colas en una red hexagonal, rectangular-C o rectangular-P a varios niveles de pH.

Comprender y controlar las propiedades de las bicapas es vital para los avances en biología y biotecnología. Ahora, un equipo interdisciplinario de investigadores de la Universidad Northwestern ha determinado cómo controlar la cristalización de las bicapas alterando la acidez de su entorno.

La investigación, publicada el 24 de septiembre en la procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, arroja luz sobre la función celular y podría permitir avances en la administración de fármacos y la tecnología bioinspirada.

"En la naturaleza, los seres vivos funcionan en un delicado equilibrio: la acidez, la temperatura, todo su entorno debe estar dentro de límites específicos, o mueren", dijo la coautora Mónica Olvera de la Cruz, Profesora Abogada Taylor de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Química. y (por cortesía) Ingeniería Química y Biológica en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern. "Sin embargo, cuando los seres vivos pueden adaptarse, son más funcionales. Queríamos encontrar el conjunto específico de condiciones bajo las cuales las bicapas, que controlan gran parte de la célula, pueden transformarse en la naturaleza". procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, arroja luz sobre la función celular y podría permitir avances en la administración de fármacos y la tecnología bioinspirada. Comprender y controlar las propiedades de las bicapas es vital para los avances en biología y biotecnología. Ahora, un equipo interdisciplinario de investigadores de la Universidad Northwestern ha determinado cómo controlar la cristalización de las bicapas alterando la acidez de su entorno.

Aprovechando la carga en los grupos de cabezas de las moléculas, los investigadores de Northwestern desarrollaron una nueva forma de modificar las propiedades físicas de la membrana. Comenzaron co-ensamblando moléculas de anfífilo de dilisina (+2) y carboxilato (-1) de diferentes longitudes de cola en membranas bicapa a diferentes niveles de pH, lo que cambió la carga efectiva de las cabezas. Las bicapas están formadas por dos capas de moléculas anfifílicas, moléculas con propiedades tanto amantes del agua como que odian el agua, que forman una capa cristalina alrededor de su contenido. Con forma de piruleta, las moléculas de anfífilo poseen una cabeza cargada, amante del agua (hidrófila) y una cola que repele el agua (hidrófoba); las moléculas que forman cada capa se alinean de cola con cola con las cabezas que forman el exterior de la membrana. La densidad y la disposición de las moléculas determinan la porosidad, la resistencia y otras propiedades de la membrana.

Luego, utilizando la tecnología de dispersión de rayos X en el Equipo de Acceso Colaborativo DuPont-Northwestern-Dow (DND-CAT) en la Fuente de Fotones Avanzada del Laboratorio Nacional Argonne, los investigadores analizaron la cristalización resultante formada por las moléculas de las bicapas.

(Para producir imágenes de estructuras de membranas al microscopio electrónico, los investigadores las congelaron previamente, pero este proceso requiere mucha mano de obra y cambia la fidelidad estructural, lo que lo hace menos relevante para comprender el ensamblaje y el comportamiento de la membrana en condiciones fisiológicas como se lleva a cabo dentro del cuerpo humano. .)

Los investigadores de Northwestern encontraron que la mayoría de las moléculas no respondían a un cambio de acidez. Pero aquellos que poseían una longitud de cola crítica, una medida que se correlaciona con el nivel de hidrofilia de las moléculas, la carga de las cabezas de las moléculas cambió en la medida en que su cristalización bidimensional se transformó a partir de una red periódica de patrón rectangular (encontrado en soluciones más básicas) a una red hexagonal (que se encuentra en soluciones más ácidas). Las conchas con una simetría más alta, como las hexagonales, son más fuertes y menos frágiles que las que tienen una simetría menor. El cambio de pH también alteró el grosor de las bicapas y la compacidad de las moléculas.

Cambiar la densidad y el espaciado de las moléculas dentro de las membranas podría ayudar a los investigadores a controlar la eficiencia de encapsulación y liberación de las moléculas dentro de una vesícula.


Ciencia y biología: la función de una membrana celular

La función de una membrana celular, también conocida como membrana plasmática, es proteger las estructuras dentro de la célula, dar forma a la célula y sostener su estructura.

Estructuras de las membranas celulares

La membrana celular está compuesta por una doble capa de lípidos y proteínas. Hay tres tipos diferentes de proteínas que se encuentran dentro de la membrana celular: proteína estructural, proteína de transporte y glicoproteína. Estas capas de lípidos y proteínas permiten que la membrana celular realice su función principal, que es rodear la célula y protegerla del entorno exterior. Una membrana celular es selectivamente permeable y solo permite que ciertas sustancias entren y salgan de la célula. En algunos casos, una membrana celular también puede controlar la cantidad de cierta sustancia que se deja pasar a través de ella.

Función de una membrana celular

La célula o membrana plasmática está destinada a proteger a la célula de su entorno exterior, al mismo tiempo que le da estructura a la célula y regula los materiales que entran y salen de la célula. Esta regulación asegura que las sustancias nocivas no ingresen a la célula y que las sustancias esenciales no salgan de la célula. El oxígeno puede atravesar fácilmente la membrana celular porque es necesario para la respiración celular, que es una función principal de la célula. Los subproductos de estas funciones, como el dióxido de carbono, pueden salir de la célula después de que tiene lugar la respiración celular. A diferencia del oxígeno, el agua y el dióxido de carbono, los iones muy cargados y las macromoléculas más grandes no pueden atravesar directamente la membrana celular. En cambio, se les permite ingresar a la célula a través de proteínas incrustadas en la membrana. Debido a que la membrana celular es esencial para proteger la célula y su estructura, un agujero o ruptura en una membrana celular puede hacer que la célula deje de funcionar correctamente y finalmente muera.

Otra función esencial de una membrana celular es la comunicación o señalización celular. Las proteínas receptoras de la membrana celular se unen a moléculas de otras áreas del cuerpo y se comunican con ellas para enviar una señal dentro de la célula, indicándole que realice una determinada función. Los receptores de una membrana celular pueden ser absorbidos por virus dañinos, como el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH), causando una infección.

La función general de una membrana celular se puede comparar con la función del puente levadizo y la pared exterior de un castillo. Just as a drawbridge and wall protect a castle and ensure only certain individuals enter and exit the castle, the cell's membrane offers protection to the cell and regulates which substances are allowed to enter and exit the cell. Cell signaling is similar to using a lookout tower on a castle wall to communicate with neighboring castles.

Cellular Transport

Cellular transport, one of the main functions of a cell membrane, can occur in multiple ways. The first type of cellular transport is passive osmosis and diffusion. This is when substances, such as water and oxygen, pass easily into the cell directly through the cell membrane. The next type of cellular transport is called transmembrane protein transport, which is when small organic molecules are transported into the cell. Endocytosis is the third type of cellular transport. This kind of transport is similar to the cell "eating" other substances and is characterized by the cell engulfing and then absorbing large molecules or even entire other cells. The last type of cellular transport, exocytosis, occurs when a cell removes or secretes substances.


MEMBRANES

Membrane fluidity -- according to the fluid mosaic model, proteins and lipids diffuse in the membrane.

  • preventing ion flux
  • active transport of ions from side to side of the plasma membrane.
  1. Types of molecules that can cross membranes by diffusion:
    • Water and small lipophilic organic compounds can cross.
    • Large molecules ( e.g. proteins) and charged compounds do not cross.
  2. Direction relative to the concentration gradient: movement is DOWN the concentration gradient ONLY (higher concentration to lower concentration).
  3. Rate of diffusion depends on
    • charge on the molecule -- electric charge prevents movement.
    • size -- smaller molecules move faster than larger molecules.
    • lipid solubility -- more highly lipid-soluble molecules move faster.
    • the concentration gradient -- the greater the concentration difference across the membrane, the faster the diffusion.
  4. Direction relative to the membrane: molecules may cross the membrane in either direction, depending only on the direction of the gradient.
  1. Ion channels exist for Na + , K + and Ca ++ movement. These channels are specific for a given ionic species.
  2. Channels consist of protein, which forms a gate that opens and closes under the control of the membrane potential.
  3. Ion movement through channels is always down the concentration gradient.
  1. A carrier must be able to perform four functions in order to transport a substance.
    • Recognition -- to specifically bind the substance that is to be transported.
    • Translocation -- movement from one side of the membrane to the other.
    • Release -- on the other side of the membrane
    • Recovery -- return of the carrier to its original condition so it can go through another cycle of transport.
  2. Terminology: Carriers are also variously called "porters,""porting systems,""translocases,""transport systems" and "pumps."
  3. Carriers resemble enzymes in some of their properties.
    • They are NOT enzymes, as they do NOT catalyze chemical reactions.
    • They are enzyme-like in the following ways. They are specific. They have dissociation constants for the transported substances which are analogous to Km of enzymes. Transport can be inhibited by specific inhibitors. They exhibit saturation, like enzymes do. Diffusion, in contrast, is not saturable, and its rate increases with increasing concentration.
  4. A general model for transport is that the carrier is a protein which changes conformation during the transport process.
  5. Sometimes carriers move more than one molecule simultaneously. Nomenclature:
    • Uniport: a single molecule moves in one direction.
    • Symport: two molecules move simultaneously in the same direction.
    • Antiport: Two molecules move simultaneously in opposite directions.
  1. The characteristics of a carrier operating by passive mediated transport.
    • Faster than simple diffusion
    • Movement is down the concentration gradient only (like diffusion)
    • No energy input is required -- the necessary energy is supplied by the gradient.
    • The carrier exhibits specificity for the structure of the transported substance saturation kinetics specific inhibitability
  2. Examples of passive mediated transport.
    • Glucose transport in many cells. A uniport system Can be demonstrated by the fact that adding substances with structures that resemble the structure of glucose can inhibit glucose transport specifically. It is specific for glucose. The K m for glucose is 6.2 mM (a value in the neighborhood of the blood concentration of glucose, 5.5 mM) The K m for fructose is 2000 mM The transport process involves attachment of glucose outside the cell. Conformational change of the carrier protein. Release of the glucose inside the cell. There is no need to change K m for glucose, since the glucose concentration in the cell is very low.
    • Chloride-bicarbonate transport in the erythrocyte membrane. This is catalyzed by the band 3 protein seen previously. An antiport system: both ions MUST move in opposite directions simultaneously. The system is reversible, and can work in either direction. Movement is driven by the concentration gradient.
  1. There are two sources of energy for active transport.
    • ATP hydrolysis may be used directly.
    • The energy of the Na + gradient may be used in a symport mechanism. The energy of the Na + going down its gradient drives the movement of the other substance. But since the Na + gradient is maintained by ATP hydrolysis, ATP is the indirect source of energy for this process.
  2. The characteristics of a carrier operating by active transport.
    • Can move substances against (up) a concentration gradient.
    • Requires energy.
    • Is unidirectional
    • The carrier exhibits specificity for the structure of the transported substance saturation kinetics specific inhibitability
  3. How can the substance be released from the carrier into a higher concentration than the concentration at which it bound in the first place?
    • The affinity of the translocase for the substance must decrease, presumably by a conformational change of the translocase.
    • This process may require energy in the form of ATP.
  4. Examples of active mediated transport.
    • Ca ++ transport is a uniport system, using ATP hydrolysis to drive the Ca ++ movement. There are two Ca ++ translocases of importance.
      • In the sarcoplasmic reticulum, important in muscle contraction.
      • A different enzyme with similar activity in the plasma membrane.
    • The Na + -K + pump (or Na + -K + ATPase).
      • An antiport system.
      • Importance: present in the plasma membrane of every cell, where its role is to maintain the Na + and K + gradients.
      • Stoichiometry: 3 Na + are moved out of the cell and 2 K+ are moved in for every ATP hydrolyzed.
      • Specificity: Absolutely specific for Na + , but it can substitute for the K + .
      • The structure of the Na + -K + pump is a tetramer of two types of subunits, alpha 2 beta 2 . The beta-subunit is a glycoprotein, with the carbohydrate on the external surface of the membrane.
      • The Na + -K + ATPase is specifically inhibited by the ouabain, a cardiotonic steroid. Ouabain sensitivity is, in fact, a specific marker for the Na + -K + ATPase.
      • The proposed mechanism of the Na + -K + ATPase shows the role of ATP in effecting the conformational change.
        • Na + attaches on the inside of the cell membrane.
        • The protein conformation changes due to phosphorylation of the protein by ATP, and the affinity of the protein for Na + decreases.
        • Na + leaves.
        • K + from the outside binds.
        • K + dephosphorylates the enzyme.
        • The conformation now returns to the original state.
        • K + now dissociates.
    • Na + linked glucose transport is found in intestinal mucosal cells. It is a symport system glucose is transported against its gradient by Na + flowing down its gradient. Both are transported into the cell from the intestinal lumen. Na + is required one Na + is carried with each glucose. The Na + gradient is essential it is maintained by the Na + -K + ATPase.
    • Na + linked transport of amino acids, also found in intestinal mucosal cells, works similarly. There are at least six enzymes of different specificity that employ this mechanism. Their specificity is as follows. Short neutral amino acids: ala, ser, thr. Long or aromatic neutral amino acids: phe, tyr, met, val, leu, ile. Basic amino acids and cystine: lys, arg, cys-cys. Acidic amino acids: glu, asp Imino acids: pro and hypro Beta-amino acids: beta-alanine, taurine.
  1. There are four types of signals.
    • Nerve transmission
    • Hormone release
    • Contracción muscular
    • Growth stimulation
  2. There are four types of messenger molecules.
    • esteroides
    • small organic molecules
    • peptides
    • proteinas
  3. The messenger may interact with the cell in either of two ways.
    • Entry into the cell by diffusion through the cell membrane (the steroid hormones do this).
    • Large molecules or charged ones bind to a receptor on the plasma membrane.
  4. The events associated with communication via these molecules may include the following.
    • Primary interaction of the messenger with the cell (binding by a receptor).
    • A secondary event, formation of a second messenger. (this is not always found).
    • The cellular response (some metabolic event).
    • Termination (removal of the second messenger).
  1. Steroids are lipid soluble, and can diffuse through the plasma membrane.
  2. Cells which are sensitive to steroid hormones have specific receptor proteins in the cytosol or nucleus which bind the steroid.
  3. The receptor-hormone complex then somehow causes changes in the cell's metabolism, typically by affecting transcription or translation.
  4. The mechanism of termination is unclear, but involves breakdown of the hormone.
  1. Membrane receptors bind specific messenger molecules on the exterior surface of the cell. Either of two types of response may occur.
    • Direct response: binding to the receptor directly causes the cellular response to the messenger.
    • Second messenger involvement: Binding to the receptor modifies it, leading to production of a second messenger, a molecule that causes the effect.
    • In each case messenger binding induces a conformational change in the receptor protein. Binding of the messenger resembles binding of a substrate to an enzyme in that there is a dissociation constant inhibition (by antagonists) which may be competitive, noncompetitive, etc.
  2. A variety of messengers can bind to various tissues.
    • Various cellular responses may occur, depending on the tissue.
    • Either positive or negative responses may occur, even in the same tissue, depending on the type of receptor.
  3. The response of a cell to a messenger depends on the number of receptors occupied.
    • A typical cell may have about 1000 receptors.
    • Only a small fraction (10%)of the receptors need to be occupied to get a large (50%) response.
    • Receptors may have a dissociation constant of about 10 exp -11 this is the concentration of messenger at which they are 50% saturated. Thus very low concentrations of messengers may give a large response.
  1. The receptor is a complex pentameric protein which forms a channel through the membrane.
  2. Mechanism of action.
      Binding of acetylcholine, a small molecule, at the exterior surface causes the channel to open. (Binding)
  3. Na + and K + flow through the channel, depolarizing the membrane. (Response)
  4. The esterase activity of the receptor then hydrolyses the acetylcholine, releasing acetate and choline, and terminating the effect. (Recovery)
  5. The process can now be repeated.
  1. Definition: This intracellular mediator is called a second messenger .
  2. Effect of second messenger formation: Since a receptor usually forms many molecules of second messenger after being stimulated by one molecule of the original effector, second messenger formation is a means of amplifying the original signal.
  3. The formation and removal of the second messenger can be controlled and modulated.

  1. Structure of cAMP: an internal (cyclic) 3', 5'-phosphodiester of adenylic acid.
  2. The mechanism of action of cAMP is to activate an inactive protein kinase.
    • Animated activation sequence.
    • Since an active protein kinase which acts on many molecules of its substrate is produced, this process is an amplification of the original signal.
    • Since the protein kinase is activated by cAMP it is called protein kinase A.

    The reaction ATP < -> cAMP + PPi is reversible, but subsequent hydrolysis of the PPI

  • G-proteins are a class of proteins that are so named because they can react with GTP. There are G-proteins in addition to the ones under consideration here.
  • G s and G i are so named because they stimulate and inhibit, respectively, adenyl cyclase.
  • Structure: G-proteins are complexes of three different subunits, alpha, beta and gamma. Beta and gamma are similar in the G s and G i proteins. The alpha-subunits are different, and are called alpha s and alpha i , respectively.
  • Mechanism: Receptor-messenger interaction stimulates binding of GTP to the alpha-subunits. The alpha-subunit with its bound GTP then dissociates from the beta-gamma complex. The alpha-subunit with its bound GTP then acts on adenyl cyclase. alpha s -GTP stimulates adenyl cyclase. alpha i -GTP inhibits adenyl cyclase.
  • The alpha-subunit of the G-protein has GTPase activity. After it cleaves the GTP it reassociates with the beta-gamma complex to form the original trimer.
  • cAMP already formed is cleaved by cAMP phosphodiesterase.
  • The hormone gradually and spontaneously dissociates from the receptor.
  1. Animated activation sequence.
  2. IP 3 and DG are synthesized by the enzyme, phospholipase C, which has phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP 2 ) phosphodiesterase activity. PIP 2 is a normal minor component of the inner surface of the plasma membrane.
  3. The phosphodiesterase is controlled by a G-protein in the membrane, which activates the phosphodiesterase.
  4. Mechanism: IP 3 and DG have separate effects.
    • IP 3 releases Ca ++ from the endoplasmic reticulum. The Ca ++ then activates certain intracellular protein kinases.
    • DG activates protein kinase c, a specific protein of the plasma membrane.
    • Note that both IP 3 and DG activate protein kinases, which in turn phosphorylate and affect the activities of other proteins.
  5. Termination of the signal occurs at several levels.
    • IP 3 is hydrolyzed.
    • Ca ++ is returned to the endoplasmic reticulum or pumped out of the cell.
    • The GTPase activity of the G-protein hydrolyses the GTP, terminating the activity of the phospholipase C.
  6. Many systems respond to changes on IP 3 and DG. Be aware of the large number of systems affected.

Structure: The insulin receptor is a tetramer with two kinds of subunits, alpha and beta. Disulfide bridges bind them together.


Ver el vídeo: Proteínas de la membrana celular. Khan Academy en Español (Noviembre 2022).