Expo Desmosomas

Protein Kinase C α/β Inhibitor Go6976 Promotes Formation of Cell Junctions and Inhibits Invasion of Urinary Bladder Carcinoma Cells

La familia de las Protein Cinasas C (PKC) consiste de serina-treonina cinasas que actúan fosforilando sus sustratos que son proteína-específicos. Hay tres grandes grupos y cada grupo tiene depende de una molécula específica para su activación. Las PKC’s están involucrados en varios procesos celulares como regulación de la expresión genética, proliferación, uniones celulares etc. Las PKC’s tienen distintos efectos en la enfermedad de cáncer.  Una isoenzima promueve cáncer por su actividad en la proliferación celular, mientras que otra isoenzima lo inhibe por tener actividad apoptótica.

Las células epiteliales tienen un gran número de uniones celulares, las cuales tienen un papel importante en la morfogénesis. Las más importantes son uniones adherentes y desmosomas.  Cada vez hay más evidencia de que las uniones celulares tienen un papel importante en el desarrollo y la progresión de tumores malignos. La pérdida de estas uniones es un evento importante en la progresión del cáncer y se cree que las proteínas unidoras son supresoras del cáncer.

Active membrane transport and receptor proteins from bacteria

La membrana lipídica de las bacterias es impermeable para nutrientes que deben entrar o productos de desechos que deben salir. Este transporte depende de proteínas transportadoras, un proceso que requiere energía.  La baja cantidad de estas proteínas y su hidrofobicidad hace difícil su aislamiento para  estudiar su estructura. En este artículo se describió una estrategia para amplificar la expresión y purificar proteínas transportadoras y receptores de la membrana bacteriana.  Primero, en un plásmido se introdujo un gen que codifica para un transportador simport o antiport. Después se aisló, se digirió y se transformó a E.coli para poder hacer estudio de expresión. Se cultivaron estas bacterias E.coli conteniendo el plásmido y se hizo un western blot para confirmar su expresión. Después siguieron a la purificación de la proteína. La finalidad era obtener una cantidad suficiente de proteínas para transportadoras y receptores para estudios estructurales. Se pueden aumentar esta cantidad de proteínas y su purificación, optimizando las condiciones, especialmente para la extracción de proteínas de membrana. Además, existen muchas técnicas para poder hacerles más estudios a las proteínas, determinación de secuencias, actividad etc.

Organización Molecular de la Membrana

                                          Modelo de membrana

La membrana plasmática es una envoltura continua que rodea la célula, formando una estructura asimétrica entre los medios intracelular y extracelular. Está constituida por una doble capa lipídica, proteínas intermembrana (intrínsecas) y proteínas extramembrana (extrínsecas), que pueden ser internas o externas. Las moléculas lipídicas se disponen en una doble capa que constituye una barrera casi impermeable para las moléculas hidrofílicas. Los grupos polares de los lípidos ocupan la cara eterna y la interna. Los grupos apolares se sitúan en la zona media. Sus cadenas hidrofóbicas se dirigen perpendicularmente hacia la superficie de las dos capas, entre el espacio que separa los dos grupos polares.

La composición bioquímica de una membrana está adaptada a la función de la región celular que la limita. Para una misma célula, esta composición difiere de un dominio a otro, y de un tipo celular a otro. Estas variaciones constitutivas reflejan las diferencias funcionales de estas membranas.

                                          Lípidos y fluidez de membrana

La membrana está compuesta básicamente por fosfolípidos, colesterol y glucolípidos, que constituyen el 40% de la membrana.

Fosfolípidos: son los componentes más abundantes y tienen básicamente una función estructural. Debido a su carácter anfipático se autoensamblan, formando dos capas. Presentan una alta movilidad lateral y de giro sobre sí mismos, produciendo una gran fluidez en la membrana.

Glucolípidos: son mucho menos abundantes. Tienen también un carácter anfipático. Su componente glúcido, siempre orientado en la cara externa de la membrana, interviene en procesos de reconocimiento y señales entre células.

Colesterol: se asocia a los lípidos disminuyendo la fluidez de la monocapa y manteniendo la estabilidad de la bicapa.  

La fluidez es la capacidad de una molécula que forma parte de una membrana para desplazarse por ella. Esta fluidez depende de la insaturación de los fosfolípidos, la cantidad de colesterol y la temperatura. Las membranas son fluidas, prácticamente son láminas de grasa, donde las moléculas se encuentran en un estado de líquido viscoso. Esto implica que, en teoría, las moléculas podrían difundir y desplazarse por ella sin restricciones. Un glicerofosfolípido que está situado en la membrana plasmática en su monocapa externa tendría dos posibilidades de movimiento: uno lateral donde se desplazaría entre las moléculas contiguas, y otro en el que saltaría a la monocapa interna, movimiento denominado ‘’flip-flop’’. Los saltos entre monocapas son muy infrecuentes, se estima que la posibilidad de que le ocurra a un lípido es de una vez al mes debido a que las cabezas polares de los lípidos se encuentran con la barrera de las cadenas de ácidos grasos. El colesterol posee, sin embargo, la capacidad de hacer movimientos ‘’flip-flop’’ con relativa facilidad.

La fluidez de la membrana puede variar con la composición química de sus componentes. Así, generalmente, la menor longitud o la mayor cantidad de enlaces insaturados de las cadenas de ácidos grasos, así como el aumento de la concentración de colesterol, hacen que las membranas sean más fluidas.

                                          Proteínas de membrana

Aunque la estructura básica de las membranas biológicas está determinada por la bicapa lipídica, la mayoría de sus funciones específicas están desempeñadas por proteínas. Por consiguiente, la cantidad y el tipo de proteínas de una membrana son muy variables. La membrana plasmática contiene aproximadamente un 50% de su masa total en proteínas. Debido a que las moléculas lipídicas son pequeñas en comparación con las proteínas, en todos los casos hay más moléculas lipídicas que proteicas- alrededor de 50 moléculas de lípidos por cada molécula de proteína en una membrana que contenga un 50% de proteína en masa. Como los lípidos de membrana, es común que las proteínas de membrana lleven adosadas cadenas de oligosacáridos. Así, la superficie externa posee una gran cantidad de carbohidratos, lo que forma un glucocáliz.   

                                        Asimetría del plasmalema

La distribución de los lípidos entre las dos capas es asimétrica. Esfingolípidos, fosfatidilcolinas y  glucolípidos son más abundantes en la cara externa de la bicapa, mientras que las fosfatidiletanolaminas y la fosfatidilserina son más abundantes en la cara interna.

Matriz Extracelular

                                          Matriz extracelular de tejidos animales

La matriz extracelular constituye el medio ambiente de las células. Es un entramado de moléculas, proteínas y carbohidratos que se disponen en el espacio intercelular y que es sintetizado y secretado por las propias células. Tiene múltiples funciones: aporta propiedades mecánicas a los tejidos, mantiene la forma celular, permite la adhesión de las células para formar tejidos, sirve para la comunicación intercelular, modula la diferenciación celular y la fisiología celular, secuestra factores de crecimiento, etc. etc. La cantidad, la composición y la disposición de la matriz extracelular dependen del tipo de tejido considerado.

                                        Biosíntesis de colágena

Las fibras de colágeno empiezan a ensamblarse en el RE y en los complejos de Golgi. La secuencia de señalización es removida y se realizan varias modificaciones en las cadenas de colágeno. Igualmente, ciertos residuos de prolina son hidroxilados por la prolil 4-hidroxilasa y prolil 3-hidroxilasa y ciertos residuos de lisina también son hidroxilados por la lisil hidroxilasa. Las dos prolil hidroxilasas son absolutamente dependientes de la vitamina C como co-factor. La glicosilación de tipo de unión-O también ocurre durante su transporte a través del complejo de Golgi. Luego de la finalización de su procesamiento, los procolágenos son secretados hacia el espacio extracelular en donde las enzimas extracelulares remueven los prodominios. Las moléculas de colágeno entonces prosiguen a polimerizarse para formar fibrillas de colágeno. Al mismo tiempo que se forman las fibrillas se da la oxidación de ciertos residuos de lisina por la lisil oxidasa, una enzima extracelular, y así formando aldehídos reactivos. Esos aldehídos reactivos forman uniones cruzadas entre dos cadenas y de ese modo estabilizan la estructura intercalada de las fibrillas de colágeno.

                                       Glucosaminglicanos y proteoglicanos

Los glicosaminoglicanos (GAGs) son los heteropolisacáridos más abundantes del cuerpo. Estas moléculas son polisacáridos largos sin ramificaciones y contienen repeticiones de una unidad de disacáridos. Las unidades de disacáridos contienen una de dos azúcares modificadas, N-acetilgalactosamina ó N-acetilglucosamina y un ácido urónico como el glucuronato ó iduronato. Los GAGs son moléculas negativamente cargadas y están principalmente ubicados en la superficie de las células o en la matriz extracelular (MEC). Al mismo tiempo, su rigidez brinda integridad estructural a las células y provee vías entre las células, permitiendo la migración celular. Los GAGs específicos de significancia fisiológica son el ácido hialurónico, dermatan sulfato, condroitin sulfato, heparina, heparan sulfato y queratan sulfato.

La mayoría de los GAGs en el cuerpo están unidos a proteínas centrales y así forman proteoglicanos (también conocidos como mucopolisacáridos). La unión de los GAGs a la proteína central involucra un trisacárido específico compuesto de dos residuos de galactosa y un residuo de xilosa. El trisacárido de unión está acoplado a la proteína central a través de una unión O-glicosídica a un residuo S en la proteína. Algunas formas de queratan sulfato están unidos a la proteína central a través de una unión N-asparaginil. Las proteínas centrales de los proteoglicanos son ricas en residuos S y T lo cual permite la adhesión de múltiples GAGs.

                                       Otras proteínas estructurales de matriz extracelular

Las 3 clases de moléculas de la matriz son las proteínas estructurales: colágeno y elastina; las proteínas especialiadas (e.j. Fibrina, fibronectina y laminina) y los Proteoglicanos (GAGs y Proteoglicanos).

Matriz Extracelular

Uniones Celulares

                                          Desmosomas

Son uniones que mantienen unidas a células adyacentes. Las membranas se pegan mediante proteínas y carbohidratos. Filamentos proteicos unidos al interior de los desmosomas se extienden hacia el interior de cada célula y refuerzan la unión.

                                        Uniones  estrechas

Las uniones estrechas impiden las fugas en las células. Están formadas por fibras de proteína que sellan los espacios entre las células que revisten los tubos o bolsas del cuerpo animal.

                                       Uniones Comunicantes

           Estas uniones ser uniones en hendidura (animales) y plasmodesmos (plantas).

• Uniones en hendidura: canales proteicos intercelulares que permiten la comunicación celular. Conectan directamente los interiores de células adyacentes.
• Plasmodesmos: aberturas en las paredes de células vegetales adyacentes, forradas con membrana plasmática y llenas de citoplasma. Crean puentes citoplasmáticos continuos entre los interiores de células adyacentes. Permiten el libre paso de agua, nutrimentos y hormonas.

Transporte de moléculas a través de la membrana

                    Transporte pasivo
El transporte pasivo es el movimiento de sustancias a través de la membrana celular que no requiere energía celular.

• Difusión: el movimiento de átomos, moléculas o iones de una región de mayor concentración a una región de menor concentración. La difusión sigue hasta que las moléculas estén distribuidas uniformemente en el solvente.
• Difusión simple: el paso de moléculas pequeñas y sin carga a través de los poros de la membrana celular.
• Osmosis: el paso del agua por una membrana relativamente permeable, desde una región de mayor concentración a una región de menor concentración.
• Difusión facilitada: la difusión de materiales a través de la membrana celular con la ayuda de moléculas transportadoras. Estas moléculas transportadoras permiten que moléculas específicas, que se encuentran en un lado de la membrana, puedan pasar hasta el otro lado. La difusión facilitada comprende el movimiento de sustancias a favor de un gradiente de concentración, sin embargo, las sustancias se mueven más rápido que en la difusión simple.

 

                                                              http://intranet.canacad.ac.jp:3445/BiologyIBHL1/590

                                         

                        Transporte activo

Es el proceso mediante el cual la célula usa energía para mover átomos, iones y moléculas contra un gradiente de concentración. La glucosa, los aminoácidos y algunos iones se mueven hacia las células por transporte activo y algunas sustancias de desecho salen de esta forma.

                

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Referencias:

• Alberts B., et al., 2008. Molecular Biology of the Cell. Garland Science.
• Atlas de Histología Vegetal y Animal, Universidad de Vigo, 2008: http://webs.uvigo.es/mmegias/inicio.html
• Jimenez F., Merchant H., 2003. Biología Celular y Molecular.
• Maillet M., 2002. Biología Celular. Elsevier España.

Pearson Education, México

• The Medical Biochemistry Page. Michael W. King, PhD, 2010: http://themedicalbiochemistrypage.org/home.html