jueves, 9 de marzo de 2017

Biomembranas: componentes proteicos y funciones básicas



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Las biomembranas celulares están formadas principalmente por lípidos, que se agrupan siguiendo el modelo del mosaico fluido, formando compartimentos internos como los orgánulos, cada uno con sus composiciones y características. Pero para el funcionamiento correcto de cada una de estas membranas son necesarias una serie de proteínas encargadas de llevar a cabo importantes funciones.

Biomembranas y modelo del mosaico fluido

La forma celular es la causa de la interacción de proteínas de membrana y las proteínas del citoesqueleto. Las proteínas interactúan con las membranas de tres maneras diferentes. Además de las proteínas integrales de membrana, las ancladas a lípidos y las periféricas, que están vinculadas estrechamente con la bicapa, los filamentos citoesqueléticos se asocian de forma más laxa con la cara citosólica, casi siempre a través de una o más proteínas periféricas (adaptadoras), formando lo que se conoce como citoesqueleto de membrana.

Nos centraremos en el citoesqueleto de membrana de los glóbulos rojos para comprender los componentes. Un glóbulo rojo debe escurrirse a través de capilares sanguíneos estrechos sin romper su membrana. La fuerza y flexibilidad de la membrana plasmática del eritrocito dependen de un retículo citoesquéletico denso que subyace a toda la membrana y que está adherido a ella en muchos puntos.

El componente principal del citoesqueleto del eritrocito es la espectrina, una proteína fibrosa de 200 nm de largo. Las moléculas de espectrina se unen entre sí en un complejo de unión. Esta espectrina se une a unos filamentos de actina especiales (ubicados en los complejos de unión), cuya diferencia con los otros filamentos de actina es que son muy cortos (formados por 13 subunidades).

La longitud de estos filamentos de actina está controlada por proteínas como son la tropomiosina y la tropomodulina, las cuales evitan que los filamentos de actina despolimericen. Seis o siete moléculas de espectrina están unidas al mismo filamento de actina. Para asegurar que el eritrocito conserve su forma característica, el citoesqueleto de actina y espectrina se adhiere con firmeza a la membrana plasmática que yace por encima del eritrocito por medio de dos proteínas periféricas de membrana, cada una de las cuales se une a proteínas integrales y fosfolípidos de membrana.

La anquirina conecta el centro de la espectrina a la proteína banda 3, una proteína de la membrana transportadora de aniones. La proteína banda 4.1 se une a la proteína integral de membrana glucoforina C, con lo que ancla al complejo de unión con la glucoforina.


- Proteínas implicadas en el citoesqueleto


+ Espectrina


Las espectrinas son tetrámeros formados a base de heterodímeros (dos cadenas proteicas, α y β). La peculiaridad de este heterodímero es que las dos cadenas α y β están asociadas en antiparalelo, el extremo amino de una de las cadenas se enfrenta al carboxilo de la otra cadena. Por convención, se llamó cabeza al lugar donde se encuentra el extremo amino de la cadena α y al extremo carboxilo de la cadena β. Las colas libres (C – terminal de la cadena α y N – terminal de la cadena β) presentan dominios de unión a la actina.

Siempre que dos moléculas proteicas lineales se encuentren en paralelo se entrecruzarán entre sí (sobreenrrollamiento dimérico). Si están en antiparalelo, como ocurre en este caso, se forman bucles. Esto último permite que la molécula, como tetrámero, sea más flexible.

+ Banda 3


La banda 3 es un homodímero. Cada una de las subunidades atraviesa varias veces la membrana plasmática. Si una determinada proteína atraviesa muchas veces la membrana, la probabilidad de que estemos ante un canal es muy alta. La banda 3 es el canal aniónico que realiza un antiporte de HCO3 - y Clen la membrana de los eritrocitos. Se le llama también AE1 (“anion exange type 1”). Por cada glóbulo rojo encontramos unas 500.000 copias de esta proteína. De este modo, se permite que el intercambio de CO2 entre los tejidos y la sangre tenga lugar aun cuando el glóbulo rojo esté comprimido en los capilares.

+ Glucoforina


La glucoforina constituyente de este citoesqueleto de membrana del que hablamos es la glucorofina C, pero hasta hace poco se confundía con la glucoforina A. La glucoforina es un homodímero. Cada monómero que forma parte de la glucoforina A contiene 23 residuos hidrófobos que atraviesan la membrana formando una hélice α (sólo una vez). El dominio citosólico contiene aminoácidos cargados positivamente (arginina y lisina, principalmente) que interaccionan con las cabezas polares cargadas negativamente de la fosfatidilserina (más abundante en la hoja citosólica de la membrana), ayudando a anclar la glucoforina a la membrana.

El dominio extracelular está densamente glucosilado (presenta una carga negativa importante). La estructura de la glucoforina A es prácticamente igual a la de la C. La glucoforina C tiene sólo función estructural, los otros tipos de glucoforinas pueden presentar otras funciones.

+ Por acilación


Un grupo de proteínas citosólicas se anclan a la cara citosólica de una membrana por medio de un grupo acilo graso (miristato o palmitato) unido al residuo de glicina N – terminal. La retención de tales proteínas en la membrana por el ancla del acilo N – terminal puede tener un papel importante en la función asociada con una membrana.

+ Por prenilación


Un segundo grupo de proteínas citosólicas está anclado a las membranas por un grupo acilo graso insaturado fijado al residuo de cisteína cerca del C – terminal. En estas proteínas, un grupo prenilo derivado del isopreno (p. ej. farnesilo o geranilgeranilo) se une a través de un enlace tioéter al grupo – SH de un residuo de cisteína del C – terminal.

Son, por tanto, prenil – cisteína – carboxilasas las enzimas que realizan esto. En algunos casos, un segundo grupo geranilgeranilo o palmitato se une a un residuo de cisteína cercano. Se piensa que el ancla adicional refuerza la fijación de la proteína a la membrana.

+ Proteína Ras


Pertenece a la superfamilia de las GTPasa y cumple funciones en la señalización intracelular, está ubicada en la cara citosólica de la membrana plasmática por esa doble ancla. La proteína Ras es una GTPasa monomérica (existen GTPasas que no son monoméricas como las proteínas G que son triméricas).

Ras sólo funciona cuando está anclada a membrana. Las proteínas Rab, que también pertenecen a la superfamilia de las GTPasa, están similarmente unidas a la superficie citosólica de las vesículas intracelulares por anclas tipo prenil; estas proteínas son requeridas para la fusión de vesículas con sus membranas diana. Las proteínas preniladas dan identidad a las vesículas que salen del Golgi, para que así éstas sean dirigidas a la membrana plasmática.

+ Glucosilfosfatidilinositol (GPI)


Algunas proteínas de la superficie celular y los proteoglucanos altamente glucosilados de la matriz extracelular están unidos a la cara exoplasmática de la membrana por un tercer grupo de anclaje, el GPI. Las estructuras exactas de las anclas GPI varían enormemente en diferentes tipos de células, pero siempre contiene fosfatidilinositol, cuyas dos cadenas de acilos grasos se extienden hacia el interior de la bicapa lipídica; fosfoetanolamina, que une en forma covalente el ancla al C – terminal de una proteína; y varios residuos azúcar.

Con este proceso, como vemos, lo que se consigue es exponer hacia el medio externo una proteína completa (las proteínas transmembrana no están completamente fuera o dentro de la célula pues una parte se encuentra interaccionando con los fosfolípidos de membrana).

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Artículo redactado por Pablo Rodríguez Ortíz, estudiante de Biología en la Universidad de Málaga.