Biologia Celular avanzada

1a Evaluación Parcial de TSBE III

1. El modelo de mosaico fluido de membrana de Nicolson y Singer es una base para explicar el comportamiento y las características de membranas biológicas, fundamentalmente en lo que respecta a las particularidades de las moléculas que las componen. Sin embargo, la lenta movilidad de las proteínas no es claramente explicada por el modelo.

En función de esto, analice dos diferentes modificaciones sugeridas al modelo original, señalando en qué difieren específicamente de éste, y qué tipo de evidencias se han encontrado que apoyen a los modelos alternativos. Por otra parte, sugiera cómo estas diferencias de movilidad podrían atribuirse a la composición lipídica o proteica de cada membrana, y señale ejemplos de cómo la composición de diferentes membranas podría correlacionarse con las funciones relacionadas con ellas.

Casi desde el momento en que Singer y Nicolson lo propusieron, el modelo del mosaico fluido revolucionó la manera en la que los científicos pensaban acerca de la estructura de las membranas. El modelo lanzo una nueva era en la investigación de la membrana que no sólo ha confirmado el modelo básico, sino que lo ha aumentado y extendido. Además, nuestros conocimientos sobre la estructura de la membrana continúan expandiéndose a medida que nuevos descubrimientos científicos mejoran y modifican el modelo básico.

Uno de los problemas a lo que los científicos originalmente se enfrentaron con dicho modelo, fueron los estudios sobre las propiedades mecano-químicas de las membranas de eritrocitos indicaron que los parámetros intrínsecos de los materiales de la membrana (por ejemplo: densidad, módulo elástico, viscosidad, energía libre superficial y módulo de deformación) mostraban diferencias significativas con respecto a los observados en bicapas lipídicas artificiales. Este hallazgo resultaba inconsistente con el modelo de mosaico ruido, ya que una biomembrana conteniendo estructuras proteicas muy separadas (a manera de icebergs) y sin restricción de movimiento, se esperaría que exhibiera propiedades muy semejantes a la de una bicapa lipídica artificial.

Una de las posibles soluciones a este planteamiento fue la modificación del modelo original con la adición de la asimetría lipídica de las membranas.

1.- Asimetría lipídica de las membranas

Las primeras evidencias de la distribución asimétrica de lípidos en membranas biológicas se obtuvieron a partir de experimentos realizados
en eritrocitos expuestos a fosfolipasas y esfngomielinasas. El compendio de estos y posteriores reportes ha llevado a concluir que la monocapa externa de la membrana plasmática está compuesta principalmente de fosfatidilcolina y esfngomielina, mientras que la monocapa interna preferentemente incluye fosfatidilserina y fosfatidiletanolamina.

Los glicoesfngolípidos de la monocapa externa usualmente poseen un ácido graso de cadena larga (18-24 carbonos) que interacciona con las cadenas acílicas de los lípidos de la monocapa interna de la membrana.
Lateralmente, se asocian entre sí a través de puentes de hidrógeno y de las interacciones débiles que se establecen entre sus carbohidratos. Por su parte, aquellas regiones de la membrana que exhiben un mayor grado de fluidez generalmente involucran moléculas de fosfatidilcolina con ácidos
grasos insaturados.

2.- Balsas lipídicas

En el modelo de Singer y Nicolson originalmente se planteaba que el componente lipídico de una membrana era uniformemente fluido y relativamente homogéneo dentro de una monocapa dada, y se suponía que las proteínas proporcionaban las características estructurales principales de la membrana. Sin embargo, años mas tarde, se decubrio la existencia de regiones de lípidos de membrana que secuestran proteínas implicadas en la señalización celular. Estas regiones se denominan microdominios, o más
popularmente balsas lipídicas,

Las balsas lipídicas se identificaron por primera vez en la monocapa externa de la membrana plasmática de las células eucariotas pero también se han detectado en las monocapas internas. Las balsas lipídicas de las monocapas externas de las membranas se caracterizan por tener niveles elevados de colesterol y glicoesfingolípidos. Los esfingolípidos tienen
colas de ácidos grasos más largas y más saturadas que la mayoría de los lípidos de membrana. Además, los fosfolípidos presentes en las balsas lipídicas están mucho más saturados que los que están situados en la membrana que las rodea. Estas propiedades, además de la rigidez y de la naturaleza hidrofóbica del colesterol, permiten el buen empaquetamiento del colesterol y de las colas hidrocarbonadas de glicoesfingolípidos y fosfolípidos. El resultado es que las balsas lipídicas son más espesas y menos fluidas que el resto de la membrana, permitiendo así su identificación como microdominios lipídicos diferenciados.

Mucha de la expectación que se ha generado alrededor de las balsas de lípidos está relacionada con su papel en la detección y respuesta a señales químicas que afectan a las células desde el exterior una vez que se unen a sus ligandos específicos, ciertos receptores se mueven hacia balsas lipídicas concretas que también están localizadas en la monocapa externa. Se cree que las balsas lipídicas que en la monocapa externa contienen receptores están acopladas funcionalmente a balsas lipídicas de la monocapa interna. Estas balsas lipídicas contienen quinasas específicas, enzimas que generan segundos mensajeros dentro de la célula, catalizando la fosforilación de sustancias específicas. De esta forma, señales detectadas por las proteínas receptoras en la monocapa externa se transmiten al interior de la célula por los nexos funcionales existentes entre las balsas lipídicas de las dos monocapas de membrana

3.- Proteínas de membrana ancladas a lípidos.

Inicialmente cuando Singer y Nicolson propusieron su modelo de mosaico

fluido, todas las proteínas se catalogaban como proteínas periféricas o como proteínas integrales de membrana. Ahora, sin embargo, se reconoce una tercera clase de proteínas que no es ni específicamente periférica ni integral, pero que tiene algunas de las características de las dos.

Las cadenas polipeptídicas de estas proteínas de membrana ancladas a lípidos se localizan en una de las superficies de la bicapa lipídica pero están unidas covalentemente a moléculas lipídicas incluidas dentro de la bicapa. Las proteínas ancladas a los lípidos se fijan a las membranas mediante varios mecanismos. Las proteínas unidas a la superficie interna de la membrana plasmática se anclan por medio de la formación de enlaces covalentes con un ácido graso o con un derivado isopreno denominado

grupo prenil

Muchas proteínas ancladas a lípidos y que se fijan a la superficie externa de la membrana plasmática se unen covalentemente a glicosilfosfatidilinositol (GPI), un glicolípido unido a la monocapa externa de la membrana plasmática. Estas proteínas de membrana ancladas a GPI se sintetizan en el retículo endoplasmático como proteínas transmembrana de paso único, que posteriormente eliminarán sus segmentos transmembrana y los sustituirían por anclajes a GPI. Posteriormente las proteínas se transportan desde el RE hasta el exterior de la membrana

plasmática.Una vez que llegan a la superficie celular, las proteínas ancladas a GPI se liberan de la membrana por la enzima fosfolipasa C,

[pic 1]

Figura 1. Representacion de proteinas de membrana ancladas a lipidos, ya se por anclaje a GPI o acidos grasos.

Ejemplos

La mayoría de los organismos, tanto procariotas como eucariotas, son capaces de regular la fluidez de la membrana, principalmente cambiando la composición lipídica de las mismas. Esta habilidad es especialmente importante en los poiquilotermos —organismos como bacterias, hongos,
protistas, plantas y animales «de sangre fría» que no pueden regular su propia temperatura—. Ya que la fluidez lipídica disminuye a medida que la temperatura desciende, las membranas de estos organismos se gelificarían con el enfriamiento si el organismo no tuviera manera de compensar los descensos de la temperatura ambiente.

Afortunadamente la mayoría de los poiquilotermos pueden compensar los cambios de temperatura alterando la composición lipídica de sus membranas, regulando de ese modo la fluidez de la misma.

Un ejemplo de ello ocurre  cuando las células bacterianas se transfieren de un medio ambiente cálido a otro más frío. En algunas especies del género Micrococcus, un pequeño aumento en la temperatura desencadena un aumento en una proporción de ácidos grasos de 16 carbonos frente a ácidos grasos de 18 carbonos en la membrana plasmática, que ayuda a la célula a mantener la fluidez de la membrana ya que la presencia de cadenas de ácidos grasos más cortas aumenta la fluidez de la membrana porque disminuye la temperatura de fusión.

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