INTERACCIONES MOLECULARES Y ESTRUCTURAS FUNCIONALES EN LAS MEMBRANAS

1. INTERACCIONES MOLECULARES Y ESTRUCTURAS FUNCIONALES EN LAS MEMBRANAS

3. INTERACCIONES ENTRE COMPONENTES • lípido - lípido • proteína - proteína • proteína - lípido

4. INTERACCIONES ENTRE ESTRUCTURAS • citoesqueleto • matriz extracelular • efectores celulares

5. LA MEMBRANA COMO CRISTAL LIQUIDO

6. Las membranas son estructuras supramoleculares formadas por interacciones débiles • Estas interacciones no son lo suficientemente fuertes como para inmovilizar las moléculas que componen las membranas • Por ello las membranas se comportan como un líquido a temperaturas fisiológicas • Sin embargo, muestran a la vez un orden cristalino en su estructura

7. +calor +calor +calor gas líquido cristal sólido líquido -calor -calor -calor El estado de cristal líquido es un estado intermedio entre el estado líquido y el sólido: no todas las moléculas tienen la capacidad de llegar a un estado de cristal líquido

8. forma de la molécula: elongada • tamaño de la molécula: peso molecular mínimo: 200 4 - 8 1

9. Pueden haber dos tipos de estado de cristal líquido: • termotrópico (sistema de 1 componente) • liotrópico (sistema de 2 o más componentes) • Membranas: estado liotrópico de 2 componentes - agua:moléculas anfipáticas • El estado liotrópico puede tener 4 sub-estados: • lamelar • cúbico • hexagonal • micelar • Estos subestados dependen de la cantidad de agua presente en el sistema H2O

10. cúbica lamelar micelar hexagonal

11. Las membranas biológicas son micelas discoidales cerradas sobre sí mismas

12. FORMA TRIDIMENSIONAL DE LAS MOLECULAS ANFIPATICAS insaturaciones muchos diacilglicerofosfolípidos saturados ac. lisofosfatidico fosfatidiletanolamina

13. micela invertida micela bicapa

15. MOVILIDAD DE LOS COMPONENTES DE LAS MEMBRANAS

16. PROTEINAS

17. Fluorescence recovery after photobleaching (FRAP)

18. Fluorescence recovery after photobleaching (FRAP)

19. LIPIDOS

20. Tasa de movimiento espontáneo a través de la bicapa y difusión a la fase acuosa • A. Cabeza polar grande o polar o región hidrofóbica pequeña: • dificultad para movimiento transbicapa • facilidad para salir de la bicapa • B. Cola hidrofóbica larga: • movimiento transbicapa fácil • tendencia a salir de la bicapa disminuye • A + B: • disminución de ambas tasas (ej. gangliósidos).

21. PROTEINAS: retardo de la movilización

22. UNION ESTRECHA (tight junction)

23. UNION DE HENDIDURA (gap junction)

24. LIPIDOS: retardo de movilización BALSAS LIPIDICAS

25. LIPIDOS: retardo de movilización BALSAS LIPIDICAS

26. FLUIDEZ DE LA MEMBRANA

27. Las moléculas anfipáticas en las membranas se encuentran en estado fluído

28. La interacción entre lípidos y proteínas determina un estado de “mosaico fluído”

29. REGULACION DE LA FLUIDEZ DE LA MEMBRANA: • propiedades fisicoquímicas de los lípidos • interacción entre lípidos y proteínas

30. Propiedades fisicoquímicas de los lípidos: • Temperatura de transición de fase de los fosfolípidos • Modificación de la temperatura de transición de fase de los fosfolípidos por acción del colesterol, cationes divalentes y pH

31. Temperatura de transición de fase de los fosfolípidos

32. Conformación todo gauche Conformación todo trans • Máximo número de interacciones de Van der Waals • Máximo orden del solvente alrededor de las cabezas polares • Ruptura de interacciones de Van der Waals • Ruptura del orden del solvente alrededor de las cabezas polares

35. El tipo de cabeza polar y la estructura de los ácidos grasos modifican el Tm y el rango de temperaturas de la transición de fase de los fosfolípidos

36. Movilidad de las cadenas hidrocarbonadas • ácidos grasos saturados: máxima capacidad de movimiento (todo gauche) • la capacidad de movimiento se hace mayor en los carbonos cercanos al extremo metílico • desde C1 hasta C9 el movimiento es moderado y parejo • de C10 en adelante el movimiento se hace cada vez mayor a medida que se acerca al extremo metílico • ácidos grasos insaturados: capacidad de movimiento restringida

37. Características de los ácidos grasos que afectan la Tm • longitud de la cadena hidrocarbonada • posición relativa de cadenas de diferente longitud en el fosfolípido • número de dobles enlaces en una cadena hidrocarbonada • posición de los dobles enlaces en la cadena hidrocarbonada • número de cadenas insaturadas en un mismo fosfolípido

38. Características de los fosfolípidos que afectan la Tm • carga de la cabeza polar: repulsión • tamaño de la cabeza polar: impedimento estérico • Factores que modifican las características de los fosfolípidos que afectan la Tm • presencia de cationes divalentes: neutralizan lípidos negativos • pH: modifica el grado de ionización de las cabezas polares

39. Influencia del colesterol sobre la Tm • colesterol: aproximadamente 19Å de longitud, 25Å de área seccional en la zona de los anillos

40. Influencia del colesterol sobre la Tm • el colesterol reduce el movimiento de las cadenas hidrocarbonadas en bicapas fluidas, disminuyendo la fluidez (“efecto de condensación”) • estaría mediado por el volumen de los anillos de la molécula y por interacciones de Van der Waals de la cola hidrocarbonada del colesterol con los ácidos grasos vecinos • una molécula de colesterol interactuaría con 7 cadenas hidrocarbonadas • la interacción es mayor con los 9 primeros carbonos saturados de la cadena • en bicapas sólidas, interfiere con el empacamiento “todo trans”, aumentando la fluidez • estaría mediado por el volumen de los anillos de la molécula

41. Ejemplos de temperatura de transición de fase en fosfolípidos

47. Interacción entre lípidos

48. El colesterol incrementa el largo de las colas hidrocarbonadas de PC pero no de SM • SM forma bicapas con un ancho de 46–47 Å ( SM C18:0) a 52–56 Å (SM C24:0) • El ancho de una bicapa de PC C16:0/C18:1 es 35 Å, y es expandida a 40 Å con colesterol • El andho del centro hidrofóbico de la bicapa es incrementado de 26 to 30 Å • Dependiendo si los dominios en ambas superficies colocalizan, podrían formarse hasta 4 anchos diferentes en la bicapa

49. Interacción entre lípidos y proteínas

50. Los lípidos se agruparían formando un anillo alrededor de las proteínas