MECANISMO DE TRANSPORTE ACTIVO

Transporte de aminoácidos en la neurona

Como ya se sabe, para que una reaccion del cuerpo de cualquier magnitud y de cualquier procedencia se requiere de una comunicación entre celulas de sistema nervioso ccentral (las neuronas), éstas células forman una comunicación llamada sinapsis y aquí participan neurotransmisores ya sean moléculas pequeñas o péptidos, entre las moléculas pequeñas en especial se encuentran los aminoácidos, como son glutamato, gaba, glicina, etc. Para estas moléculas se encuentra una gran familia de proteínas transportadoras llamadas SLC.

Son transportadores de diferentes tipos de neurotransmisores y se encuentran ya sea en las vesículas de los axones o bien el las membranas plasmáticas.

Son co- transportadores, utilizan ATP, van en contra de un gradiente de concentración y tienen en su interior iones de Na+ necesarios para la unión al sustrato.

Se compone de diferentes familias, las familias que están unidas a membrana son:

•Familia de SLC18 y SLC32

•Familia de SLC17 (glutamato)

•Familia de SLC6 (glicina, dopamina)

Todas presentan proteínas de membrana que median el transporte activo secundario acoplado a iones.
SLC 1 y 6 son dependientes da calcio.

Todos presentan dominios trasnmembranales, y las compocisiones moleculares entre los transportadores de los mamíferos y los de las bacterias comparten igualdad en un 45% aproximadamente, por esto es fácil de estudiar y son importantes para que se tomen como blancos de producción de antagonistas de éstos transportadores.

Desmosomas

DESMOSOMAS

Los desmosomas son contactos intercelulares puntiformes que mantienen unidas las células, en el interior de las células actúan como anclaje a los filamentos intermedios en forma de cuerda, los cuales forman una ren en el citoplasma.

Los desmosomas aparecen como parches gruesos en la región de la membrana celular entre dos células. Los desmosomas contienen proteínas especializadas, tales como la queratina (misma proteína que se encuentra en las uñas y el pelo), desmoplaquina y filamentos de desmina, que incrementan la rigidez de los tejidos.

El tipo más común de desmosoma –desmosoma de maceta– que se encuentra en el epitelio, músculo liso y muchos otros tejidos animales. Son empalmes en forma de botón, que unen células y también funcionan como anclas para fibras del citoesqueleto.

MATRIZ EXTRACELULAR

Un ejemplo de matriz extracelular es la lámina basal, la cual es una delgada capa de matriz extracelular que se encuentra en la base de todos los epitelios, envolviendo a las células musculares y a las células nerviosas que se encuentran fuera del sistema nervioso central. Sus principales funciones son dar soporte físico y actuar como barrera con una permeabilidad selectiva. En los glomérulos del riñón son importantes elementos en la filtración de la sangre. La lámina basal está formada por varios tipos de moléculas que forman un entramado en forma de malla. Están presentes el colágeno tipo IV, la laminina, el proteoglucano perlecano y la proteína nidogen. La lámina basal se une a las mebranas celulares por la adhesión entre las integrinas y las lamininas.

Matriz extracelular de tejido conectivo laxo y denso.

El tejido conectivo de tipo laxo está formado por una matriz extracelular poco densa formada sobre todo por hialuronato y proteglucanos, con poca proporción de moléculas de colágeno y de fibras elásticas. Su principal misión es rellenar e hidratar espacios entre células y ser el medio por el que viajan una gran diversidad de células que se pueden encontrar en este tejido, además de los fibroblatos. Sin embargo, en el tejido conectivo de tipo denso abundan las fibras de colágeno que se disponen paralelas a la tensión mecánica que soportan estos tejidos, como ocurre en los tendones, o de forma más desorganizada como ocurre en la dermis o en el sistema digestivo. En este tipo de matriz extracelular pueden ser abundantes las fibras elásticas, como en la pared de las arterias.

Matriz extracelular.

La matriz extracelular en los tejidos animales es de suma importancia y varía de tejido a tejido, siendo parte también de la especialización hacia órgano.

Hay diferentes tipos de matriz extracelular y puede que cada una sea totalmente diferente en sus componentes o que sean muy similares pero esten ubicados en diferentes órganos o tejidos del cuerpo.

En el hueso existen fibras de colágeno tipo I inmersas en una matriz de cristales de fosfato cálcico (suponen dos tercios del peso seco del hueso). Ambos elementos aportan al hueso sus propiedades: el colágeno la elasticidad para que no sea frágil y los cristales de fostato cálcico su dureza. Contiene diversos tipos de proteoglucanos y de glucoproteínas, en menores proporciones, aunque muy importantes para la organización del colágeno, las mineralización y reabsorción del hueso.

El suero sanguíneo es una matriz extraordinarimente especializada, donde más del 90 % del peso corresponde al agua, es el elemento que rodea a las células sanguíneas. La proteína más abundante del suero es la albúmina, cuya principal misión es mantener una presión osmática correcta entre el interior de los vasos sanguíneos y los tejidos que los rodean, por ejemplo evitando la formación de edemas. Otras proteínas abundantes son las γ-inmunoglobulinas, anticuerpos del sistema inmune, y otras sin activadad defensiva como son las α- y β-globulinas. Éstas últimas sirven para transportar determinados productos como el hierro o el cobre. En el suero aparecen moléculas como la fibronectina que se pueden intercambiar con el tejido conectivo que rodea a los vasos sanguíneosa. El fibrinógeno presente en el suero es una molécula esencial para la coagulaciún de la sangre. Las demás moléculas de bajo peso molecular se pueden encontrar en los tejidos circundantes puesto que atraviesan libremente los capilares sanguíneos.

fig. 1

Fig. 1. Transportadores y flujos de Na+ y K+ en la célula vegetal. Una bomba de H+, ATPasa, se muestra en rojo, en azul en la membrana vacuolar, es la encargada de mantener un pH óptimo mientras que los tonoplastos se encargan de la homeostasis iónica (HKT, HAK en membrana plasmática, NHX, HAK en la membrana vacuolar), los cuales son dependientes de los cambios de mV y pH que surge de la actividad de la ATPasa.

Transportadores de iones en plantas

Uno de los principales iones que participan en la homeostasis iónica es el potasio, el cual tiene un papel muy importante en las plantas como es el de mantener la turgencia y la expansión celular. El potasio es transportado por antiportadores en la membrana vacuolar (NHX1) (fig.1) y en la membrana plasmática (SOS1) ya identificados en Arabidopsis. El último, es regulado por un complejo de proteína cinasa activado por calcio (SOS1- SOS2).

La homeostasis iónica durante el estrés celular es un mecanismo que involucra la absorción de sodio (Na+), para la modulación de éstos mecanismos. Cuando una célula se encuentra en estrés salino, baja la absorción de potasio (K+) y aumenta el flujo de Na+. Por otro lado, K+ contribuye de una manera muy importante en la presión osmótica y fuerzas iónicas. Esto se lleva a cabo por medio del transporte en tonoplastos en membrana plasmática y vacuola. El poseer transportadores que introducen Na+ en la vacuola, permite un balance de la maquinaria citosólica y un balance contra la creación de un potencial osmótico extracelular bajo (fig.1).

Para todo esto se han encontrado en Arabidopsis thaliana alrededor de 35 genes involucrados en la expresión de transportadores o canales de K+. Algunos de éstos involucrados en la respuesta de las plantas ante una baja de K+, receptores que se encontrarán en membrana y que son selectivos para el K+. Ejemplos de estos genes son AKT1 que inhibe la interrupción del crecimiento de Arabidopsis en bajas concentraciones de K+. Estos genes son regulados diferencialmente dependiendo de las concentraciones de sal. Se han realizado estudios para explorar los efectos combinados que tiene una célula vegetal ante diferentes concentraciones de sal y en dos diferentes tipos de Arabidopsis como son Columbia- 0 la cual es sensible los cambios de concentración salina en el medio y NOK2, la cual es resistente a los cambios salinos del medio presente, de éstos mismos tipos se realizaron también el análisis semi-cuantitativo de los genes involucrados como son AKT1, AKT2, SKOR, NHX1 y SOS1.

Simetría de membranas

Para la simetría de la membrana contribuyen factores como la cantidad de fosfolípidos que hay de un lado de la membrana o del otro, también el tipo de fosfolípidos que representan el estado de una célula.
El número de fosfolípidos que hay en la capa interna y en la externa de la membrana son diferentes, pero siempre tiene que tener una estabilidad, esto lo llevan a cabo proteínas que transportan lípidos de una cara de la membrana hacia otra, tienen pequeñas diferencias entre una y otra. Las principales proteínas que se encargan de ésto son:

• Flipasas: Estas proteínas también llamadas aminofosfolípidoflipasas, son dependientes de ATP y Mg+2, se ha observado que gasta un ATP por lípido transportado, y son sensibles a la temperatura, su actividad se ve inhibida por calcio, sulfihidrilo oxidado y agentes alquilantes. Estas proteínas se encuentran en practicamente todas las células, son altamente selectivas hacia la fosfatiserina, y se encargan de dirigir los lípidos hacia la superficie citosólica.
• Flopasas: Estas proteínas pertenecen a los transportadores ABC, son dependientes de ATP, y están encargados de translocar diferentes moléculas como son componentes anfipáticoa, fármacos, xenobióticos, colesterol, etc, éstas proteínas son resistentes ante múltiples drogas y tienen una alta afinidad por la fosfatidil colna.
• Escramblasas: Son proteínas dependientes de calcio, transportan unidireccionalmente, se presentan en células como son las plaquetas, no son específicas, y se ah mostrado que puede presentar un papel muy importante en la señalización celular, expresa fosfatidil colina en la superficie celular .

Bibliografía.

Daleke L. David., 2003, Regulation of transbilayer plasma membrane phospholipid asymmetry, Journal of lipid Research. vol(44), 233-242.

Balsas liídicas

Las bicapas lipídicas que constituyen la matriz de todas las membranas celulares están conformadas principalmente por fosfolípidos y colesterol, donde los primeros son los que determinan la fluidez de la membrana (por el grado de saturación o insaturación que presenten sus ácidos grasos) y el segundo se encarga de regular dicha fluidez (con base en la cantidad de estas moléculas presentes en la membrana).

Se ha observado que en la monocapa lipídica externa se forman continuamente pequeñas agrupaciones moleculares (microdominios), constituidas preferencialmente por moléculas de colesterol en intima relación con esfingolípidos. Estos esfingolípidos se caracterizan porque las cadenas carbonadas de sus ácidos grasos son largas y saturadas, y si a esto le sumamos el efecto que realiza el colesterol sobre la fluidez de las membranas, entonces se concluye que estos microdominios presentan un estado físico más viscoso, comparado con las regiones aledañas en las que predomina una alta fluidez. Debido a esto, los microdominios flotan y se desplazan sobre el mismo plano de la monocapa externa, por lo que se les ha dado el nombre de balsas lipídicas (del inglés lipid rafts), las cuales se pueden fundir con otras semejantes para formar balsas de lípidos más grandes o, simplemente, pueden disgregarse espontáneamente y desaparecer en fracciones de segundo. Se cree que los esfingolípidos que se concentran en la monocapa externa de la balsa tienen un efecto “organizador” sobre los lípidos localizados en la monocapa interna, puesto que allí también se agrupan fosfolípidos con ácidos grasos largos y saturados en intima relación con otras moléculas de colesterol.

Tanto los esfingolípidos de la monocapa externa como los fosfolípidos de la monocapa interna de las balsas lipídicas, tienen la capacidad de fijar a ellos ciertas proteínas con funciones altamente específicas, como el receptor de tirosina kinasa (RTK), el receptor de la inmunoglobulina E (RIgE) y otros tantos receptores de la superficie celular, los cuales pueden interactuar con otras proteínas de la membrana para desencadenar la cascada de señalización intracelular, que le permite a las células responder ante ciertos estímulos provenientes del medio externo. Por lo tanto, se ha propuesto que las balsas lipídicas sirven como plataformas flotantes que permiten concentrar ciertas proteínas con funciones especiales. Los datos experimentales parecen sugerir que la fijación de dichas proteínas y la fusión de pequeños microdominios está relacionada con las variaciones en la concentración de colesterol de las balsas; en otras palabras, una baja concentración de colesterol en las balsas lipídicas impide la fijación a ellas de tales proteínas. Esto es lo que sucede, precisamente, con la proteína precursora de amiloide que desencadena la enfermedad de Alzheimer. Como esta proteína se concentra en las balsas lipídicas, favorecida por la alta concentración de colesterol, entonces una reducción de esta molécula impedirá que el precursor de amiloide se fije y por tanto se reduce el riesgo de desarrollar la enfermedad.

Bibliografía

Brown, D.A y London E. Structure and function of aphingolipid and cholesterol- rich membrane rafts. J. Biol. Chem. 2000. 275, 17221-17224.

Pralle, A., Keller, P. et al. Sphingolipid-cholesterol rafts diffuse as small entities in the plasma membrane of mammalian cells. J. Cell Biol. 2000. 148, 997-1008.

Lai, E.C. Lipid rafts make for slippery platforms. J. Cell Biol. 2003. 162: 365-370.

Karp, Gerald. Biología Celular y Molecular. 4ª ed. McGraw-Hill. México, 2005.

Membrana celular

La membrana celular consta de tres componentes muy importantes, como son:

Los fosfolípidos: éstos se encuentran formando una doble capa, fluída (en constante movimineto), tienen una cabeza hidrofílica, la cual entra en contacto con la parte acuosa de la célula, mientras que la cola, parte hodrofóbica, la cual se encuentra formando la doble membrana. Los lípidos pueden moverse horizontalmente, en rotación o bien en "flip flop", cuando cambian de capa interna a externa o de la capa externa a la interna.

Las proteínas: existen diferentes tipos de proteínas en la membrana, como son las proteínas integrales, que están embebidas en la membrana y cumplen diferentes papeles en la membrana, como darle cierta rigidez, así como de transporte de moléculas de diferentes tamaños, las proteínas integrales constituyen más de 70% de la compocisión de la membrana y están en relación 1 a 4 con los lípidos. Tienen una estructura alpha- hélice para anclarse de una forma segura a la membrana.
Otras proteínas que se encuentran en las membranas son las proteínas periféricas las cuales solo están en una sola cara de las membranas y son importantes por que se anclan al citoesqueleto, filamentos de actina que lo componen, para darle resistencia y movimineto tanto a la membrana como a la célula.
Carbohidratos: los carbohidratos están unidos a proteínas llamadas glicoproteínas o directasmente a la membrana.
También en la membrana se encuentra colesterol, el cual forma las balsas lipídicas y confiere rigideza la membrana y por lo tanto estabilidad. También
En resúmen, la membrana tiene las siguientes funciones:

• Delimitar a la célula dentro de un perímetro determinado.
• Comunicar a la célula con el exterior por medio de receptores que se encuentran en ésta.
• Ósmosis, que es el paso del agua de un lugar de menor concentración de solutos hacia un el otro de mayor concentración.
• Comunicación con otras células que se encuentren a los alrededores.
• Transporte de macromoléculas.
• Daspolarización y polarización celular.

Una gran varidad de proteínas son las que participan en todos estos procesos, moléculas tan importantes y complejas a la vez.

Bibliografía.

• Singer S.J., Nicolson L. Garth, 1972. The fluid mosaic model of the structure of cell membranes, Science., vol. 175 (720-731)