biología molecular sonia leslie fuentes trejo ria

Biología Molecular

Sonia Leslie Fuentes Trejo RIA

Membrana Plasmática

• Membrana plasmática:– Estructura semipermeable

– Barrera física entre los medios intra y extracelular

– Mantenimiento de condiciones físico - químicas • Necesarias para reacciones metabólicas que se dan en el interior de los

orgánulos celulares.

– Responde al denominado modelo del mosaico fluido.

Estructura

Bicapa Lipídica

• Componente estructural básico de la membrana plasmática.

• Doble capa de moléculas lipídicas: – Fosfolípidos y colesterol.

Fosfolípidos

• Moléculas anfipáticas

– Zona hidrófila polar • Las cabezas hidrófilas interaccionan entre sí y con las

moléculas de H20.

– Zona hidrofóbica apolar• Las cadenas hidrófobas son repelidas por la fase acuosa y

se empaquetan hacia el interior de una bicapa.

Fosfolípidos

Propiedades

• Autoensamblaje espontáneo de las moléculas lipídicas

• Autosellado de la bicapa

• Fluidez– Moléculas lipídicas tienen la capacidad de

movimientos laterales de difusión dentro de cada monocapa

• Composición lipídica se mantiene constante • No se dan intercambio de fosfolípidos entre monocapas.

– Determina el funcionamiento de la membrana • Cambios de temperatura en el medio influyen en ella:

temperatura, fluidez = mayor viscosidad. fluidez detiene procesos enzimáticos y de transporte.

Propiedades

• Impermeabilidad frente a iones y sustancias hidrosolubles

– Naturaleza anfipática de la bicapa – Regulación del intercambio de sustancias

entre el citosol y el medio extracelular

Propiedades

Colesterol

• Se encuentran intercaladas entre los fosfolípidos– Regulan la fluidez de la bicapa inmovilizando las colas

hidrofóbicas próximas a la regiones polares

Proteínas de membrana

• Determinan la función de la membrana.– Propiedad de desplazarse lateralmente a través de

ella pero no de invertir su posición (asimetría proteica)

• En función de la asociación con lípidos de la membrana se clasifican en:

– Proteínas integrales • Unidas fuertemente a los lípidos de membrana.

– Proteínas de transmembrana. Inmersas en la bicapa– Proteínas periféricas. Exteriores a la bicapa, están

unidas mediantes en laces débiles a las cabezas polares lipídicas o a otras proteínas de integrales

Clasificación

• Superficie externa de la membrana formada por la zona glucídica de glucolípidos y glucoproteínas.

Glucocálix

Funciones

• Protección contra daños químicos y/o físicos.

• Interviene en fenómenos de reconocimiento celular.

• Confiere viscosidad a la membrana.

• Interviene en la comunicación intracelular.

Dominios de membrana

• Regiones de la membrana plasmática que poseen una especialización funcional concreta.

• Surgen por restricción de movimientos de los componentes de la misma.

Funciones de la Membrana

Funciones

• Permeabilidad selectiva

• Participa en las interacciones célula - célula y célula – matriz

• Elemento fundamental en la comunicación celular

Permeabilidad selectiva

• La impermeabilidad de la membrana por su naturaleza lipídica, no es absoluta, sino que permite el intercambio de materia y energía con el ambiente externo.

• Desarrollo de sistemas de transporte específicos a través de proteínas

– Regulan el paso de sustancias hidrófilas, ionizadas o de gran tamaño a través de estas membranas.

• Este transporte puede ser activo o pasivo.

Transporte pasivo

• No se requiere energía para que la sustancia cruce la membrana plasmática.

– Las moléculas se mueven desde el lado con mas concentración hasta el lado menos concentrado.

• Dos tipos:

– Difusión simple

– Difusión facilitada.

Difusión simple: Atraviesan la membrana las moléculas no polares (liposolubles) como los gases y algunas hormonas esteroideas y tiroideas.

También pueden pasar pequeñas moléculas polares como el agua o el etanol.

Difusión facilitada: se realiza mediante proteínas transportadoras y proteínas canal. De esta forma las moléculas polares mas grandes pueden atravesar la membrana.

Mecanismos de transporte pasivo

Son proteínas de transmembrana que forman en su interior un canal acuoso, que permite el paso de iones. Estos canales se abren según un tipo de señal especifico. Dependiendo del tipo de señal encontramos:

Proteínas transportadoras

Son proteínas de transmembrana que se unen específicamente a la molécula que trasportan. Esta unión provoca un cambio en la configuración de la proteína, que hace que la molécula quede libre una vez transportada. La proteína transportadora recupera su forma inicial para seguir actuando en otros procesos.

Proteínas canal

- Canales iónicos dependientes del ligando: El ligando se une a un receptor en la zona externa de la proteína canal de forma especifica, provocando cambios en su conformación que permiten la apertura del canal, y por tanto la difusión de iones.

- Canales iónicos dependientes del voltaje: Se abren en respuesta a los cambios de potencial de membrana, como ocurre en las neuronas, en donde la apertura y cierre de los canales de Na+ y K+ permite la propagación del impulso nervioso.

Proteína transportadora

Proteína canal

En el transporte activo las moléculas atraviesan la membrana en contra de su gradiente de concentración, por lo que consume energía obtenida del ATP. Este proceso se realiza mediante proteínas transportadoras.

Ejemplos de sistemas de transporte activo son:- Bomba de Na+/K+ : Consiste en un complejo proteico de transmembrana que, mediante el gasto de un ATP, expulsa de la célula 3 iones Na+ e introduce dos iones K+ , con lo que contribuye a controlar la presión osmótica y el potencial de membrana.

- Sistemas de cotransporte: Las proteínas de transmembrana transportan moléculas en contra de su gradiente térmico. Para esto utilizan la energía potencial almacenada en el gradiente iónico del Na+ , que se establece entre un lado y otro de la membrana gracias a la bomba de Na+/K*.

Transporte activo

Transporte de macromoléculas

El transporte de macromoléculas y partículas a través de la membrana puede ser hacia el interior de la célula (endocitosis) y hacia el exterior (exocitosis). Ambos procesos tienen lugar mediante la formación de vesículas, que son pequeños sacos membranosos que se mueven de un sitio a otro por el citoplasma y ponen en comunicación a unos sistemas de membranas con otros.

Fagocitosis: El material que se ingiere es muy grande. La célula extiende unas prolongaciones de membrana llamadas pseudópodos, que rodean progresivamente a la partícula hasta formar un fagosoma (vesícula de gran tamaño). Estos materiales acaban digeridos por los lisosomas.

Endocitosis

Las sustancias que van a ser endocitadas son englobadas en invaginaciones de membrana plasmática que acaban cerrándose y forman vesículas intracelulares que contienen el material ingerido. Según el tamaño de las partículas endocitadas podemos distinguir dos tipos de endocitosis:

Pseudópodos

Fagosoma

Pinocitosis: El material ingerido es liquido o pequeñas partículas, y queda englobado en vesículas que se forman a partir de depresiones de membrana llamadas pozos recubiertos. Estas regiones se caracterizan por la presencia de un armazón proteico formado por clatrina. A partir de ella se están formando continuamente vesículas de pinocitosis.

vesícula

material

- En los dos tipos de endocitosis participan proteínas especiales denominadas receptores de endocitosis, que se acumulan en las regiones de las membranas que realizan estos procesos y reconocen específicamente los materiales que van a ser ingeridos, uniéndose a ellos. De este modo las células incorporan por endocitosis únicamente las sustancias que les interesan.

Exocitosis

Proceso contrario a la endocitosis. Se secretan los materiales necesarios para renovar la membrana plasmática y los componentes de la matriz extracelular. También se vierten al exterior hormonas, neurotransmisores…

Endocitosis

Exocitosis

Las uniones celulares son regiones especializadas de la membrana plasmática en las que se concentran proteínas de transmembrana especiales, mediante las cuales se establecen conexiones entre dos células o entre una célula y la matriz extracelular. Aparecen en todos los tejidos pero son especialmente importantes en los epitelios.

Según su forma, las uniones celulares pueden ser: Zónulas: Son uniones que rodean totalmente a célula Máculas: Son uniones puntuales de forma redondeada

Según su función, las uniones celulares pueden ser: Uniones ocluyentes, comunicantes o de anclaje.

Uniones celulares

Uniones de anclaje: son uniones frecuentes en tejidos sometidos a estrés mecánico como la piel, aumentan la resistencia de las células frente a tensiones mecánicas fuertes que acabarían rompiendo una sola célula.

Uniones ocluyentes: son uniones que se dan en las células que separan medios de composición muy diferente. Cierran el espacio intercelular impidiendo el paso de moléculas entre ellas.

Medio externo de composición diferente

Células epiteliales

Medio interno

Tres tipos de uniones de anclaje:

Zonulas adherens: Que conectan los filamentos de actina del citoesqueleto entre células vecinas.

Maculas adherens: Llamadas desmosomas. Anclan filamentos intermedios del citoesqueleto de células adyacentes.

Hemidesmosomas: Anclan filamentos intermedios del citoesqueleto de una célula a la matriz extracelular.

Uniones comunicantes: se denominan uniones gap. Son puntos de comunicación directa entre los citoplasmas de dos células, a través de los cuales intercambian iones y pequeñas moléculas.

Uniones celulares

Las células son capaces de responder a los estímulos externos. Esta capacidad se denomina irritabilidad o excitabilidad. Estos estímulos se transmiten mediante moléculas de señalización producidas por una molécula señalizadora. Y son recogidos por receptores específicos en la célula diana, la cual convierte la señal extracelular en una intercelular mediante los sistemas de transducción de señales.

Comunicación celular

Moléculas de señalización

Según el tipo de comunicación en el que participen se clasifican en tres grupos: hormonas (comunicación endocrina) mediadores químicos locales (comunicación paracrina) y neurotransmisores (comunicación sináptica).

Receptores

• Proteínas de transmembrana distribuidas por la membrana.

• Tienen dos regiones funcionales distintas. Una – Región extracelular: cerradura; reconociendo

específicamente la molécula señal determinada.

– Región citosólica: funciona de transmisor y es la responsable de la transducción de la señal.

• Los receptores se encuentran en un estado inactivo hasta que llega la molécula de señalización correspondiente.

Sistemas de transducción de señales

• Transformar las señales extracelulares en señales intracelulares.

• Primero una molécula señal llega a la célula diana y activa un receptor que transforma esta señal extracelular en una intracelular, llamada segundo mensajero.

– El Ion Ca+2 y el AMPc son los mas usados.

• Este segundo mensajero generado en gran cantidad se introduce hacia el interior celular y actúa sobre enzimas o factores intracelulares, que a su vez actúan sobre otros, iniciando una cadena de acontecimientos que transmiten la señal al interior celular.

• Finalmente estos factores actúan sobre las proteínas diana que serán las responsables de la respuesta de la célula.

• Una vez producida la respuesta la célula se encarga de degradar o aislar el primer y segundo mensajero, volviendo a la normalidad.

Activación del enzima que sintetiza el segundo mensajeroSegundo

mensajero

MITOCONDRIA

Síntesis de ATP en la mitocondria

1. El gradiente de protones se produce como resultado de la entrada de NADH (producido en las reacciones de oxido-reducción ) a la cadena transportadora de electrones . Los protones se acumulan en el espacio intermembrana hasta un gradiente de concentración tal que pueden ser utilizados para producir ATP.

1. Los Protones (indicados por +) entran nuevamente en la matriz mitocondrial a través de los canales que forma el complejo enzimático de la ATP sintetasa. Esta entrada se acopla a la síntesis de ATP a partir de ADP y Fosfato (Pi)

Cadena de transporte de electrones

Cadena de transporte de electrones

1. Se observa como los iones H+ se acumulan en el compartimiento mitocondrial externo (espacio intermembrana). Se esquematiza lo que le sucede el hidrógeno cedido por el NADH a la cadena de transporte: los electrones son transferidos a lo largo de las proteinas de la cadena, y el protón al espacio intermembrana,donde genera un gradiente. Los protones re-entran pasando por el complejo ATP-sintetasas, generando ATP.

2. Puntos claves: 1. Los protones son transferidos a través de la membrana, desde la matriz al

espacio intermembrana, como resultado del transporte de electrones que se originan cuando el NADH cede un hidrogeno. La continuada producción de esos protones crea un gradiente de protones.

2. La ATP sintetasa es un gran complejo proteico con canales para protones que permiten la re-entrada de los mismos.

3. La síntesis de ATPse produce como resultado de la corriente de protones fluyendo a través de la membrana:ADP + Pi ---> ATP

1. Los protones son translocados a traves de la membrana, desde la matriz hasta el espacio intermembrana.

2. Los electrones son transportados a lo largo de la membrana, por medio de una serie de proteinas transportadoras. ("carriers").

3. El oxígeno es el aceptor terminal del electrón, combinándose con electrones e iones H+para producir agua

4. A medida que el NADH proporciona mas H+ y electrones a la Cadena Transportadora de electrones, se incrementa el gradiente de protones, con los H+ que se mantienen externamente a la membrana interna de la mitocondria, y los OH- dentro.

Teoría Molecular del efecto de los anestésicos

Teoría molecular del efecto de los anestésicos

• “El efecto es consecuencia de la acción”.

• “Una acción puede dar múltiples efectos”.

• “Una droga puede tener múltiples acciones”.

• Mecanismo de acción.

– Proceso íntimo celular que explica la acción del medicamento.

– Cualquier acción metabólica o fisiológica lo ocasiona.

• Selectividad.

– Mayor respuesta o afinidad de una droga por determinada célula o tejido donde se produce un efecto mayor.


• Factores que modifican la acción farmacológica de las drogas.

– Factores intrínsecos del medicamento.• Comprenden todas las características físicas y químicas que el medicamento debe de

poseer en base al principio activo en lugar y concentración adecuada para su absorción.

– Factores intrínsecos (fisiológicos) del paciente.

• Edad • Peso • Sexo• Embarazo• Biorritmo

– Factores farmacológicos.• Dosis• Absorción y excreción de las drogas• Tolerancia


• Mecanismos de acción de los fármacos.

– El mecanismo de acción de un fármaco puede considerarse a los cuatro niveles diferentes siguientes:

• Sistemas corporales.• Componentes tisulares.• Células constituyentes.• Moléculas.


• Dianas moleculares de los fármacos.

– Interacción fármaco – diana molecular– Diana = componente macromolecular

• Componente lipídico o proteoliídico de la membrana celular• Ácidos nucleicos

– Dianas moleculares de los fármacos:

• Receptores.• Enzimas.• Moléculas portadoras (cotransportadores o antitransportadores).• Canales iónicos (accionados por ligando o accionados por voltaje).• Dianas peculiares (iones metálicos, proteínas del surfactante, contenidos gastrointestinales).• Ácidos nucleicos.

– Tres conceptos fundamentales:• Afinidad es la tendencia a unirse a receptores.• Eficacia es la relación entre la ocupación de receptores y la capacidad para iniciar una respuesta en

los niveles molecular, tisular y sistémico.• Actividad intrínseca es la capacidad de un sólo complejo fármaco - receptor para evocar una

respuesta.


• Agonismo.– Es la producción de una respuesta molecular y celular a una interacción entre un fármaco (agonista) y un

receptor que activa al receptor. La actividad intrínseca de un agonista completo se define como igual a 1.

• Agonismo parcial.– Tiene lugar cuando un fármaco interacciona con un receptor y produce en promedio una respuesta

molecular menor que 1. La actividad intrínseca molecular media está comprendida entre 0 y1.

• Antagonismo.– Se produce cuando un fármaco interacciona con un receptor para inhibir la acción de un agonista. La

actividad intrínseca molecular es 0.

• Agonismo inverso.– Tiene lugar cuando un fármaco interacciona con un receptor para reducir su nivel de reposo de actividad

molecular. La actividad intrínseca molecular es igual a -1.

• Agonismo inverso parcial.– Tiene lugar cuando un fármaco interacciona con un receptor para reducir su nivel de reposo de actividad

molecular. La actividad intrínseca molecular está comprendida entre 0 y -1.


• Canales iónicos accionados por voltaje y por receptor.• Los canales iónicos desempeñan un importante papel como dianas

moleculares de los fármacos (y en muchos casos, como componentes de transducción). Los canales iónicos son proteínas que se extienden a través de la membrana (proteínas “transmembrana”, según el uso) y permiten el paso selectivo de iones específicos cuando el canal se abre. El paso de iones tiene lugar cuando la estructura molecular del canal lo permite. La estructura molecular define por tanto el estado de éste que puede ser:

– Canal en reposo (es decir, cerrado, pero susceptible de abrirse en respuesta a un estímulo).

– Estado activado (abierto).– Estado inactivado (es decir, cerrado, pero no susceptible de abrirse en

respuesta a un estímulo).


• Interacciones farmacológicas con canales de Na+.• Los canales de sodio de neuronas, músculo cardíaco y músculo esquelético difieren

ligeramente en estructura y composición de proteínas. Los fármacos que dificultan la apertura del canal de sodio durante la despolarización de la membrana suelen denominarse bloqueantes de canales de Na+ y, en cierta medida, discriminan entre los diferentes subtipos.

• Los anestésicos locales y los fármacos antiarrítmicos de la clase I bloquean los canales de sodio:

– Anestésicos locales como la lidocaína y la bupivacaína pueden tener alguna selectividad relativa para la forma neuronal del canal de sodio, pero esta selectividad no es muy notable. Las pruebas actuales indican que la mayoría de los anestésicos locales interaccionan con la localización de reconocimiento del ligando sobre la superficie intracelular del canal y que el fármaco tiene que acceder al espacio intracelular para alcanzar su lugar de acción. Este mecanismo difiere del de la tetrodotoxina, molécula altamente cargada que accede a su lugar de reconocimiento de ligando cerca de la superficie extracelular del canal.

– Actualmente se cree que los fármacos antiarrítmicos de la clase I, empleados para tratar ciertas formas de arritmia cardíaca, interaccionan principalmente con un lugar de reconocimiento de ligando de localización intracelular. Parecen dividirse en tres clases (clases Ia, Ib y Ic), según la forma en que su actividad depende del estado del canal iónico y de la cinética aparente de unión y disociación (llamada desunión en este contexto) con el canal en sus tres estados.


• Interacciones farmacológicas con los canales de Ca2+.

• Al menos cuatro tipos de canal de calcio en la membrana plasmática permiten selectivamente la entrada de iones calcio en las células. Estos canales de calcio se encuentran en muchos tipos diferentes de tejidos.

• El mejor caracterizado y más importante desde el punto de vista clínico es el canal de calcio de tipo L (large) que se abre durante la despolarización y después se inactiva (más despacio que el canal de sodio), mediante accionamiento dependiente del voltaje.

• Es el canal de calcio predominante en el músculo cardíaco y el músculo liso y es bloqueado por diversos fármacos importantes en clínica.

• Hay tres clases comunes de antagonista de Ca2+ de tipo L clínicamente

importantes:– Los derivados de la benzotiacepina (por ejemplo el diltiazem).– Las fenetilalquilaminas (por ejemplo el verapamilo).– Las 1,4 dihidropiridinas (por ejemplo nifedipino, amlodipino).


• Interacciones farmacológicas con los canales de K+.• La apertura con acción selectiva para el potasio conduce

a la generación de corrientes dirigidas hacia fuera (hiperpolarizantes).

• Hay muchos tipo de canales de potasio y constituyen un grupo muy heterogéneo, en lo que se refiere a su dependencia de voltaje y tiempo y a su accionamiento por ligando.

• Hay más de diez tipos diferentes, cuya expresión varía según el tipo de tejido; a su vez, algunos tejidos expresan numerosos tipos.


• Otros canales iónicos accionados por voltaje.• Aunque la mayoría de la bibliografía científica sobre canales iónicos se ha

concentrado en los canales de cationes (sodio, calcio y potasio), recientemente se ha hecho más evidente que existen canales accionados por voltaje para aniones, por ejemplo el Cl-.

• Los canales de cloruro se encuentran tanto en el sistema nervioso central como en el periférico. Algunos no son selectivos para un sólo ión, como por ejemplo el canal que permite el flujo iónico de los iones sodio y calcio en el corazón.

• Es así que podemos indicar que los receptores se pueden reunir en cuatro grandes superfamilias, a saber:

– Canal accionado por receptor.– Receptores ligados a proteínas G.– Receptores que son enzimas.– Receptores ligados al ADN.


¿DUDAS?

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