Estructura General de la membrana plasmática 10 La estructura de los fosfolípidos les permite formar bicapas lipídicas de una forma “espontanea” cuando se encuentran en medio acuoso. Veamos la estructura típica de un Fosfoacilglicerol como es la Fosfatidilserina. Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid Cola apolar formada por las cadenas de 2 Acidos Grasos Cabeza polar cargada Representación esquemática Estructura tomada de :

Estructura General de la membrana plasmática 11 La estructura de los fosfolípidos les permite formar bicapas lipídicas de una forma “espontanea” cuando se encuentran en medio acuoso. Cuando los Fosfolípidos de cola doble se añaden a agua y se agita fuertemente o se sonica, se obtienen liposomas. Agregación cola – cola e interacción cabeza - agua Liposoma Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

El uso experimental de liposomas ha permitido conocer las propiedades de las membranas. Estructura General de la membrana plasmática 12 Así, se pueden construir membranas artificiales mediante la adición de Proteínas a los liposomas. Proteínas de membrana Membrana artificial Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Los liposomas se pueden utilizar para vehicular fármacos. Los liposomas se pueden utilizar también para transfectar células; es decir, para introducir genes u otros fragmentos de DNA en el interior de las células. Molécula de DNA circular ( Plásmido ) Transfección integración Estructura General de la membrana plasmática 13 Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Difusión de los fosfolípidos en las membranas : Estructura General de la membrana plasmática 14 Los fosfolípidos sufren varios tipos de movimiento dentro de la membrana : Movimiento rotacional Intercambio transversal o “flip-flop” Difusión lateral Flexión de las cadenas alifáticas El Movimiento rotacional es rápido y espontáneo Eje de rotación Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Estructura General de la membrana plasmática 15 Los fosfolípidos sufren varios tipos de movimiento dentro de la membrana : Movimiento rotacional Intercambio transversal o “flip-flop” Difusión lateral Flexión de las cadenas alifáticas El Intercambio transversal o “flip-flop” es termodinámicamente muy desfavorable. Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Estructura General de la membrana plasmática 16 Los fosfolípidos sufren varios tipos de movimiento dentro de la membrana : Movimiento rotacional Intercambio transversal o “flip-flop” Difusión lateral Flexión de las cadenas alifáticas La Difusión lateral es rápida y espontánea Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Estructura General de la membrana plasmática 17 Los fosfolípidos sufren varios tipos de movimiento dentro de la membrana : La Flexión de las cadenas alifáticas de Acidos Grasos Insaturados y Polinsaturados es rápida y espontánea. Esto, junto al movimiento de rotación produce un “aleteo” continuo en la bicapa lipídica que es el fundamento de la fluidez de la membrana. El colesterol es una molécula plana que se intercala entre los Fosfolípidos y reduce la fluidez. Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid Movimiento rotacional Intercambio transversal o “flip-flop” Difusión lateral Flexión de las cadenas alifáticas Saturados Insaturado

Los ácidos grasos que encontramos en las membranas en diferentes proporciones son : Ácido Graso Número de carbonos Número de dobles enlaces Mirístico140saturado Palmítico160saturado Esteárico180saturado Oleico181monoinsaturado Linoleico182diinsaturado (*) Linolénico183trinsaturado (*)  - Linolénico 183trinsaturado (*) Araquidónico204tetrainsaturado (*) Los señalados con (*) pertenecen al grupo de Poliinsaturados Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

La distribución de los Fosfolípidos entre ambos lados de la membrana plasmática es asimétrica. Cada Fosfolípido se dispone preferentemente en un lado u otro de la membrana. Estructura General de la membrana plasmática 18 Cara externa de la membrana Mayor proporción lípidos con Colina Cara interna de la membrana Mayor proporción Aminofosfolípidos 50 % 25 % Fosfolípidos Totales EM Esfingomielina PC Fosfatidilcolina PE Fosfatidiletanolamina PS Fosfatidilserina Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Dibujo Tomado de : Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid Estructura General de la membrana plasmática 19 In steady state, the choline containing phospholipids, sphingomyelin (SM) and phosphatidylcholine (PC) are mainly found on the outside of the bilayer while the aminophospholipids are mainly (phosphatidylethanolamine, PE), or exclusively (phosphatidylserine, PS), found in the inner monolayer. This organization is maintained by an active set of transport systems that "flip" and "flop" phospholipids across the membrane. The flipase actively transports aminophospholipids from the outer to the inner monolayer, while the scramblase, when activated, moves all phospholipids in both directions, thereby scrambling the phospholipid distribution. PS exposed on the surface forms a docking site for hemostatic factors such as the prothrombinase complex (factor Xa, Va and II). In addition, PS is recognized by macrophages and interacts with proteins such as annexin V

La creación y el mantenimiento de esta asimetría requiere de procesos enzimáticos. Estos procesos son catalizados por los enzimas : Estructura General de la membrana plasmática 20 Flipasa. Este enzima transporta los Fosfatidilserina y Fosfatidiletanolamina desde la cara externa de la membrana a la interna, a alta velocidad y de una forma ATP dependiente. A este enzima se le llama también Translocasa. Se conocen varias formas que se agrupan en la familia de transportadores MDR-ABC ( ATP BINDING CASETTE ) que son P-Glicoproteínas de Resistencia a Multidrogas : ABCB4 / PGY3 / MDR3, ABCB1 / PGY1 / MDR1, ABCA4 / ABCR / RMP, Existe también una flipasa de Colesterol llamada ABCA1.Translocasa familia de transportadores MDR-ABC ( ATP BINDING CASETTE ) ABCB4 / PGY3 / MDR3ABCB1 / PGY1 / MDR1ABCA4 / ABCR / RMP Existe también una flipasa de Colesterol llamada ABCA1. Flopasa. Este enzima transporta inespecíficamente fosfolípidos desde la cara interna de la membrana a la externa, a baja velocidad y de una forma ATP dependiente. Es la Proteína Asociada a la Resistencia a Multidroga ABCC1 / MRP1ABCC1 / MRP1 Scramblasa. Este enzima causa una homogeneización en la distribución de los fosfolípidos a ambos lados de la membrana. Lo hace mediante la catálisis de un rápido movimiento bidireccional entre las dos hojas de la membrana. Este enzima se activa con un incremento en la concentración de calcio intracelular. Se conocen varias formas : PHOSPHOLIPID SCRAMBLASE 1; PLSCR1, PLSCR2, PLSCR3, PLSCR4 PHOSPHOLIPID SCRAMBLASE 1; PLSCR1 PLSCR2PLSCR3PLSCR4 Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Dibujo Tomado de : Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid En este dibujo podemos ver la actividad de Flipasas, Flopasas y Scramblasas Estructura General de la membrana plasmática 21

Estructura General de la membrana plasmática 22 Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid Proteínas Periféricas Proteínas Integrales Las Proteínas integrales tienen dominios Extracelular, Transmembrana e Intracelular o Citosólico.

Veamos nuevamente un esquema tridimensional del “Modelo del Mosaico Fluido”. La Matriz o entramado básico es una bicapa lipídica en la cual se encuentran embebidas las proteínas integrales de membrana ( glicoproteínas ). Observemos la parte glicídica de Glicoproteínas y Glicolípidos desplegada al espacio extracelular Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid Estructura General de la membrana plasmática 23 Dibujo tomado de