Active membrane transport and receptor proteins from bacteria

M. Saidijam, K.E. Bettaney, G. Szakonyi, G. Psakis, K. Shibayama, S. Suzuki, J.L. Clough, V. Blessie; A. Abu-bakr, S. Baumberg, J. Meuller, C.K. Hoyle, S.L. Palmer, P. Butaye†, K. Walravens†, S.G. Patching; J. O’Reilly, N.G. Rutherford, R.M. Bill‡, D.I. Roper§, M.K. Phillips-Jones* and P.J.F. Henderson

Biochemical Society Transactions (2005) Volume 33, part 4

Se sabe que la membrana de las bacterias es impermeable a los nutrientes necesarios para el metabolismo. Por ello, la toma de nutrientes depende de la presencia de una proteína transportadora, que active y se acople a la energía metabólica para dirigir el transporte hacia el gradiente electroquímico del soluto. Las bacterias tienen mecanismos dependientes del medio ambientes y por medio de un sensor y sistema de respuesta (Figura 1)  facilita la actividad metabólica de la célula.

Figura 1 Esquema representativo de los mecanismos de transporte y de los sensores en bacteria. 

Por tanto, el objetivo del artículo es evaluar los distintos mecanismos de transporte de 12 organismos (Gram-positiva y Gram-negativa)  mediante distintas técnicas para determinar cuál de éstos es más eficiente. De manera general, se concluye que todos y cada uno de los mecanismos y sus proteínas involucradas, presentan una alta regulación. No obstante, remarcan que dichas evaluaciones han permitido identificar cuáles son las proteínas de alto impacto sobre el metabolismo de las células en caso de que alguna esté dañada, de esta manera, es posible prevenir infecciones o alteraciones como tal.

Phospholipid Flippases

David L. Daleke

Marcos Bretscher fue el primero que acuñó el término “flipasa” para referirse a transportadores de lípidos que sirven para equilibrar la nueva síntesis de lípidos en las membranas biogénicas, tales como el RE. Aunque la definición de flipasas ha incluido todos los tipos de transportadores de lípidos, los transportadores de lípidos transbicapa pueden ser clasificados en función a su especificidad de sustrato, la dirección de transporte, y requerimiento de ATP. Los transportadores que mueven los lípidos de la cara citoplasmática de la membrana se denominan comúnmente "flipasas", mientras que los transportadores de lípidos de la superficie externa en el lado opuesto de la membrana se llaman "flopasas" (Fig. 1). El grado de selectividad de substrato de los lípidos es variable, pero las dos clases de transportadores suelen requerir una aporte de energía (generalmente en forma de ATP), que les permite el bombeo de lípidos en contra de un gradiente de concentración. Por el contrario, las "Scramblasas" transportan lípidos en ambas direcciones, son impulsados por un gradiente de lípidos transbicapa pre-existentes, y en el membrana plasmática son activados por Ca2+. Las scramblasas desempeñar un papel importante en el control aleatorizado de la distribución de lípidos que se producen durante la apoptosis o durante la activación celular, y por la externalización PS.

Figura 1. Localización intracelular y función de los transportadores de lípidos.“Flipasas” (rojo) cataliza el transporte de lípidos hacia el citoplasma y requiere ATP, “flopasas” (azul) cataliza el transporte de lípidos fuera del citoplasma, depende de ATP, y “scramblasas” (purpura) cataliza el transporte de lípidos bi-direccional, no depende de energía. Transportadores de lípidos biogenicos se muestran en azul claro.


Las flipasas de membranas biógenicas son independientes de energía y pertenecen a la clase de los transportadores que acuño Bretscher. Estos son distintos de las flipasas dependientes de ATP, aunque el término "flipasa" es comúnmente utilizado para referirse a ambas clases de transportadores, y se asocian con procesos de biosíntesis de lípidos. Estos incluyen los transportadores eucariotas en el RE y Golgi (glucolípidos), así como los transportadores procariotas.


Transportadores biogénicos de lípidos
Las vías de biosíntesis de lípidos se basan en la comunicación de sustratos y productos entre las láminas de las membranas biogénicas, tales como el RE, Golgi y la membrana plasmática de procariotas. Los sustratos son diversos e incluyen glicerofosfolípidos y sus precursores, glicolípidos y dolicol unido a azúcares.


Los transportadores procariotas
La síntesis de fosfolípidos en membranas procariotas se produce en la cara citoplasmática de la membrana, generando la misma cuestión del equilibrio en la bicapa encontradas por la síntesis de fosfolípidos en el RE.


Transportadores de Glicolípidos
El movimiento de lípidos unidos a azúcares a través de la membrana es esencial para la glicosilación de proteínas y la síntesis de proteínas de anclaje a la superficie de la membrana celular.

Transportadores ABC
La clase de transportadores ABC catalizan el transporte dependiente de ATP de una variedad de sustratos, incluyendo compuestos anfipáticos, xenobióticos, iones, y péptidos.


Conclusión
La generación y el mantenimiento de la distribución transbicapa de los lípidos requieren la acción de un número de transportadores de lípidos transbicapa específicos e inespecíficos. Aunque colectivamente estos transportadores se conocen como "flipasas", comprenden distintos grupos de familias de transportadores. Además de servir como función de mantenimiento, las flipasas fosfolípidos también pueden conducir el tráfico de vesículas intracelulares ya sea mediante la inducción de la vesiculación de la membrana o mediante la creación de un entorno favorable para la unión de proteínas de la cubierta de vesículas.

Protein Kinase C a/B Inhibitor Go6976 Promotes Formation of Cell Junctions and Inhibits Invasion of Urinary Bladder Carcinoma Cells

Jussi Koivunen, Vesa Aaltonen, Sanna Koskela, Petri Lehenkari, Matti Laato, and Juha Peltonen

Se sabe que la familia de protein-cinasas tipo C (PKC) están relacionadas con la progresión del cáncer ya que la mayoría de los promotores tumorales son activadores de estos PKC. Por consiguiente, los cambios en la activación de los diferentes PKCs están vinculados con el desarrollo de cáncer.

El objetivo del artículo fue investigar el efecto de un inhibidor de PKC en las uniones adherentes y la invasión de cultivos, sugiriendo que PKC juega un papel central en la formación de las uniones adherentes e invasión; así mismo, señala que la PKC puede ser un blanco potencial en la quimioterapia.

Las evaluaciones realizadas con dicho inhibidor (Go6976) sobre los cultivos celulares señalan que:

1. Inhibidor de PKC alfa y beta: Indujo la formación de cúmulos celulares, induciendo el desarrollo de desmosomas y uniones adherentes.
2. Inhibidor de PKC alfa: Indujo el mismo efecto que el inhibidor anterior pero con menor potencia.
3. Inhibidor de PKC gama: Generó un efecto contrario; es decir, disoció las uniones celulares.

Dichos resultados enfatizan que Go6976 es un potencial inhibidor contra la migración de células cancerosas debido a sus efectos sobre las mismas células, las uniones de la matriz extracelular, la migración de estas y su invación. Dichos resultados se deben posiblemente a los cambios sobre la activación de PKC provocados por la inhibición de PKC.

Canal de calcio CATSPER determinante de la movilidad en espermatozoides

REFERENCIAS:

•Felix Ricardo. Molecular physiology and pathology of Ca2+-conductingchannels in the plasma membrane of mammalian sperm. Reproduction 2005;129:251–262. 

•Ho HC, Suarez SS. Hyperactivation of mammalian spermatozoa: function and regulation. Reproduction 2001;122:519–526. 

•Kirichok Y, Navarro B, Clapham DE. Whole-cell patch-clamp measurements of spermatozoa reveal an alkaline-activated Ca2+ channel. Nature 2006;439:737-740. 

•Lobley A, Pierron V, Reynolds L, Allen L & Michalovich D. Identification of human and mouse CatSper3 and CatSper4 genes: characterisation of a common interaction domain and evidence for expression in testis. Reproductive Biology and Endocrinology 2003;1:53. 

•Quill TA, Ren D, Clapham DE & Garbers DL. A voltage-gated ion channel expressed specifically in spermatozoa. PNAS 2001;98:12527–12531. 

•Ren D, Navarro B, Perez G, Jackson AC, Hsu S, Shi Q, et al. A sperm ion channel required for sperm motility and male fertility. Nature 2001;413:603-609. 

Organización molecular de la membrana

a) Modelo de Membrana

Todas las membranas biológicas se componen de una bicapa continua de lípidos anfipáticos  de aproximadamente 5 nm de espesor, en el que las proteínas están inmersas. Algunas membranas también tienen carbohidratos (mono y oligosacáridos) en su exterior, que  se unen a los lípidos y proteínas. La proporción de lípidos, proteínas y carbohidratos difieren notablemente en función del tipo de célula y membrana (Figura 1).

Figura 1. Estructura de la membrana de una célula Eucariota (Imagen tomada de Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thiem).

Uno de los principales problemas para comprender la estructura básica de las membranas consistía en determinar la forma en que las moléculas se disponían en un espacio tan pequeño, por lo que Singer y Nicolson realizaron estudios de microscopía para determinar el modelo de membrana conocido como "Modelo de Mosaico Fluido". Según este modelo, las membranas constan de una bicapa lipídica en la cual están inmersas diversas proteínas. Debido a la estructura cuasi-fluida de la membrana, sus componentes pueden realizar movimientos de traslación dentro de la misma. Esta fluidez implica a los componentes que en su mayoría solo están unidos por uniones no covalentes y a los lípidos de membrana que son moléculas muy anfipáticas  con una cabeza polar hidrofílico y una cola apolar hidrófobica (Figura 2). 

Figura 2. Composición de la bicapa lipídica de membrana (Imagen tomada de http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Detalle_de_la_membrana_celular.svg).

b) Lípidos y fluidez de la membrana

La fluidez de las membranas depende principalmente de su composición lipídica y de la temperatura. A una temperatura de transición específica, las membranas pasan de un estado semicristalino a un estado más fluido. Los dobles enlaces en los lípidos de membrana alteran el estado semicristalino. Cuanto mayor sea la proporción de lípidos saturados presentes, menor será la temperatura de transición. El contenido de colesterol también influye en la fluidez de la membrana. Mientras el colesterol incrementa el estado semicristalino, comprime las membranas, y permite que se estabilice la fluidez de la membrana que contienen una alta proporción de lípidos insaturados.

Al igual que los lípidos, las proteínas también se mueven dentro de la membrana. Si no se fijan en un lugar por mecanismos especiales, ellas flotan dentro de la bicapa de lípidos, como un líquido en dos dimensiones; las membranas biológicas, por lo tanto también se describen como un "mosaico fluido". Los lípidos y proteínas pueden cambiar fácilmente dentro de una capa de la membrana, pero el cambio de proteínas entre las dos capas ("flip-flop") no es posible y sólo es posible pero con dificultad en los lípidos (con la excepción de colesterol). Para desplazarse hacia el otro lado, los fosfolípidos requieren proteínas auxiliares especiales (Traslocadores, "flipasas").

Por otra parte, los fosfolípidos son el grupo más importante de los lípidos de membrana. Incluyen fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina, fosfatidilinositol, y esfingomielina. Además, las membranas de las células animales también contienen colesterol (con excepción del interior de las membranas mitocondriales). Los glicolípidos se encuentran principalmente en el exterior de la membrana plasmática. Junto con las glicoproteínas, ellos forman la capa exterior de la célula (el glicocalix) (Figura 3).

Figura 3. Fosfolípidos de membrana (Imagen tomada de Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thiem).

c) Proteínas de Membrana

Las proteínas pueden anclarse en el interior o  exterior de las membranas de diversas maneras. Las proteínas integrales de membrana pasan a través de la bicapa lipídica, en secciones de cadenas péptidicas que se encuentran dentro de la bicapa, por lo general consisten de 20 a 25, principalmente residuos de aminoácidos hidrofóbicos que forman una  α-hélice.

Las proteínas Tipo I y II de membrana sólo contienen una hélice transmembranal de este tipo, mientras que el tipo III contienen varias proteínas. En ocasiones, los polipéptidos del tipo I y II se pueden agregar para formar una proteína transmembranal tipo IV. Varios grupos de proteínas integrales de membrana, por ejemplo, las porinas penetran la membrana con una estructura antiparalela hoja-β. Debido a su forma, este tercer nivel de estructura se conoce como un "barril-β". Las proteínas tipo V y VI  llevan anclajes de lípidos. Estos son los ácidos grasos (ácido palmítico, mirístico ácido), isoprenoides (por ejemplo, farnesol), o glicolípidos como glicosilfosfatidilinositol (IPM) que se unen covalentemente a la cadena del péptido (Figura 4).

Las proteínas periféricas de membrana se asocian con las cabezas de los grupos de fosfolípidos o con otra proteína integral de membrana.

Figura 4. Proteínas de membrana, localizadas en el interior y exterior de la misma (Imagen tomada de Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thiem).

d) Asimetría del Plasmalema

La membrana plasmática es una estructura asimétrica. Presenta dos monocapas que forman la bicapa lipídica: la monocapa o cara externa que se encuentra hacia el medio extracelular y la cara interna que se encuentra hacia el citosol, la cara citosólica tiene distinta composición y distribución de fosofolípidos y colesterol, como también en la organización de las proteínas embebidas o asociadas a la membrana. La cara externa está compuesta principalmente de fosfatidilcolina y esfingomielina, mientras que la fosfatidiletalonamina, fosfatidilinositol, y fosfatidilserina son los fosfolípidos predominantes de la cara interna o citosólica. Los oligosacáridos unidos a lípidos (gicolípidos) y a las proteínas integrales de membrana (glicoproteínas) se encuentran siempre hacia el exterior celular.  La asimetría en la distribución confiere distintas propiedades funcionales a las dos caras de la membrana. Esta asimetría es tanto una asimetría lateral como transversal. En la asimetría lateral los lípidos o proteínas de un tipo particular se agrupan en un plano o zona concreta de la membrana, mientras que la asimetría transversal es la que existe a través de la membrana desde el lado exterior al lado citosólico. Los lípidos se distribuyen asimétricamente tanto lateral como transversalmente, su asimetría transversal se observa claramente en la membrana de los eritrocitos (glóbulos rojos) donde la fosfatidilcolina comprende el 30% de los fosfolipidos totales, pero de este porcentaje el 30 % se encuentra en la monocapa exterior y el 70% en la hoja que mira hacia el interior. La asimetría lateral de los lípidos es requerida en formación de ciertas estructuras especializadas de la membrana, por ejemplo para llevar a cabo diferentes mecanismos de endocitosis, y también es importante para el correcto funcionamiento de proteínas integrales de membrana (canales iónicos). Por otra parte, las proteínas embebidas integralmente en la membrana tienen una orientación definida asimétrica dentro de la bicapa mostrando una única orientación polarizada debido a que se sintetizan y se insertan en la membrana de una manera asimétrica. Además los oligosacáridos de los glicolípidos y las glicoproteínas de la membrana plasmática sólo se orientan hacia el medio extracelular donde participan en los fenómenos de reconocimiento celular.

e) Movilidad de los componentes de la membrana

La membrana plasmática no es una estructura estática, sus componentes tienen posibilidades de movimiento, que es proporcionado por su fluidez. Los movimientos que pueden realizar los lípidos son (Figura 5):

• Rotación: La molécula gira en torno a su eje. Es muy frecuente y es el responsable de los otros movimientos.
• Difusión lateral: las moléculas se difunden de manera lateral dentro de la misma capa. Es el movimiento más frecuente. 
• Flip-flop: es el movimiento de la molécula lipídica de una monocapa a la otra, gracias a unas enzimas llamadas flipasas. Es el movimiento menos frecuente, por ser energéticamente más desfavorable.
• Flexión: son los movimientos producidos por las colas hidrófobas de los fosfolípidos.

Figura 5. Movimiento de los componentes de membrana (Imagen tomada de http://html.rincondelvago.com/membrana-plasmatica.html).

Referencias:

• Gerald Karp, Biología Celular y Molecular “Conceptos y Experimentos”, 4a edición, Mc Graw Hill, 2005.
• Jan Koolman and Klaus-Heinrich Roehm, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thieme.

Transporte de moléculas a través de la membrana

Sólo pequeñas moléculas sin carga como gases, agua, amoníaco, glicerol, o urea son capaces de pasar a través de la membrana por difusión mientras que moléculas de tamaño mayor (glucosa) son impermeables (Figura 1). La polaridad de una molécula también es importante. Sustancias apolares como el benceno, etanol, éter dietílico, y muchos narcóticos son capaces de entrar fácilmente a la membrana. Por el contrario, las membranas son fuertemente impermeables a compuestos polares, en particular los que están cargados eléctricamente. Para ser capaz de tomar o liberar moléculas de este tipo, las células disponen de canales especializados y transportadores de membrana.

Figura 1. Permeabilidad de la membrana a moléculas pequeñas e impermeable a moléculas grandes (Imagen tomada de Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thiem).

La difusión libre es la forma más simple de transporte de membrana. Cuando este es apoyado por proteínas integrales de la membrana, se conoce como difusión facilitada (transporte facilitado).

Las proteínas de canal tienen poros polares a través de los cuales los iones y otros compuestos hidrofílicos pueden pasar. Los transportadores reconocen y se unen a las moléculas para ser transportadas y ayudarles a pasar a través la membrana como resultado de un cambio conformacional. 

a) Transporte Pasivo

La difusión libre y los procesos de transporte facilitado por canales ionicos y proteínas de transporte siempre siguen un gradiente de concentración, por ejemplo, la dirección del transporte es del sitio de mayor concentración al lugar de menor concentración. El transporte pasivo es el intercambio simple de moléculas a través de la membrana plasmática, durante el cual la célula no gasta energía, debido a que va a favor del gradiente de concentración o a favor del gradiente de carga eléctrica, es decir, de un lugar donde hay una gran concentración a uno donde hay menor. El proceso celular pasivo se realiza por difusión. En sí, es el cambio de un medio de mayor concentración a otro de menor concentración (Figura 2).

Figura 2. Esquema del Transporte Pasivo en la membrana (Imagen tomada de Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thiem).

b) Transporte Activo

El transporte activo permite a la célula transportar sustancias disueltas a través de su membrana desde regiones de menor concentración a otras de mayor concentración. Es un proceso que requiere de energía. La célula utiliza transporte activo en tres situaciones: cuando una partícula va de menor a  mayor concentración, cuando las partículas necesitan ayuda para entrar a la membrana porque son selectivamente impermeables y cuando las partículas muy grandes entran y salen de la célula (Figura 3).

Figura 3. Esquema del Transporte Activo de Membrana (Imagen tomada de Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thiem).

Otra clasificación de los procesos de transporte se basa en el número de partículas transportadas y la dirección en la que va el movimiento. Cuando una sola molécula o ión pasa a través de la membrana con la ayuda de un canal o transportador, el proceso se describe como uniport (ejemplo: el transporte de la glucosa en las células del hígado). El transporte simultáneo  de dos partículas diferentes pueden tener lugar, ya sea como simport (ejemplo: el transporte de aminoácidos o glucosa, junto con iones Na+ en las células epiteliales intestinales) o como un antiport. Los iones son transportados en un antiport a cambio de otro ión de carga similar. Este proceso es electroneutral y por tanto más energéticamente favorable (Ejemplo: el intercambio de HCO3- para el Cl- a la membrana de los eritrocitos) (Figura 4).

Figura 4. Esquema del transporte basado en el número de partículas a transportar y el movimiento de las mismas (Imagen tomada de Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thiem).

Referencias:

• Gerald Karp, Biología Celular y Molecular “Conceptos y Experimentos”, 4a edición, Mc Graw Hill, 2005.
• Jan Koolman and Klaus-Heinrich Roehm, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thieme.

Uniones Celulares

a) Desmosomas

Los desmosomas son uniones adhesivas que se encuentran en diversos tejidos, muy abundantes en tejidos sometidos a tensión mecánica, como el músculo cardiaco y las capas epiteliales de la piel y el cervix uterino. Contienen caderinas que unen dos células a través de una brecha intercelular estrecha. Este tipo de unión conecta los filamentos de queratina de una célula con los de otra. Constan de una placa adosada a la cara citosólica de las respectivas membranas citoplasmáticas de las células que unen (Figura 1). 

b) Uniones Estrechas

La unión estrecha también conocida como unión unidoreccional o oclusiva, es el contacto especializado que ocurre en el extremo más apical de los complejos de unión formados entre las células epiteliales adyacentes. Las membranas contiguas hacen contacto en puntos intermitentes, donde las proteínas integrales de las dos membranas adyacentes están muy próximas. Sus funciones son: impermeabilidad eléctrica, delimitación de dominios de la membrana plasmática y mantener la polaridad celular.

La unión estrecha es impermeable a la difusión de moléculas entre las células o moléculas en la membrana plasmática. La constituyen proteínas de membrana: ocludina y claudinas. Estas uniones conectan las células vecinas de manera que las moléculas hidrosolubles no puedan pasar entre las celulas con facilidad. Este tipo de uniones ocasiona que las moléculas estén en una sola dirección. Las proteínas transmembranosas de la ZO (Zona Ocludens) están asociadas a microfilamentos de actina del citoesqueleto por medio de las proteínas intermediarias ZO1 y ZO2. Las llamadas barreras hematotisulares (que no permiten el pasaje de ciertas sustancias entre la sangre y el epitelio) depende de la presencia de las ZO (Figura 1).

c) Uniones Comunicantes

Las uniones comunicantes también conocidas como unión bidireccional o Nexus son los sitios entre las células animales especializados en la comunicación intercelular. Las membranas plasmáticas de las células adyacentes tienen un espacio de unos 3nm entre sí y las uniones permiten que existan comunicaciones, así como el paso de pequeñas moléculas. Este tipo de unión forma un poro por el cual logran pasar moléculas del citoplasma de una célula al citoplasma de otra sin pasar por el espacio extracelular. La componen un conexon por membrana por punto de anclaje, formadas a su vez por 6 conexinas que se unen dejando un poro central. Las uniones en hendidura de muchos tejidos pueden abrirse o cerrarse según necesidad en respuesta a señales extracelulares. Estas uniones son reguladas por factores como el pH, o la fosforilación de las conexinas, pudiendo la célula regular la permeabilidad de estas uniones. El espacio intracelular es de unos 2 a 4 nm (Figura 1).

Figura 1. Esquema representativo de las uniones celulares (Imagen tomada de http://www.biologia.edu.ar/cel_euca/la_membrana_celular.htm).

Referencias:

• Gerald Karp, Biología Celular y Molecular “Conceptos y Experimentos”, 4a edición, Mc Graw Hill, 2005.
• Jan Koolman and Klaus-Heinrich Roehm, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thieme.

Matriz Extracelular

a) Matriz extracelular en tejidos animales

Muchos tipos de células animales están rodeados por una matriz extracelular (MEC), una red organizada de materiales extracelulares  que se encuentra más allá de la proximidad inmediata de la membrana plasmática. La MEC es más que material inerte de empaque o un pegamento inespecífico que mantiene las células unidas; posee un papel regulador clave para determinar la forma y las actividades de la célula.

La membrana basal (lámina basal) es una matriz extracelular que esta presente como una hoja de 50 a 200nm de grosor que: 1) rodea a las células musculares y adiposas; 2) se encuentra bajo la superficie basal de los tejidos epiteliales, como la epidermis, o el recubrimiento del tubo digestivo y las vías respiratorias; y está bajo el recubrimiento endotelial de los vasos sanguíneos. Las membranas basales confieren soporte mecánico a las células que se unen a ellas, generan señales  que mantienen la supervivencia celular, sirven como sustrato para la migración celular, separan tejidos adyacentes dentro de un órgano  y actúan como barrera  al paso de macromoléculas. Las proteínas del espacio extracelular casi siempre son fibrosas y extendidas. Estas proteínas pueden disponerse por sí mismas en una red tridimensional interconectada (Figura 1).

Figura 1. Esquema de la matriz extracelular.

b) Biosíntesis de Colágena

Las colágenas son una familia de glucoproteínas fibrosas que sólo están presentes en las matrices extracelulares. El colágeno se origina por una proteína precursora (monómero) llamada tropocolágeno, el tropocolágeno está formado por tres cadenas polipeptídicas llamadas cadenas alfa. Cada cadena α está constituida por un polipéptido, formado por una repetición en tándem de tres aminoácidos siendo muy ricas en prolina o hidroxiprolina y glicina, las cuales son fundamentales en la formación de la superhélice. La hidroxiprolina constituye alrededor de un 10 a 12 % de todos los residuos aminoacídicos del colágeno, dependiendo dicho porcentaje del tipo de colágeno. La forma química más abundante de la hidroxiprolina que forma parte del colágeno es la 4-trans-OH-L-prolina. La triple hélice se mantiene unida entre sí debido a puentes de hidrógeno, que no afectan a todas las tres cadenas, sino aproximadamente a 2/3 de cada cadena alfa. Además, los tropocolágenos se unen entre sí por medio de enlaces entre algunos aminoácidos, llamados "crosslinkings". Además poseen unos pocos aminoácidos llamados lisinas, las cuales sufren transformaciones catalizadas por la enzima lisina oxidasa, la cual actúa sobre los residuos N, transformándolos en grupos aldehídos, por lo que la lisina pasa a llamarse alisina, la cual es capaz de reaccionar con otro residuo de lisina mediante una condensación aldólica y deshidratación para dar lugar a un entrecruzamiento que favorece la consolidación de las fibrillas de colágeno (Figura 2).

Figura 2. Síntesis de colágeno.

c) Glucosaminglicanos y proteoglicanos

Además de la colágena, las membranas basales y otras matrices extracelulares contienen grandes cantidades de un tipo distintivo de complejo proteína-polisacárido denominado proteoglicano. Un proteoglicano consiste en una molécula de proteína central a la cual se le unen por enlaces covalentes cadenas de glucosaminglicanos (GAG). Cada cadena de glucosaminglicano se forma de un disacárido repetido, esto es, que tiene una estructura A-B-A-B-A-, en la que A y B representan dos azúcares distintos. Los GAG son muy ácidos por la presencia de grupos sulfato y carboxilo unidos a los anillos de los azúcares. Los proteoglicanos de la matriz extracelular pueden ensamblarse en complejos gigantes mediante la unión de sus proteínas centrales a una molécula de ácido hialurónico, un GAG sin sulfato. A causa de las cargas negativas producidas en los GAG sulfatados, los proteoglicanos se unen con cationes , los que a su vez se unen con moléculas de agua. Como resultado, los proteoglicanos forman un gel hidratado poroso que llena el espacio extracelular como material de empaque y resiste las fuerzas de compresión. Esta propiedad complementa la de las moléculas adyacentes de colégeno, que resisten a las fuerzas de atracción y proporcionan un andamiaje para los proteoglicanos. En conjunto,  las colégenas y los proteoglicanos dan al cartílago y a otras matrices extracelulares fuerza y resistencia a la deformación.

d) Otras proteínas estructurales de matriz extracelular

Fibronectina: Es una glicoproteina dimerica presente en la matriz extracelular (MEC) de la mayoría de los tejidos celulares animales compuesta por dos subunidades muy largas unidas por puentes disulfuro situados cerca del extremo carboxilo. Cada subunidad esta formada por una serie de dominios funcionalmente distintos separados por regiones polipeptídicas flexibles. Estos dominios están compuestos por módulos más pequeños que, al repetirse secuencialmente y estar codificados por un exón diferente, sugieren que el exón de la fibronectina se originó por duplicaciones exónicas múltiples.

Laminina: Es una glicoproteína que forma parte de la lámina basal asociada a otras proteínas como el colágeno, entactina, proteoglucanos y fibronectinas. Tiene una longitud de 120 nm, y atraviesa toda las capas de la lámina basal. Su función es anclar las células epiteliales a la lámina densa pues tiene sitios de unión para moléculas de integrinas de la membrana celular de la base celular.

Referencias:

• Gerald Karp, Biología Celular y Molecular “Conceptos y Experimentos”, 4a edición, Mc Graw Hill, 2005.
• Jan Koolman and Klaus-Heinrich Roehm, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thieme.