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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.

Cabeza polar cargada Representación esquemática Cola apolar formada por las cadenas de 2 Acidos Grasos Estructura tomada de : http://www.iqb.es

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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

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El uso experimental de liposomas ha permitido conocer las propiedades de las membranas.

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

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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.

integración Transfección

Molécula de DNA circular ( Plásmido )

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Difusión de los fosfolípidos en las membranas : 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 Eje de rotación El Movimiento rotacional es rápido y espontáneo Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

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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.

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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

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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

Insaturado 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.

Saturados Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Los ácidos grasos que encontramos en las membranas en diferentes proporciones son : Ácido Graso Mirístico Palmítico Esteárico Oleico Linoleico Linolénico g Linolénico Araquidónico Número de carbonos 14 16 18 18 18 18 18 20 Número de dobles enlaces 0 0 0 1 2 3 3 4 Los señalados con (*) pertenecen al grupo de Poliinsaturados saturado saturado saturado monoinsaturado diinsaturado (*) trinsaturado (*) trinsaturado (*) tetrainsaturado (*) Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

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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.

Fosfolípidos Totales Cara externa de la membrana Mayor proporción lípidos con Colina 50 % 25 % EM Esfingomielina PC Fosfatidilcolina 25 % PS Fosfatidilserina PE Fosfatidiletanolamina 50 % Cara interna de la membrana Mayor proporción Aminofosfolípidos Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

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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 Dibujo Tomado de : http://www.chori.org/investigators/kuypers_research.html

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La creación y el mantenimiento de esta asimetría requiere de procesos enzimáticos.

Estos procesos son catalizados por los enzimas : 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 : MDR1 , ABCA4 / ABCR / RMP , Existe ABCB4 / PGY3 / MDR3 , ABCB1 / PGY1 / 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 / 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 Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

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En este dibujo podemos ver la actividad de Flipasas, Flopasas y Scramblasas Dibujo Tomado de : http://www.bloodjournal.org/cgi/content/full/89/4/1121 Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

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Proteínas Integrales Proteínas Periféricas Las Proteínas integrales tienen dominios Extracelular, Transmembrana e Intracelular o Citosólico.

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