Los lípidos se
dan en todas las membranas biológicas. Tienen dos requisitos:
· Naturaleza anfipática
y relativamente hidrofóbica
· Una estructura
determinada (cilíndrica) porque si no,
no permitiría formar una bicapa estable.
Los lípidos que
forman parte de la membrana poseen una cabeza muy hidrofílica y en la mayoría
de casos dos cadenas hidrocarbonadas. Esta estructura permite la geometría de
las bicapas lipídicas que es muy necesaria. Los ácidos grasos libres forman
micelas pero no bicapas debido a la estructura cuneiforme del ácido graso.
Energéticamente, una molécula con estructura cuneiforme no puede formar una
bicapa estable. Los triacilglicéridos NO forman parte de las membranas
biológicas.
La única manera de formar una
bicapa estable es teniendo una geometría cilíndrica. Por eso es necesario que
los ácidos grasos tengan dos cadenas hidrofóbicas.
Capacidad de
autosellado. Reparar de manera muy eficientemente y relativamente espontánea
pequeñas deficiencias en la membrana plasmática.
Glicerofosfolípidos o
fosfogliceridos
Son ésteres de
glicerol-3-fosfato y ácidos grasos. Pueden ser lípidos de membrana.
Es importante el
qué se une al fosfato. Cuando es un hidrógeno, el lípido es el ácido
fosfatídico y sirve para generar lípidos más complejos. Los más importantes son
el fosfatidiletanolamina (con grupo etanolamina sustituido en el fosfato –CH2
CH2 NH3+), fosfatidilcolina (con grupo colina
–CH2 CH2 N(CH3)2+ ) y
fosfatidilserina (con grupo serina que da carga neta negativa a la molécula que
no se compensa como en los otros casos con el O-).
Esfingolípidos.
Son muy
abundantes en el tejido nervioso, donde fue descubierto, aunque también están
presentes en otros tejidos. La forma más sencilla de la unión entre un ácido
graso y el aminoalcohol esfingosina que da la ceramida. La esfingosina tiene
una estructura invariable con una cadena alifática y un grupo amida. La
ceramida da lípidos más complejos si añadimos sustituyentes que añadimos al
Carbono 3, como por ejemplo la fosfocolina o fosfoetanolamina.
La ceramida tiene
un comportamiento anfipático y geometría cilíndrica ya que posee dos cadenas
alifáticas (una del ácido graso y otra procedente de la esfingosina) que además
le da hidrofobia. Por ello también es de membrana.
Las esfingomielinas (con fosfocolina
en el C3) fueron encontradas por primera vez en las vainas de mielina en las
neuronas.
*Fosfolípidos:
lípido de membrana con grupo fosfato. Todos los glicerofosfolípidos y los
esfingomielinas son fosfolípidos pero no al contrario
Glucoesfingolipidos.
Esfingolípidos
que surgen cuando la ceramida tiene en el C3 un azúcar.
· Los cerebrósidos en los que a las ceramidas
se les une un monosacárido, como la galactosa, donde se da un
galactocerebrósidos. También son importantes los glucocerebrósidos. Tienen
cabezas polares, colas hidrofóbicas y geometría cilíndrica por lo que son lípido
de membrana. No tienen carga.
· Los gangliósidos son glucoesfingolípidos
con oligosacáridos unidos al grupo esfingosina. Sí pueden tener carga. Es
cilíndrico por lo que puede ser un lípido
de membrana. Dependiendo de la longitud de ese oligosacárido se
diferencian distintos tipos de gangliósidos (GM1, GM2, GM3). Ayudan a regular las propiedades eléctricas
de las membranas. Se suelen encontrar en la mitad exterior de la bicapa.
También son receptores de hormonas glucoproteícas.
Esteroides.
Derivan
del ciclopentanoperhidrofenatreno. Son de origen eucarionte que cumplen funciones estructurales (colesterol) y de
señalización (hormonas esteroideas).
El colesterol es un esteroide cuya principal
característica es la presencia de un grupo hidroxilo en el carbono nº 3 de
organismos animales. Este grupo hidroxilo le proporciona un comportamiento
ligeramente anfipático, además tiene estructura cilíndrica en la región
hidrofóbica. De esta manera le permite formar parte de las membranas
biológicas. Puede llegar a constituir hasta el 40% del componente lipídico de
las membranas de las células animales. El colesterol está esterificado cuando
queremos almacenarlo en el interior de una vesícula. Si está formando parte de
las membranas lipídicas, el grupo hidroxilo queda libre.
El colesterol se puede dividir de forma equitativa en las
dos mitades. Modula la permeabilidad de las membranas que consiste en que una
serie de moléculas sean capaces de atravesar la pared. Los iones son incapaces
de atravesar una bicapa lípidica. Las moléculas de agua son capaces de
atravesar las acuoporinas. Es decir, cualquier membrana es permeable a las
moléculas de agua.
Debido a su rigidez estructural, inmoviliza parcialmente
las cadenas de ácidos grasos de aquellos lípidos con los que interactúa. Este efecto provoca un aumento de la rigidez
de la membrana y un descenso de la permeabilidad. El colesterol con los lípidos
son interacciones dipolo inducido- dipolo inducido.
El colesterol tampona la fluidez de la membrana porque no altera su Tª de
transición pero sí permite que reaccione de manera más suave a los cambios de
Tª.
Glucoglicerofosfolípidos.
Muy
característicos de procariotas y de membranas vegetales. Puede ser el diacilglicérido
unido a un azúcar. Un ejemplo es el diglicérido de manogalactosa, que es el
lípido polar más abundante, ya que constituye alrededor de la mitad de los
lípidos de las membranas de los cloroplastos, donde son los componentes
principales de la membrana.
La movilidad de los
componentes de la membrana y por tanto la fluidez.
Ejemplo:
Cuando se marca una célula de ratón y una humana y se pone un virus sendai, une
las dos células hasta dar una única célula que se distribuyen los componentes y
por tanto la fosforescencia.
Una de las propiedades que confiere estos lípidos de
membrana es la fluidez que es necesaria para que se produzcan diversos procesos
biológicos. Esta fluidez viene dada por los distintos movimientos de los
lípidos.
Ø Movimientos
transversales (flip flop). Es lento
Ø Movimiento
lateral. Es rápido
Ø Rotación
Ø
Flexión de las cadenas. En el caso de las
insaturaciones por la hibridación sp2 no permite la flexión.
La fluidez de la bicapa depende de la temperatura a
la que está sometida la célula. Hay una temperatura de transición a la que por encima o por debajo de ella, la bicapa
se ve alterada. Cuando se está por debajo de la Tª de transición se impide los
movimientos de los lípidos y se maximiza las interacciones entre las cadenas
alifáticas y la bicapa tiende a organizarse. En este caso, se dice que la
membrana está en estado de gel.
Cuando estamos por encima de la Tª de transición,
los lípidos tienen mayor libertad de movimiento y se dice que la membrana está
en estado de cristal líquido.
Una bacteria, en el Caribe, genera una mayor
composición de ácidos grasos
insaturados. Mientras que esa misma bacteria en el Ártico, genera una
mayor composición de ácidos grasos saturados. (Las bacterias apenas tiene triacilglicéridos)
Esto se debe a que la temperatura de transición hace
que se pase de un nivel de mínima fluidez a un estado líquido donde hay una
maximización de la fluidez. En cualquier ser vivo, la temperatura de transición
tiene que estar por debajo de la temperatura ambiente.
Otra característica de los lípidos de membrana es su
asimetría. La composición global de lípidos de ambas caras es
equilibrada pero los tipos de lípidos no. Esta propiedad tiene su importancia
funcional. En la parte exterior se encuentran sobre todo los glucolípidos, esfingomielinas
y aminas terciarias. El fosfatidilsenitol, su abundancia relativa es sobre todo
en la cara citosólica porque participa en muchas reacciones metabólicas. En la
cara interior también están fosfatidil-etalamina y fosfatidil-serina (tiene una
carga negativa) y permiten cambiar las propiedades eléctricas de la membrana.
Además también se encuentran en esta cara las aminas primarias.
A parte, una célula tiene distinta composición
dentro de una misma mitad que permite
proteger a la célula del ambiente exterior.
En las células procariotas, los lípidos de la
membrana se sintetizan en la cara citosólica de la membrana plasmática. En la
células eucariotas, la síntesis se realiza en el retículo endoplasmático, en
concreto en la cara citosólica. Son las flipasas las que se encargan de igualar
las dos mitades, NO tiene asimetría. Los movimientos de flip flop se realizan
mediante transportadores (flipasas y traslocasas). Las flipasas transportan
lípidos desde la zona con mayor concentración a la zona con menor concentración
de lípidos (difusión simple). Las traslocasas, transportan los lípidos desde la
cara con menor concentración de un lípido concreto a la cara donde hay mayor
concentración. Estas llevan a cabo un proceso de transporte activo por medio de
la hidrólisis de ATP manteniendo la asimetría de la membrana.
La asimetría en las membranas favorece además el
transporte dentro de la célula, sobre todo el sinporte. Con un transporte
facilitado se mete sodio dentro de la célula (en contra de gradiente) y luego
se saca por otra zona con otro transportador distinto a favor de gradiente.
La ruta de PI-3-quinasa (fosfoinositido 3 quinasa)
es una ruta de señalización. Las señales de supervivencia que recibe una célula
llegan del exterior y se unen a unos receptores. Una vez que la señal se une a
su receptor se activan y las quinasas activan al fosfatidilinositol que se
encuentra en el medio de la cara citosólica. Una vez que el fosfatidilinositol
está fosforilado se le puede unir una proteína (AKT) que permite que el
fosfatidilinositol transmita señales de supervivencia.
Otra ruta de señalización es la fosfolipasa C. Se
trata de una proteína que responde a señales extracelulares que se unen a
receptores acoplados a proteínas G. Esas señales al llegar a los receptores, le
activan y así se activa la fosfolipasa C. esta modifica de nuevo al
fosfatidilinositol quitándole la cabeza de azúcar separándolo de las cadenas de
ácidos grasos. El fragmento que queda en la membrana se llama triacilglicerol y la cabeza que queda libre
inositoltrifosfato que actúa como segundo mensajero
En la apoptosis no se vierten los contenidos
intracelulares al exterior porque los macrófagos detectan a la célula
apoptótica y la fagocitan evitando que se produzca una reacción inmunitaria
excesiva. La señal que hace que los macrófagos detecten a la célula en
apoptosis es la fosfatidilserina que es traslocada por movimiento de flip flop
de la mitad interior a la exterior. Este cambio es reconocido por los
receptores de los macrófagos.
Formación lípidos de
membrana
Se forman en la membrana en las bacterias y en el RER en las eucariotas.
En las bacterias se generan en la parte citosólica y luego se transporta en
el exterior. La distribución asimétrica de determinados lípidos de membrana
entre las caras interna y externa de una membrana se estableció inicialmente
mediante el empleo de fosfolopasas. Éstas
no pueden pasar a través de las membranas, y de esta manera los
fosfolípidos que encuentran sólo sobre la superficie externa de las células
intactas son susceptibles a la hidrólisis por estas enzimas. Estos estudios
revelan que los lípidos en las membranas biológicas están distribuidos de
manera asimétrica.
Kennedy y Rothman demostraron que esto es así en bacterias mediante el
empleo de marcación selectiva. Sometieron un cultivo bacteriano a un pulso de 1
minuto de 32PO43- con el fin de marcar
radiactivamente los grupos fosforilo sólo de los fosfolípidos recién
sintetizados. Inmediatamente después agregaron ácido trinitrobencenosultónico
(TNBS), un reactivo impermeable a las membranas que se combina con la
fosfatidiletanolamina (PE). El análisis de las membranas doblemente marcadas
resultantes mostró que ninguna PE marcada con TNBS presentaba marcación
radiactiva. Esta observación indica que la PE recién producida se sintetiza
sobre la cara citoplasmática de la membrana.
En los eucariontes, las enzimas que sintetizan lípidos de membrana son en
su mayoría proteínas integrales de membrana del retículo endoplasmático,
mientras que en los procariontes los lípidos son sintetizados por proteínas
integrales de la membrana plasmática.
Cuando hablábamos de proteínas eran en el dominio extracelular, las
lipoproteínas ahora son transmembrana que atrae.
