Moléculas de la membrana celular

5/8/2018 Molculas de la membrana celular

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Moleculasde la membrana celular

Forman espontdneamente un liquido bidimensional que controlacuanto erura y sale de Lacelula. Algunas celulas reciclan una zonade membrana equivalente a su superjicie en menos de una 'hora

L organizaci6n de la actividadquimica en todas las celulas su-peri ores depende en gran partede la compartimentaci6n proporcio-nada par 'as membranas biologicas.Los sill ares de las membranas son unaclase de moleculas llamadas Itpidos,que gracias a las inte.ucciones que es-tablecen entre sf en un medio acuosoforman un compartimento cerrado yflexible. Empotradas en la matriz lipi-dica encontramos much os tipos dife-rentes de moleculas proteicas, que con-tieren, a cada tipo de membrana, suidentidad distintiva y llevan a cabo susfunciones especializadas. La misionprimaria de toda membrana es, portanto, separar 10 que ella encierra delentorno limitante con la misma. Den-tro de 1acelula, por ejemplo, las mem-branas aislan las reacciones quimicasque se desarrollan en el seno de cadaorganulo intracelular. La propia celulaqueda encapsulada par su propia mem-brana celular: la membrana plasmatica,De todas, la plasmatica es la membranaque se conoce mejor. A ella dedicare-mos el grueso de nuestra exposici6n.Si en la celula han de penetrar nu-trientes 0 si la han de abandonar losmateriales de desecho, es obvio queun os y otros habran de cruzar la ba-rrera creada por la matriz lipidica de lamembrana plasmatica. EI paso se suelerealizar contando con la mediacion dernoleculas proteicas globulares que sal-van la membrana plasmatica y catalizanla transferencia de nutrientes especffi-cos y moleculas de desecho, Sin em-bargo, algunos de los nutrientes reque-ridos por las celulas eucarioticas sondemasiado grandes para transportarlosas! a traves de la membrana. En esecaso, ciertas rnoleculas proteicas recep-teras, ancladas par su cola en la mem-brana plasrnatica, se unen a los nutrien-tes del entorno ambiental. Mediante unproceso Hamada endocitosis, se desa-

Mark S. Bretscher

rrollan unas cavidades ("caveolas") enla membrana que engullen a muchas deestas moleculas receptoras y los nu-trientes unidos a elias. A los nutrientesen este estado se les llama ligandos.Las caveolas se cierran, desprcndien-dose de la membrana y emigrando ha-cia el interior celular, formando as: ve-siculas en el citoplasma (fluido internode la celula), Al mismo tiernpo. vesi-culas que provienen del interior de lacelula se fusionan con la membranaplasmatica y expulsan sus contenidos alentomo ambiental, Tales iuvaginacio-nes y fusiones hacen circular repetida-mente la membrana desde la superficiede la celula hasta su interior, y a la in-versa. Cada 50 minutos, una extensionde la membrana equivalente a la tota-lidad de la superficie celular toma paneen el cicio.EI estudio de la membrana plasma-tica se ha centrado en los ultimos anosen los mecanismos subyacentes a estacirculacion, asi como en sus diversosefectos. Aunque durante algun tiernpohabiase aceptado que la funcion pri-maria del cicio endocitico consistia enintroducir nutrientes especificos en lacelula, cada vez se advierte con mayorclaridad que puede servir tarnbien paraotros fines. Asi, apoyandorne en misultirnos trabajos (que no voy a describiraqui}, puedo afirmar que la celula

aprovecha el ciclo endocitico para mo.verse sobre un substrato. .Otro asunto central: comprendeicomo cada tipo de membrana, plas-matica incluida, adquiere su propia d('l l

taci6n exclusiva de proteinas, que de~terminara su identidad y sus funciones,El problema relative a la identidad dela membrana se compliea ante el co njtinuo intercambio de membrana entr~los organulos celulares que oeurre, potejemplo, durante el ciclo de endocito-sis. Supuesto, pues, este ajetreo entrdmembranas, l,como se rnantiene encada una la integridad de su dotaci6nproteica?

La estruetura fundamental de todamembrana es la doble capa de mo-leculas lipidicas, arquitectura que fue'propuesta ya en 1925 por E. Gorter yF. Grendel, de la Universidad de Lei-den. En la uaturaleza han surgido di>versas moleculas lipidicas, que compar-ten todas una propiedad critica: un ex-tremo de la molecula, soluble en agua,se distingue, quimicamente, por su ca-racter hidrofflico; el otro extrema, unhidrocarburo, oleoso e insoluble enagua por tanto, se caracteriza quimi-camente por su naturaleza hidrofobica.Los lipidos de membrana mas co-munes pertenecen a ia clase de los fos-folipidos. Tienen un grupo de cabeza .

1. RETlCUJ.ADO ENFORMA DE CESTILLO de ~oh!Culas dedatrina. Estas moJeculas proteicas eubren juna porcien cerrada y esferlca de membrana, I1amado vesicula, que se aislo de una placenta humana. La 1vesicula cubierta deriv3 de lamembrana plasmatiea de la aluls a traves de un proceso dtnamlco Ihunadoendocitosls medlada por receptor, gracias al cual Ias macromejeculas entran en lacelula , Cuando las mo- .leculas seleccionadas en el exterior de Ia celula quedsn adheridas a receptores proteicos de la membrana,una cubierta de c1atrina comienza IIensamblarse en ellado de la membrana que da al interior deIa celuJa.Cada molecula de c1atrlna esuna cadena formada por UDOS 1600 amlnoactdos; la cubierta constitnye unasuerte de panal, que se forma cuando las molecutas se alinean s1guiendo un trazado regular . AIcrecer Iacubierta, laregion de membrana a Is que esta adherida seadenlra en elinterior celular, en un P1ovimlen!oque recuerda la formacidn de una gota de agua en el reborde de un grlfo. La protuberancia se separa de illsuperficie de lacelula yse convierte en una vesicula cuya superfide interna lIeva los reeeptores Ysus ligaDdosy cuya superficie merna retlene la cubierta en panal de c1atrina, como muestra Is imagen. Esta se geuer6por un cornputador a partir de una serie de mlcrografias etectronlcas tomadas con varlos angulosde inclinad6r, por Guy Vigers, quien se halla adscrito al Laboratorto de Biolog(a Molecular del consejodeInvestigaciones Medica. de Cambridge. La ampliacton esde mas dedo. millones de veces su diametro real.


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hidrofilico constituido por un fosfatoI'l1lazado a un residua, 0 rcsto , queIluede ser colina, etanolamina, serina 0illOsitol. EI grupo de cabeza se uneaJos colas hidrofobicas, cada una de lascuales es una cadena de acido graso. Eltosfolipido mas abundante, amplia-mente estudiado, es el que posee un re-,iduo de celina. Se llama fosfatidilco-lina. Al igual que otros fosfolfpidos,"Dza de una propiedad destacable:~uando se introduce en un medioaCUOSO, las distintas moleculas se or-ganizan por sf solas y de forma espon-ranea en una bicapa. Aqui, las mole-culas se autoalinean en una y otra capa,de suerte tal que su eje mayor viene acaer perpendicular al plano de la bi-

capa. Los grupos hidrofilicos de eabezaestan en contacto can agua a ambos. la-dos de la bicapa; las colas hidrofobicas,oleosas, se encierran en el interior dela bicapa, evitando asi el contacto conel agua. Dicha disposicion constituye elestado de minima energia libre para es-tas moieculas en agua,En 1965, Alec D. Bangham y sus co-legas, de! Institute de Fisiologfa Ani-

mal del Consejo de Investigaci6n Agri-cola de Cambridge, dernostraron quelas bicapas lipidicas forman en el aguavesiculas esfericas y cerradas, dotadasde dos compartimentos separados: elf1uido interne de la vesicula y el fluidoexterno a la misma. i.Par que se formanesas vesiculas? Por la sencilla raz6n de

que si una superficie libre de la bicapaestuviese descubierta, regiones hidro-fobicas de las rnoleculas fosfolipidicasestarian en contacto con el agua; estoserfs energeticarnente desfavorable. Esesta propiedad de los lipidos 10que lesconfiere tanta eficacia en sistemas bio-16gicos: forman espontanearnente unaenvoltura cerrada de considerablefuerza mecanica.En la formaci6n de la membranadestacan sabre todo dos rasgos de la b i-capa lipidica. En primer lugar, al tenerun interior hidrocarburado, SOn imper-

meabies a la mayoria de las moleculasbiologicas: aminoacidos, azucares, pro-teinas y acidos nucleicos e iones. Todasson altamente solubles en agua e inso-


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lubles en disolventes hidrocarburados.Esta propiedad capacita a la bicapapara actuar como una barrera.

En segundo !ugar, la bicapa form adapar fosfolfpidos naturales es lfquida.Los movimientos estocasticos propiosde la fase liquida se manifiestan en labicapa de dos maneras. Las colas hi-drocarburadas de las moleculas fosfo-lipidicas se agitan con vitalidad, con-virtiendo a la bicapa en algo blando yflexible, con una viscosidad mas pare-cida a la del aceite de oliva que a la dela cera parafinica. Ademas, las mole-culas avanzan libremente en direccionlateral dentro de sus propias monoca-

FOSMTIOIL-COLINA

FOSFATO

0",-/0p/"'- o/CH,-CH-CH,

I \o 0 GLiCEROL

CADENASHIOAOCARBURADAS

pas; par tanto, dos fosfolipidos vecinosde la misma monocapa pueden inter-cambiar sus plazas entre sf cada micro-segundo, mas 0 menos. No as! las mo-leculas fosfalipfdicas de monocapasopuestas, que casi nunca intercambiansus plazas: tal intercarnbio se haee so-lamente una vez por ano, par terminomedia. Cada monocapa eonstituye,pues, un liquido bidimensional. La na-turaleza Ilquida de las bicapas tiene unagran importai.cia fisiologica. A modode ejemplo: si la bicapa fuese una es-tructura ngida, las celulas nerviosas delcuello se fracturartan cuando una per-sona hiciese senas can la cabeza.

2. MOLECULA FOSFOLIPIDICA: elemento estructural basica de todas las membranes ce1uiareo:. En lasmembranas de las celulas animales encontramos cuatro tipos principales de fosfoUpidos. EI mostrado en eldiagrama de la izquierda corresponde a Is fosfatldikolina, peeDlosetres tres dlfleren del anterior y entre slsolamente en la estructura qu(mica de sus grupos de cabeza, que aparetto esquematizados aqui en esferascoloreadas. La cargo. electr ica de cada grupo de cabeza hace bldrol1llco aI grupo, Este grupo de cabeza SO !coneeta con efgrupn gUcerol, al que seunen a su vez dos cadenas hidrocarbur1l.d~ ( :o lo r gr is , a lakqliUrcla).La s cadenas hidn)(:arburadas son oleosas y. por cODsiguiente, hldrof6bicas. (Uustraci6n de Dana Burns.)

Pad ria suponerse que en ubrana natural los varios tipoleculas fosfolipidicas se distribuazar en ambos Iados de [a bicen 1972 descubrf una distribuccho mas ordenada. En la monotema de la membrana plasmatiglobules rojos encontre so(amfatidi1colina y su familiar cerfingomielina; ambos contienenPor contra, la monoeapa quetoplasma tiene fosfatidiletanolafosfatidilserina. Se cree que edilinositol reside tam bien en etoplasmatico de la bicapa,

En las membranas de las cemales, adernas de foshay otros dos tipos de lipidospidos y colesterol. La moleculipidica posee una cola hidrofmilar a la de esfingomielina.dica su prefijo (glico- viene dlabra griega que signifies dulctremo hidrofflico del glicolipidde varios azucares simples unforman una estructura linealeada denominada oligosacariglicolipidos constituyen solampequefia fracci6n de los lipidmembrana; estan confinadosnocapa extema.EI colesterol, por otro ladede las principales lipidos debrana, junto can los fosfoliptrata de una molecula grandedal, con cuatro anillos de carbdos entre si, 10 que le confiertructura rigida. Un extremateral es hidrofflico , perc el redrof6bico y se sumerge en ladrofobica de la membrana plEn la membrana plasrnaticalulas eucarioticas se cuentanumero aproximado de molfosfolipidos que de colesterol.cion de colesterol a la rnatrizdica haee a la membrana alflexible e incluso menos permQuedan todavia varias incodespejar relativas a los lipidmembrana plasrnatica. El pagico de los glicoltpidos, por110 se conoce atm. Ni tampouna explicacion convincentetribucion de los fosfolfpidoscapas. iPor que las bicapaslulas eucari6ticas constan defosfolipidos y no s610 fosfatidiCual es la funci6n de la diasimetrica de los fosfolipidopor ultimo. el problema quemisma geometria de la bicapalas dos monocapas sean esenindependientes entre si, eusupuesto, una misma superficles son, entonees, las Iuerzas


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}cn cada monocapa? ~Se encuentra unaIlllllwcapa bajo cornpresion y la otra! la jD r cn s io n ? l,Es acaso igual en ambas!: t presion lateral?Asi como los lipidos se encargan delormar la rnatriz, corresporide a lasproteinas \levar a cabo todas las funcio-

![It:S especificas de la membrana. En ra-r / . (111 de su morfologia dentro del nucleo111drocarburado de la membrana, lasl'fUEeinas de est a se agrupan, a grandesI,H!OS, en dos clases 0 tipos generales.L,;s protemas de membrana se puedenclasificar en dos tipos generales en ra-1.6n Je su morfoiogia. El prirnero per-icnece a una figura espiral, estrecha-mente cerrada, como un bastoncillo: sellama helice alfa. En esta estructura,Ius arninoacidos que integran la cadenapolipeptidica se disponen de suerte talque el esqueleto proteico dibuje unahclice ; las cadenas laterales de arninoa-cidos se prcyectan hacia el exterior dela helice. Las proteinas de membrana_ del segundo tipo presentan una estruc-tura esencialmente globular dentro dela region hidrofobica de la membrana.

Iit

Uno de los ejemplos mas claros deproteina de membrana con es-tructura de h e lice alfa es la glicoforina.principal glicoprotefna del globulerojo. Aunque su funcion continua en-vuelta en el misterio, conocemos bas-tante bien su estructura. La mayorparte de la rnolecula se encuentra fuerade la celula, Region extracelular queconsiste en una larga secuencia de ami-noacidos a los que se unen cadenas hi-drofilicas de oligosacaridos.En 1971 dernostre que la glicoforinaatravesaba 1:1membrana celular. Dosanos mas tarde, Vincent T. Marchesi,a la sazon en ellnstituto Nacional Nor-teamericano de la Artritis, Metabo-lismo y Enfermedades Digestivas,sugirio la geometria de su porcion in-terrnembranar. El y sus colegas deter-rninaron la secuencia aminoacidica dela proteins y descubrieron que su re-gion extracelular estaba unida a un seg-mento de 26 arninoacidos hidrofobicos,Los 26 aminoacidos se unen , a su vez ,a una corta cola hidrofilica. La secuen-cia hidrofobica alcanza la longitud ne-cesaria para atravesar, en helice alfa, laoicapa: rnientras que la cola hidrofilica.corta, permanece en el citoplasma paraanclar la proteina en la bicapa.Sabemos ahora que hay muchosotros tipos de protein as de membranafijadas a la superficie eelular por unasola helice alfa hidrofobica y ancladasen el citoplasma par una cola hidroti-lica. Se comportan como receptores dernoleculas extracelulares 0 como mar-cadores altamente especificos (asi, los

3. ARQUITECTURA MOLECULAR de la membrana de la celula animal. Viene determinada fundametalmente por las lnteracciones entre las moleculas fosfolipidkas en un medio acuoso. Los fosfolipidos pueminlmizar su energia endicho medto formando una hteapa de unos 40 angstrom degrosor. Las colas hidf6bicas de las moteculas seencierran en elinterior dela bicapa, mientras que las cadenas hidroffi icas daagua (azul) a ambos lades de II I bicapa. SIse abrlese cualquiera de los bordes de la bicapa, las colas hidf6bicas quedarian en contacto can agua; por cuya razon, la hicapa secierra para Iormar una vesicula,parando de forma eficaz el liuido exlstente en el interior de la vesicula del liuido que rodea a la mism

principales antigenos H2 en ratones yHLA en humanos), que capacitan alsistema inmunitario para distinguir en-tre celulas pertenecientes al organismoe invasores extrafios. En csta c1ase deprotein as se encuadran tarnbien recep-teres inmunoglobulinicos de superficie,de los linfocitos B, y las proremas es-piculares de muchos virus can mem-brana. Puesto que el funcionamientode estas proteinas depende sabre todode su dominio extracelular, la cstruc-tura intermernbranar no tiene por queser tan extensa,

Nodebiera quiza sorprendernos quela estructura globular del segundotipo de proteinas de membrana esreasociada a funciones que requieren es-tructuras de cierta magnitud dentro delplano de la hicapa lipidica. Una de lasmas abundantes en la membrana de loseritrocitos, por ejemplo, es una pro-teina globular de transporte Hamadacanal anionico. Como indica su nom-bre , la proteina cataliza el intercambiopasivo de iones cargados negativa-mente, tales como c1oruro a bicarbo-nato, entre el plasma sanguineo y el ci-toplasma celular. ~Como actua unaproteina asi? De acuerdo COnuna ex-

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plicacion de primera hera, la proteinenlazana a un lado de la membranaion 0 rnolecula a transportar, y 1 0fundina a traves de la membrana paliberarlo al otro lado. Se propuso tabien otro esquema: la rnolecula pteica rotaria dentro de la membranacarreando, pues, ellugar de enlacesu substrato enlazado, de un ladootro de la membrana.Ninguna de estas explicacionessulto ser la correcta, En 1971 dernostque 10 que ahara se conoce coma caanionico atraviesa la bicapa moleculy tiene una orieutacion (mica y fijaella. Se defiende hoy la existenciaun pequerio pasadizo para anionestraves de la protelna, 1 0 que les perrrcruzar la bicapa.Una de las protelnas globularesmembrana rnejor conocidas es la bteriorrodopsina, que se extiende delado a otro de la membrana de la bteria Halobacterium halobium. Lalobacteria,o bacteria halofflica, vivelos lechos salinas de la bahia de SFrancisco. La bacteriorrodopsina demembrana bacteriana es una bombaprotones: captura fotones de la luzlar y se sirve de su energia para bobear protones a traves de la membra


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contra un gradientc energetico. EI gra-diente de protones generado por elbombeo lleva consigo una energia po-tencial, que mas tarde sirve para im-pulsar la sintesis de trifosfato de ade-nos ina (ATP). La ruptura del ATPproporciona energia para los procesosbiosinteticos de la bacteria.La estructura de la bacteriorrodop-sina la deterrninaron en 1975 Nigel Un-win y Richard Henderson, que estabanentonces en el Laboratorio de BiologiaMolecular de Cambridge. Su modelomuestra que la cadena polipeptfdica sedobla sobre si misma siete veces a tra-ve s de la bicapa. Cada segmento trans-membranar es una helice alfa, helicesque se empaquetan apretadamente ycrean una estructura globular. Una 100-Iecula Hamada retinal (emparentadacan la vitarnina A), que est a unida a laproteina por un enlace covalente, es laque captura al teton. No se conoce to-davia el mecanisme par el que la ener-gia del foton se encauza hacia el trans-porte de protones.

Las protetnas de membrana de lascelulas eucarioticas siguen una regiageneral: todas llevan una cadena oli-gosacaridica (si no varias) en susdominios extracelulares, como hace laglicoforina. Seguimos sin saber con eer-teza cual sea la funcion de las cadenasoligosacaridicas, al igual que en el casode los glicolipidos. Ademas, todas lasprotein as de membrana, globulares yalfahelicoidales, se mantienen en su lu-gar en Ia bicapa gracias al mismo tipode fuerzas que retienen allf a las mo-leculas lipidicas: las cadenas lateralesde los aminoacidos de la protefna encontacto can las cadenas lipldicas hi-drofobicas son tam bien hidrofobicas,mientras que las otras partes de talesprotein as son hidrofilicas. Las parteshidrofflicas se hallan expuestas al aguaa ambos lados de la bicapa.Como todas las proteinas de mem-brana residen en una bicapa liquida,pueden difundirse lateralmente, igualque la; moleculas lipidicas. Elgrado defluidez de la matriz fosfolipidica deter-

inara la rapidez con la que puedafundirse. En 1974 Mu-ming Poochard A. Cone, en la UniversidadHarvard entonees, demostraron qrodopsina mcviase unos 10 micrtros par minute. Parace probablela rnayoria de las demas protelnasmembrana que 1 0 hagan a una vedad similar. Por tanto, a no serexistan impedimentos para elloproteinas de membrana de la made las celulas eucarioticas se difundde un extrema a otro de la celulpOCOSminutos, por terrnino medio

EImejor ejemplo de las limitacia la difusi6n de rnoleculas a tde Ia membrana es probablementede las celulas unidas entre 51 formcapas epiteiiales. Se men tan entrelas celulas que tapizan el tuba dtivo, las celulas en division de la plas celulas de algunos 6rganos intecomo el higado. el rifion y el pancLas capas epiteliales tienen una solula de grosor; a menudo se repli

GUCOLIPIDO

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4. MEMBRANA PLASMA TICA. Tratase de una bkapa fosfollpidlca donde se haltan inmersos elcoy diV!!I'S05ipos de molecules proteicas. En este diagrama esquemattco de la membrana, las molecutolipidicas de la capa super ior, que da aJ medlo externo, se ilustran mediante esferas azules oscurauna de las cuales tiene dos colas que seagitan vivazmente. Seindica enel dlagrama de la izquierda elmovimiento browniano de las moleculas dentro de las monocapas; la I1lJidezdel interior hidrocarbviene sugerida por las conl1guraciones .1azar de las colas. La capa del fondo, que da alinterior citopide la celula, presents una composicion fosfolipidlca diferente y se ha dibujado en azul claro. Aundesarrolla tambien un intercamblo de molkulas fosfolipfdicas de un lado a otro de la membrana. eteclmieato escxtremadameote raro. Dos tipos principales de proteinas de lamembrana atraviesan laUno de ellos la cruza converttde en una simple cadena de .minoacidos enrollada en la lIamada hl!(lUlIYUIjQ); Ia p('rdon intramembranar del segundo tipo de preteinas pesee estructura globular (ramotivos dldacticos de mayor claridad, la razon de foofolfpido a proleina esmucho mayor ell la ilUque en una membrana natural . Las moleculas rigidas de coiesterol (IJIIUlriUo) tienden a mantener rmente njas y ordenadas las colas de los fosfolfpidos de la membrana en regiones proximas a lashidroffiicas; las partes de las colas inmediatas alcorazon de lamernbranaseagitan llbremente, Las rnde azucar de las cadenas laterales adheridas a prcteinas y Jipidos sehan c"loreado arbltrarjarnente e


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rllucho para formar un organo com-paclO.Las capas epiteliaies poseen dos su-rcrficies. En el tubo digestive, porcjempio, una superficie ([3 apical) da alrracto digestive y la otra (la basolate-ral) da a la sangre. Las celulas que for-man la cap a epitelial del tubo digestivoh an de estar fuertemente unidas entre~;i.sin que medien intersticios, pues es-{as celulas han de transportar materia-le s utiles -y solarnente materiales uti-les- desde el intestino hasta la sangre.Por consiguiente, las celulas se unenentre si mediante las llamadas unionesestrechas.Podriamos irnaginarnos la union es-trecha como un cintur6n circular 0junta que reside "n la membrana plas-rnarica, EI cinturon no s610 imp ide fu-gas (incluso fugas de iones}, sino quedivide t a rnb ien la membrana plasma-tic a c el ul ar en dos dominios: la super-ficie apical y la superficie basolateral.Las protefnas de membrana puedenmerodear al azar dentro de su propiodominio, pero la union estrecha les irn-pide el desplazamiento de un dominioa otro.La separacion entre las dos partes dela membrana mantiene la asimetriafuncional que se precisa para transpor-tar material segun una direccion unica,Por ejemplo, en la superficie apical dela capa epitelial del tubo digestivo cadacelula contiene proteinas que canalizansodio desde el tubo digestive hacia elinterior de la celula. En la membranabasolateral se encuentra un conjuntodiferente de proteinas que bornbean elsodio desde la celula hacia la sangre. EIresultado neto es una transferencia ex-tremadamente selectiva de iones sodioa traves de la capa epitelial; y se nevaa cabo porque las proteinas especificasnecesarias para cada etapa de la trans-ferencia se concentran en la parte de lasuperficie mernbranar donde puedendesernperiar su funcion,i.Como se forman estas uniones es-trechas? (,Como distribuyen las celulasepiteliales sus proteinas de membranaen dos dorninios? No hay respuesta to-davia para la primera cuestion. Par 10que concierne a la segunda, comienzaya a esbozarse una gracias a nuevosplanteamientos basados en cierto des-cubrimiento de Enrique RodriguezBoulan y David D. Sabatini, de la Fa-cultad de Medicina de la Universidadde Nueva York. En 1978, observaronque, cuando se infectaba una capa epi-telial que crecia en cultivo con virus dela gripe, los virus de la progenie salians610 por la superficie apical de la capa.En cambia, el virus vesicular de Iaestomatitis (VSV), que origina una en-

EXTERIOR DE LA CI: ;LU

INTERIOR DE LA CELU5. 8ACTERIORRODOPSINA: UNA PROTEINA GLOBULAR DE MEMBRANA. Consta de siete larsecuencias hidrof6bicas de aminoacidos, unidas por otras hidroffiicas m a s cortas, Gracias a 1 1 1 5 descubmientos de Nigel Unwiny Richard Henderson, en elLaboratoriode 8iologia Molecular deCambridgecuandreallzaron el traba]n, podemos afirmar que cada una de las siete secuencias hidrof6biQS es una belief;(rojo) empotrada en el nucleo hidreearburade de la membrana, y que las secueneias hidroffiicas unen ahel ices ent re si, a eada lado de la membrana (atul). EI retinal (verde) es una molt!cula adberida a la zmedia de la hellce, EIretinal captura fotone-;selares, promoviendoque la proteina bombee protones a trade la membrana de clertas bactertas haI6n1as. EIproceso pone en movimiento un tipo poco comun de fsintesi s. Las esferas azules y sus colas representan la bicapa fosfolipidica de Ia membrana bacteria

fermedad benigna en el ganado va-cuno, salta solo por la superficie baso-lateral. Los virus debian fabricar unacubierta protectora para abandouar lacelula huespcd, por cuya razon Rodri-guez Boulan y Sabatini dedujeron quela celula dirigia las proteinas de la cu-bierta del virus de la gripe a la super-ficie apical y las proteinas de la cubiertadel VSV a la superficie basolateral.Ambos virus constituian, por tanto. unsistema experimental con el que estu-diar facilmente el desarrollo de asirne-tria en celulas epiteliales,

Lascelulas que forman una capa epi-telial pueden tambien enlazarseentre sf a traves del llamado nexus. Launion nexus consta de dos agrupacio-nes de estructura radial, situadas una acontinuacion de otra y can un agujeroa traves de $US centros [v ea se fa fig ura7 ]. EI agujero permite la comunicaci6ny coordinacion de actividades entre ce-lulas vecinas, Las rnoleculas pequenascuyo diametro sea inferior a 20 angs-trom pasan libremente del citoplasmade una celula al de otra a traves delconducto formado por el nexus.

A Unwin, de la Universidad de Stford, y sus colaboradores debemosdesentranarniento de la estructuralas uniones nexus. Su rrabajo demuetra que cada union esta constituida p12 subunidades proteicas, seis en cacelula. Cada grupo de seis dibujahexagono en la membrana plasmatide estas dos celulas yuxtapuestas;dos hexagonos se sueldan entre sf pformar un canal entre las celulas, EIm.1 puede mantenerse abierto 0rrado, pero se desconoce como se csigue este control. Las uniones neinteraccionan frecuentemente entreformando una balsa, es decir, un grugrande de uniones, sobre la superficelular. El tamario del agrcgado qcrea esta balsa y su confinarnientolas regiones de membrana entre doslulas permite, verosirnilrnente, queuniones nexus se mantengan relativmente inmoviles dentro de la bicapaquida.Hasta este rnomento he evitadoluntariamente cualquier referenda pmenorizada a las muchas membrande que consta la celula eucariota, amas de la plasrnatica. Recuerdese ,


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J,obstante, que rnuchos organulos intra-celulares quedan definidos por unamembrana limitante y que tales mem-.branas desernpenan un papel esencialen el transporte, cornunicacion y pro-.cesamiento ordenado de sustancias qui-.micas e informacion en el interior ce-.lular.

Algunos de los principales organulosintracelulares participan en la fabrica-cion de componentes de membrana.Las membranas se ensarnblan en el re-ticulo endoplasmatico; en el aparato deGolgi se afiaden oligosacaridos a lasprotefnas de membrana. Par tanto,las relaciones entre muchos organulos

UNION ESTRECHA - ENDOCITOSISCUBIERTI1,DE CLATRINA

VESICULAUBIERTAO

OESPRENDIMIENTO DE LACUBIERTA DE CLATRINA

~~I:-.~I~ ' ; . . _ . f (t",.;~

DESMOSOMA/

UNION NEXUS-

EXCCITOSIS

-?_.

SUPERFICIE BASOLATERAL6. CELULA EIJITELlA L can las partes adyacentes de SUS dos veclnos inmediatos. Tales celulas Iorran el1u"0 digestivo y forman capas separadoras en otros organos internos; en el tubo dlgestivQ consti tuyen unabarrera hermetica entre el tuba digestivo y la sangre. EI sellado se lleva a cal;o per la union estrecha; estasepara tamblen lasuperflcie apical, que da al tuba digestlvo, de laliu,erficie haselateral , que da a la sangre.Oebajo de la union estrecha nay 'In desmosoma, que suelda a las dos celubs adyacentes; bajo eldesmosornase establece UIlS unio", nexus, que permite el paso airecto de pequeilas moleculas desde el ciloplasme de unacelula hasta el de laeellila vecina, Los nutrientes del tuoo digestivo cnJuran la capa epitellal a condici6n deque los absorbs antes una celula epitellaJ. Algunas macromolecuias pueden captarse mediante endocitosis.La vesicula endocuica descarga entonces EU contenido en la comente sanguinea POI'exocitosis sobre Ill.su-perflcie hasolateral de la celula, La membrana apical y la basolateral tienen diferente dotaelon proteica.

CITOPLASMA CITOPLASMA

IONES.AMINOACIDOS.AZUCARESY NUCLEOTIDOS

PROTEINASY ACIDOS))~~ NUCLEICOSJl~ESPACIO)1) ~ !NTERCELULAR

7, UNIUNNEXUS ENTRE DOS CELULAS EPITELlALES opnestas. Dicbajuntura esta formada por dosugregados hexagonales Igris), empotrado cada uno en lablcapa membranarde una celula ( es fe ra s l JZ u le s c o ncolas adheridasv; los dos aaregados secornprimen entre sien el conducto entre lascelulas, lones, amin08.cidos.uzucares. nucleotidos y 01ras moleculas inrerlores a los 20 angstrom de dhimetro pasan a traves dela union;las prnteinas, los ucid nucleicos y otras moieculas mayores no pueden haeerlo, sin embargo.

no son estaticas, en absolute. Hay, pejernplo , una continua transferencia'demembrana desde el retfculo endoplamatico basta el aparato de GO!gi,desde a Jl[ h ac ia la membrana plasmtica. Las transferencias, probablmente, se realizan siempre por medqe vesiculas fosfolipidicas.,."Tales movimientos continuos de rnterial de membrana, asi como las fusnes y disociaciones de membranavesiculares que aco.npanan al mo

miento, plantean de nuevo !a cuesti6de la integridad de membrana. lC6mevitan la mezcla y hornogenizacion, dfame una transferencia, determinadaprotelnas de membrana destinadas aorganulo especifico 0 pertenccientesel? Carecemos todavia de una repuesta cabal. Si bien no hay dudaque 10 que se transfiere no es una parcualquiera, al azar, de In membrandonante. Existe un proceso de tranferencia de materia que involucra adomembranas, del que se esta com ezando a conocer la manera en que esocurre. Me refiero a la endocitosis,

Lscelulas animales obtienen la myor parte de las moleculas pequnas que precisan para su desarrollo stetizandolas 0 irnportandolas de la sagre. Las moleculas importadas suelatravesar la membrana plasrnatica pcanales proteicos 0 bombeadorespecificos. Sin embargo, algunos ntrientes esenciales, por una u otrazon, no pueden absorberse tan facmente.En este sentido, tanto el colester(que se precisa para la sintesis de mebranas) como el ion ferrico (un ator

de hierro con tres cargas positivas, ncesario para la sintesis de las grandmolecules pigrnentadas llamadas cicromos), circulan por la sangregrandes cornplejos. El colesterol vien la forma de esteres de colesterilque constituyen el nucleo hidrofobide una particula denominada lipopteina de baja densidad (LDL), de UD200 angstrom de diarnetro. Los ionferricos se encuentran en la sangunidos, dentro de una proteina traportadora Hamada transferrina. Abas, LDL y transferrina, son dersiado grandes para pasar a traves depequerio canal 0 bomba; par ello, laluia ha de adoptar una estrategia racalrnente diferente para obtener lostrientes que precisa.La descripci6n actual de como enutrientes penetran en la celula arrandel trabajo realizado en 1964 por Tmas F. Roth y Koith R. Porter, entces en Harvard. Estaban estudiandoforma en que oocitos de mosquito


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8 . SECUENCIA DE FASES en la formadon de una vesicula cubierta, puestade manlfieste en esta serie de microgranas. Elleve abombamiento de la mem-hrana plasmatica de un oocito degal lina en desarrol lo (arriba a la izquiuda) esuna caveola; t iene asociadas muchas par tjculas de una I ipoproteina recogidasdel entorno de la celula; debajo mismn de la caveola, en ellado citeplasmico dela membrana, se distingue una cnbierta de moiku las de clatrina . La caveo la se

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crecimiento producian la yerna del 00-cito. Mientras exarninaban cortes del-gados de oocitos al microscopic elec-tronico , observaron que el materialprecursor de la yema estaba unido a lamembrana plasrnatica de! oocito en si-tios donde la membrana presenta in-dentaciones a la vez que posee unacapa gruesa y oscura de material sobrela cara que da al citoplasma, Estes si-tios se llaman caveolas, E!1 los mismoscortes delgados de oocitos, Roth y Por-ter encontraron vesiculas dentrc de lacelula LItleestaban llenas de precurso-res de la yema y que recubrian su su-perficie externa de gruesas envolturas.Dcnominaron vesiculas cubiertas a es-tas estructuras, Las vesiculas cubiertasprovienen de la gernacion de las caveo-las nacia el interior de la celula; actuande intermediarios, dentro del cito-plasma del oocito , en la transferenciade los precursores de la yema desde elexterior de la celula hasta los grandesgranules de yema almacenados dentrodel cocito.Otros trabajos recientes sobre la cap-

tacion de LD L de R.!ChardG W. An-

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Moléculas de la membrana celular

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