Programa de Maestría y Doctorado en Ciencias Bioquímicas
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Cursos y Tópicos Semestre 2017-1 1. Título del curso o tópico Biología estructural de las membranas celulares 2. Tutor responsable Nombre del Tutor GONZÁLEZ HALPHEN DIEGO Entidad Instituto de Fisiología Celular Teléfono (55) 56 22 56 20 Correo electrónico [email protected] 3. Integrantes Integrante Rol Horas GONZÁLEZ HALPHEN DIEGO Tutor responsable 27 GAVILANES RUÍZ MARINA Profesor invitado (MDCBQ) 12 FUNES ARGÜELLO SOLEDAD Profesor invitado (MDCBQ) 6 4. Observaciones del Coordinador del curso o tópico Como el cupo es limitado, los estudiantes interesados deberán pre-inscribirse personalmente con el Dr. Diego González Halphen, a la dirección de correo electrónico: [email protected], indicando nombre completo, a que posgrado pertenece, entidad académica, nombre de su tutor(a) y correo electrónico en el cual se les pueda localizar. Después de recibir la aceptación por el responsable del curso en un correo electrónico, el estudiante podrá proceder a inscribirse al curso en la oficina de su entidad académica. El cupo está limitado a 20 estudiantes. No se aceptarán alumnos que no hayan realizado la pre-inscripción y que no aparezcan en la lista del profesor responsable. La aceptación de estudiantes se lleva a cabo siguiendo estrictamente el mismo orden con el cual se recibió su solicitud, hasta completar el cupo máximo. Sólo si existieran espacios disponibles se aceptarán estudiantes de licenciatura. No se reciben oyentes. El curso no tiene opción de ser transmitido por videoconferencia, debido a que se realizan varios ejercicios en clase. 5. Características para impartir el curso o tópico Lugar en donde se realizará el tópico Aula “D” del Instituto de Fisiología Celular Horario en que se realizará el tópico todos los martes de las 16:00 a las 19:00 hrs Número de sesiones 15 Máximo de alumnos que puede aceptar 20 6. Métodos de evaluación Método Porcentaje Cantidad Participación en clase 10 % 1 Presentación de avances 20 % 1 Presentación de artículos 20 % 2 Presentación de un proyecto final 50 % 1 7. Introducción / justificación del curso o tópico Las membranas biológicas rodean y compartimentan a la célula. Forman la interfaz entre la célula y su medio ambiente, y tienen un papel preponderante en la homeostasis celular y en la transducción de energía metabólica. Las membranas biológicas han resultado ser más complejas de lo que se pensó originalmente, cuando Singer y Nicolson propusieron el modelo del mosaico fluido en 1972. Las membranas son una mezcla compleja de muchos tipos diversos de lípidos y proteínas, y su composición difiere entre dominios funcionalmente distintos. Sin embargo, hay fluidez entre los compartimentos membranales, y hay vesículas que pueden desprenderse o fusionarse con otras. Se estima que el 20 al 30% de los marcos de lectura abiertos del genoma humano codifican para proteínas de membrana y que el 50% de todos los fármacos utilizados hoy en día tienen como blanco alguna proteína de membrana. Sin embargo, la comprensión de las proteínas membranales a nivel molecular, se encuentra retrasado con respecto al de las proteínas solubles, debido a las dificultades para obtener información estructural de alta resolución. El número de nuevas proteínas membranales cristalizadas está revolucionando nuestro conocimiento de los principios que gobiernan el plegamiento de las proteínas de membrana. Abordaremos durante el curso los aspectos más novedosos sobre las membranas de las células, revisando la literatura del campo, tanto la de interés histórico por sus contribuciones pioneras como la de la frontera actual del conocimiento. 8. Objetivos Los estudiantes aprenderán a analizar la estructura de una proteína de membrana utilizando diversas herramientas que están disponibles en el internet y que son de acceso público. Al final del curso, los estudiantes tendrán que ser capaces de elaborar un modelo estructural de alguna proteína de membrana con dos cruces transmembranales o más. 9. Temario del curso o tópico INTRODUCCIÓN (DGH 3 horas) El agua y el efecto hidrofóbico La ultraestructura de las membranas celulares Función de las membranas celulares LOS LÍPIDOS DE LAS MEMBRANAS (MGR 3 horas) Fosfolípidos Esfingolípidos Glicolípidos Esteroles e isoprenoides lineares MODELOS DE MEMBRANA (DGH 3 horas) ¿Qué es un modelo? Desarrollo histórico de los modelos de membrana, desde las monocapas de Langmuir, pasando por el modelo del mosaico fluido y las modificaciones actuales que se la han hecho a dicho modelo. PROPIEDADES DE LOS LÍPIDOS EN LAS MEMBRANAS (MGR 3 horas) La bicapa lipídica Difusión de los lípidos en la bicapa Asimetría de lípidos en la membrana Espesor de la membrana Polimorfismo lipídico Dominios laterales y balsas lipídicas Localización y comportamiento de la molécula del colesterol en la membrana Efectos del colesterol sobre las propiedades físicas de la membrana Efectos del colesterol sobre la función membranal DETERGENTES (DGH 1 HORA) Tipos de detergentes Mecanismo de acción de los detergentes Solubilización de las membranas Remoción de lípidos MEMBRANAS MODELO (DGH 2 HORAS) Membranas modelo Modelos de sistemas membranales: monocapas, bicapas planas, bicapas apoyadas, liposomas, micelas mixtas y bicelas, ampollas y nanodiscos. TECNICAS PARA EL ESTUDIO DE MEMBRANAS: FRET, BRET, ETC. (DGH 3 HORAS) GENERALIDADES DE LAS PROTEINAS (MGR 3 HORAS) PROTEÍNAS DE MEMBRANA (DGH 3 HORAS) Clasificación de las proteínas de membrana Proteínas anfitrópicas Proteínas y péptidos que se insertan en las membranas Cristalografía de las proteínas de membrana HACES DE ALFA-HÉLICES (DGH 3 HORAS) Ejemplos de estructuras tridimensionales de proteínas de membrana Haces de alfa hélices: bacteriorrodopsina y centros de reacción fotosintéticos. Proteínas intrínsecas de membranas Interacciones lípido-proteínas BARRILES BETA (DGH 3 HORAS) Barriles beta: porinas y porinas específicas. NMR de proteínas de membrana INTRODUCCION AL TRANSPORTE (MGR 3 HORAS) Difusión pasiva Difusión facilitada Transporte activo Corrientes iónicas BIOGÉNESIS MEMBRANAL (SFA 6 HORAS) Ensamble de lípidos en la membrana Biosíntesis de proteínas membranales y su ensamblaje en la membrana TEMAS SELECTOS DE LA BIOLOGÍA DE LAS MEMBRANAS (DGH 3 HORAS) Se expondrán diversos artículos de revisión de temas actuales de la biología estructural de las membranas 10. Bibliografía ARTÍCULOS HISTÓRICOS Gorter E, Grendel F (1925) On bimolecular layers of lipoids on the chromocytes of the blood. J. Exp. Med. 41: 439-443 Frye L.D. and Edidin M. (1970) The rapid intermixing of cell surface antigens after formation of mouse-human heterokaryons. J Cell Sci. 7: 319-335. Singer SJ, Nicolson GL. (1972) The fluid mosaic model of the structure of cell membranes. Science 175: 720-731. Kyte J, Doolittle RF (1982) A Simple Method for Displaying the Hydropathic Character of a Protein J. Mol. Biol. 157: 105-132. Eisenberg D, Weiss, RM, Terwilliger, TC (1982) The helical hydrophobic moment: a measure of the amphiphilicity of a helix. Nature 299: 371-374. Von Heijne G (1992) Membrane Protein Structure Prediction. Hydrophobicity Analysis and the Positive-inside Rule. J. Mol. Biol. 225: 487-494. Fadel A. Samatey, Chuanbo Xut, and Jean-Luc Popot (1995) On the distribution of amino acid residues in transmembrane a-helix bundles. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92: 4577-4581. EJEMPLOS DE ARTÍCULOS MÁS RECIENTES Nørholm MH, Cunningham F, Deber CM, von Heijne G. (2011) Converting a marginally hydrophobic soluble protein into a membrane protein. J Mol Biol. 407: 171-179. Kay JG, Grinstein S. (2011) Sensing phosphatidylserine in cellular membranes. Sensors 11:1744-55. Catalá A. (2012) Lipid peroxidation modifies the picture of membranes from the \"Fluid Mosaic Model\" to the \"Lipid Whisker Model\". Biochimie. 94:101-109. Isabelle Baconguis & Eric Gouaux (2012) Structural plasticity and dynamic selectivity of acid-sensing ion channel–spider toxin complexes. Nature 489: 400-406. Linfeng Sun, Xin Zeng, Chuangye Yan, Xiuyun Sun, Xinqi Gong Yu Rao & Nieng Yan (2012) Crystal structure of a bacterial homologue of glucose transporters GLUT1–4. Nature 490: 365 Chen, S., Oldham, M.L., Davidson, A.L. & Chen, J. (2013) Carbon catabolite repression of the maltose transporter revealed by X-ray crystallography. Nature 499: 364 Eriksson, U.K., Fischer, G., Friemann, R., Enkavi, G., Tajkhorshid, E., Neutze, R. (2013) Subangstrom resolution Xray structure details aquaporin-water interactions. Science 340: 1346 Gerl MJ1, Sachsenheimer T, Grzybek M, Coskun U, Wieland FT, Brügger B. (2014) Analysis of Transmembrane Domains and Lipid Modified Peptides with Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time-of-Flight Mass Spectrometry. Anal Chem. 86(8):3722-6 Trimble WS, Grinstein S. (2015) Barriers to the free diffusion of proteins and lipids in the plasma membrane. J Cell Biol. 208: 259-271. Nickels JD, Cheng X, Mostofian B, Stanley C, Lindner B, Heberle FA, Perticaroli S, Feygenson M, Egami T, Standaert RF, Smith JC, Myles DA, Ohl M, Katsaras J. (2015) Mechanical properties of nanoscopic lipid domains. J Am Chem Soc. 137(50):15772-80. Rebecca M. Voorhees, Ramanujan S. Hegde (2016) Structure of the Sec61 channel opened by a signal sequence. Science 01 Jan 2016: Vol. 351, Issue 6268, pp. 88-91 Yinghong Gu, Huanyu Li, Haohao Dong,Yi Zeng, Zhengyu Zhang, Neil G. Paterson, Phillip J. Stansfeld, Zhongshan Wang, Yizheng Zhang, Wenjian Wang & Changjiang Dong (2016) Structural basis of outer membrane protein insertion by the BAM complex. Nature 531, 64–69 (03 March 2016) Vasileios I. Petrou, Carmen M. Herrera2, Kathryn M. Schultz3, Oliver B. Clarke, Jérémie Vendome et al. (2016) Structures of aminoarabinose transferase ArnT suggest a molecular basis for lipid A glycosylation Science 05 Feb 2016: Vol. 351, Issue 6273, pp. 608-612 Circuito de Posgrado, Ciudad Universitaria Delegación Coyoacán, C.P. 04510, México D.F. Tel: (55) 5623•7006 [email protected]
