TEMA 2. La superficie celular • Relación de las células con el entorno. Reconocimiento celular. Matriz extracelular. Adhesión celular. Comunicación celular. La membrana plasmática ❖ Envoltura de la célula que regula los límites celulares y permite el contacto con el exterior ❖ Todos los organismos tienen una membrana muy similar. Bicapa lipídica, estructura trilaminar al MET (Robertson 1957) ❖ Composición química - ~40% Fosfolípidos, Esfingolípidos y Esteroides - ~52% Proteínas: Periféricas, integrales o unidas a lípidos - ~8% Carbohidratos: Glucocálix ❖ Singer y Nicolson, 1972. Modelo mosaico fluido. Los lípidos y proteínas se encuentran en un estado fluido que les permite el movimiento dentro de la membrana 2 capas teñidas con el OsO4 Espesor de 10 nm Citoplasma Exterior La membrana plasmática ❖ Funciones ⬧Compartimentalizar la célula u orgánulos ⬧Lugar de reacciones bioquímicas ⬧Permeabilidad selectiva de sustancias ⬧Transporte ⬧Adhesión celular ⬧ Con células ⬧ Con matriz extracelular ⬧Comunicación celular ⬧ Neurotransmisores ⬧ Hormonas ⬧ Mediadores locales La membrana plasmática ❖ Propiedades ⬧ Asimetría. Distribución de componentes. Lípidos ⬧Fosfolípidos. Movimientos rotación, difusión lateral y flip-flop. Fosfatidilserina se transloca a la cara externa durante la apoptosis (anexina V) ⬧Glucolípidos, glucoproteínas y esfingolípidos en cara externa. Sintetizados en cara interna cisternas del Golgi ⬧Balsas lipídicas: Dominios y polaridad de membrana Marcaje fosfatidilcolina cara E Fosfatidilinositol La membrana plasmática ❖ Propiedades ⬧ Asimetría. Distribución de componentes. Proteínas ⬧Distribución de proteínas (cara E o P) ⬧ Digestión con detergentes. Separación de proteínas transmembrana ⬧ Ensayos de fusión y redistribución proteica ⬧ Uso de anticuerpos HK. FasLm HK. FasLc La membrana plasmática ❖ Propiedades ⬧ Asimetría. Distribución de componentes. Proteínas ⬧Distribución de proteínas (cara E o P) ⬧ Uso de proteasas (tripsina) La membrana plasmática ❖ Propiedades ⬧ Fluidez. con la Tª e insaturación (desaturasas, aciltransferasas) Tª transición. Tª a la que cambia la conformación y fluidez de la membrana Colesterol. Aumenta estabilidad e impide transiciones bruscas. A bajas temperaturas favorece la fluidez y a altas la reduce La membrana plasmática ❖ Métodos de estudio ⬧ Centrifugación diferencial ⬧ Determinación conductividad, potencial de membrana ⬧ MET. Ultraestructura ⬧ Criofractura. Proteínas integrales, complejos de poro…. ⬧ MEB. Presencia de poros ⬧ Colorantes vitales. Permeabilidad y poros Criofractura sin réplica Marcaje glicoproteína de transmembrana La membrana plasmática ❖ Métodos de estudio ⬧ FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching) - Movimiento libre de fosfolípidos en 0,5 μm, no difunden distancias mayores - Regiones de la membrana plasmática ricas en proteínas que separan regiones ricas en lípidos - Algunos lípidos pueden estar unidos con firmeza pero no irreversiblemente a ciertas proteínas integrales La membrana plasmática ❖ Métodos de estudio ⬧ SPT (Single-Particle Tracking) https://3xojs33yjd5u3imyjd2awkrm-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2020/07/Atlastin_zoom.gif Dependiendo de si tienen movimiento aleatorio o están unidas a otros componentes (citoesqueleto, lípidos, complejos proteícos, etc.) generan dominios de membrana y polaridad celular Matriz extracelular. Generalidades ❖ Conjunto de proteínas fibrosas resistentes embebidas en una sustancia amorfa gelatinosa compuesta por polisacáridos que rodea a las células ❖ Matriz extracelular (ECM o MEC) en animales ❖ Pared vegetal en plantas, hongos y algas ❖ Sintetizada por fibroblastos principalmente ❖ Composición ❖ Colágeno y elastina. Dan elasticidad y resistencia ❖ Proteoglucanos. Anclaje de proteínas, forman gel, resistencia a la compactación ❖ Proteínas multiadhesivas (fibronectina y laminina). Unión a las células ❖ Funciones ❖ Implicado en la movilidad, diferenciación, división, adhesión celular ❖ Proporcionan soporte a células y estructura al órgano ❖ Dan forma, elasticidad, resistencia, filtro molecular, regeneración tisular, ❖ Localización ❖ Lámina basal ❖ Tejido conectivo o conjuntivo laxo ❖ Tejidos conectivos compactos. Hueso, cartílago, tendones, estroma córnea MEC. Colágeno ❖ Glucoproteína de alta resistencia a la tensión ❖ Representa el 25% proteína total humana ❖ Abunda secuencia Gly-Pro-OH_Pro, también OH_Lys ❖ Estructura ❖ Péptidos. Triple hélice de cadenas a ❖ Fibrillas. 10-300 nm grosor ❖ Fibras. 0’5-3 mm grosor MEC. Colágeno ❖ Síntesis de colágeno ❖RER ❖ Síntesis de propéptidos ❖ Hidroxilaciones. Vitamina C cofactor ❖ Glucosilaciones ❖ Formación triple hélice ❖ Chaperonas impiden formación de fibrillas ❖Complejo de Golgi ❖ Modificaciones postraduccionales ❖Exterior ❖ Eliminación extremos ❖ Autoensamblaje en fibrillas y fibras MEC. Colágeno ❖ Tipos de colágeno Fibrilares Redes Inmunitarios MEC. Elastina ❖ Presente en tejidos muy elásticos como pulmones, piel o vasos sanguíneos ❖ Elastina ❖ Proteína rica en glicina y prolina ❖ No glicosilada ❖ Algo de hidroxiprolina ❖ Sin hidroxilisina ❖ Sintetizada como proelastina, secretada al medio donde se proteolizan y unen covalentemente ❖ Unidas entre sí por uniones covalentes de lisina ❖ Fibras elásticas ❖ Microfibrillas con zona central con elastina rodeado de fibrilina ❖ Estructura MEC. Proteoglicanos ❖ Parte central proteica ❖ Glucosaminoglucanos (GAGs) unidos covalentemente ❖Repeticiones de 2 carbohidratos (A-B)n ❖ A = Glucurónico o galactosa ❖ B = N-Acetil-Glucosamina/galactosamina ❖Muy aniónicos. Tienen muchos residuos carboxilo o sulfato ❖Captan cationes, atrae agua, forma gel hidratado que soporta compresión ❖Tipos de GAG ❖ Ácido hialurónico. Único no sulfatado ❖ Condroitin-sulfato ❖ Heparan-sulfato o heparina ❖ Queratan-sulfato ❖ Síntesis de proteoglicanos ❖ RER. Proteína ❖ Golgi. Adición y modificación de GAGs ❖ Determinación secuencia y longitud desconocido ❖ Funciones ❖ Proporcionan soporte mecánico ❖ Unen factores de crecimiento. vida media, retienen cerca de la célula…. ❖ Implicados en la migración celular, cierre de heridas y regeneración tisular MEC. Fibronectina ❖ Glucoproteína que une tanto ECM como a células siendo muy importante en la adhesión célula-matriz ❖ Forma un dímero con múltiples dominios ❖ Unión a colágeno y proteoglicanos ❖ Dominios RGD (Arg-Gly-Asp) de unión a integrinas ❖ Funciones importantes ❖ Crea vías para la movilización celular ❖ Coagulación sanguínea. Une fibrina, colágeno, plaquetas y atrae células inmunes al lugar ❖Veneno serpientes tiene dominios RGD (desintegrinas) que compite e inhibe la coagulación MEC. Laminina ❖ Principal proteína multiadhesiva en la lámina basal ❖ Heterotrímero ❖ Dominios globulares ❖ Unión mediante Ca2+ a GAGs ❖ Unión a células (integrinas), colágeno, nidógeno/entactina ❖ Unen lípidos sulfatados, esteroides… ❖ Funciones ❖ Forman redes ❖ Intervienen en morfogénesis, movilización y diferenciación celular MEC. Lámina basal ❖Lámina basal ❖ Capa de 50-200 nm, visible al MO ❖ Localización ❖Epitelios. Piel, digestivo, respiratorio, vasos sanguíneos ❖Rodea células musculares y adiposas ❖ Funciones ❖Da polaridad células epiteliales ❖Barrera paso macromoléculas ❖Separar tejidos ❖ Composición principal ❖Colageno tipo IV ❖Nidógeno o entactina ❖Perlecano ❖Laminina Adhesión celular ❖ Uniones célula-célula y célula-matriz extracelular, estable o transitoria ❖ Moléculas de adhesión celular (CAM) ❖ Uniones celulares ⬧ Según distancia entre membranas ⬧No separadas o 2 nm (occludens/tight junction/unión estrecha) ⬧Separadas 20-25 nm (adherens/desmosoma) ⬧Originan canales. Uniones gap/unión de hendidura/nexo ⬧ Según la extensión de la unión ⬧Zonula si rodea toda la célula (unión estrecha/desmosoma en banda) ⬧Macula si es puntual (desmosoma puntual) ⬧Fascia si es macula irregular Adhesión celular ❖ 4 tipos de uniones Adhesión celular ❖ Moléculas implicadas en unión a células o matriz ⬧ Ocludina, claudina y JAM. Unión covalente fuerte. Ca-dependientes en relaciones estrechas ⬧ Cadherinas. Más de 100 miembros, 6 subclases. Ca-dependientes ⬧ Integrinas. 18 unidades a, 8 b. Unen células o matriz. Ca-dependientes ⬧ CAM con dominios Ig. Dominios: 5 Ig-2 fibronectina-TM-CIT ⬧ Selectinas. Lectinas. Ca-dependientes unen a azúcare sno como el resto de anteriores que une a proteínas ⬧ Conexinas. Mas de 20 genes ❖ Dominios citoplasmáticos unen proteínas anclaje a las que se une el citoesqueleto ❖ Zonula occludens/tight junction/unión estrecha Adhesión celular ⬧Posición apical ⬧Contribuyen a la polarización en epitelios ⬧Impiden el paso de moléculas a zona basal ⬧Ca-dependientes ⬧Mediado por ocludina, claudina y/o JAM ⬧Toxina del cólera se une a claudina-4 e impide la unión intercelular. Aumento permeabilidad paracelular Sis eabriran pasarían patógenos a ¡lotro ladeoode ¡l epir¡telio. Adhesión celular ❖ Zonula adherens y desmosomas ⬧Posición bajo occludens ⬧Espacio entre las dos células ⬧Mediado por cadherinas ⬧E-cadherinas. Mayoría epiteliales ⬧N-cadherinas. Nerviosas, musculares cardiacas y del cristalino ⬧P-cadherinas. Epidermis, placenta y algunas embrionarias ⬧VE-cadherinas. Endotelios Acumulación y flamentos má sgruese¡sos que lo sde actina ⬧Se relacionan con filamentos de actina (adherens) o de queratina (desmosoma) citoplasmáticos Desmosoma ⬧Ca-dependientes Adherens ❖ Uniones gap/unión de hendidura/nexo Adhesión celular ⬧Abundantes en tejidos no epiteliales. Muy importantes en neuronas, permitiendo paso señales eléctricas rápidamente ⬧Permiten paso moléculas hasta 2 kDa ⬧Formado por un poro de conexinas (conexón) Adhesión celular ❖ Integrinas en tejidos epiteliales ⬧Interacciones célula-matriz/sustrato ⬧Hemidesmosomas. Posición basal en los epitelios ⬧Unen fibronectina (motivos RGD) Adhesión celular ❖ Integrinas en tejidos no epiteliales ⬧Uniones focales, podosomas, uniones 3D. Transitorias ⬧Implicadas en la quimiotaxis, coagulación plaquetaria, remodelación ósea, desarrollo…. ⬧Interaccionan con ⬧Colágeno, laminina (No RGD) ⬧CAMs celulares con dominios Ig: ⬧ICAM. Presente en leucocitos ⬧VCAM. Endotelios ⬧NCAM. En neuronas Adhesión celular ❖Uniones célula-célula mediante selectinas ⬧Implicadas en tráfico de leucocitos y reacción inflamatoria ⬧Ca-dependiente, receptor tipo lectina (une azúcares) ⬧Tipos: ⬧ L-selectinas. En leucocitos ⬧ P-selectinas. En plaquetas y endoteliales activadas inmunológicamente ⬧ E-selectinas. Endoteliales Adhesión celular ❖Métodos de estudio ⬧MET, criofractura ⬧Inmunocitoquímica ⬧Cultivos celulares Ensayos de localización de proteínas de unión o transporte de solutos en ausencia/presencia Ca, Ac bloqueantes Señalización celular ❖Respuesta frente a estímulos ❖Unión receptor-ligando ❖Moléculas de señalización ⬧ Señalización sináptica. Neurotransmisores ⬧ Hormonas (endocrinas) ⬧ Mediadores químicos locales (paracrinos y autocrinos) ⬧ Citoquinas (factores de crecimiento, interferones, quimioquinas, interleucinas….) ⬧ Eicosanoides ⬧ Uniones gap ❖Tipos de receptores ⬧ Nucleares. Unen a hormonas esteroideas y tiroideas, vitamina D, retinoides, eicosanoides, NO, CO ⬧ Superficiales. Unen a neurotransmisores, hormonas proteicas y mayoría mediadores químicos. 2º mensajeros ⬧ Asociados a canales ⬧ Ligados a proteínas G. Adenilato ciclasa, fosfolipasa C, ⬧ Ligados a enzimas catalíticos. Tirosin quinasa, guanilato ciclasa
