BASE MOLECULAR DE LA FISIOLOGÍA

Curso 2008-09

Prof. Dr. Nieves Rodríguez HencheProf. Dr. Inés Díaz-Laviada Marturet

Departamento de Bioquímica y Biología MolecularFacultad de MedicinaUniversidad de Alcalá

Introducción a la asignatura

PROGRAMA DE TEORÍA

Tema 1Estructura de las membranas biológicas. Lípidos de membrana: aspectos estructurales de fosfolípidos, colesterol y

glucolípidos. Movilidad y fluidez. Ensamblaje de la bicapa lipídica. Liposomas. Proteínas de membrana: tipos y movilidad relativa. La membrana del eritrocito como ejemplo. Carbohidratos de membrana. Modelo del mosaico fluido.Tema 2

Bases moleculares del transporte a través de membranas celulares I. Transporte pasivo: difusión simple y difusión facilitada (ejemplos: transportadores de glucosa GLUT; antiporte Cl-/HCO3- en eritrocitos). Aspectos cinéticos y termodinámicos. Ionóforos. Canales proteicos: poros inespecíficos transmembranares y canales iónicos.Tema 3

Bases moleculares del transporte a través de membranas celulares II. Transporte activo: tipos y acoplamiento energético. Transporte activo primario. ATPasas de transporte: ejemplos (Na+K+ATPasa, Ca2+ATPasa, bomba de H+ lisosomal, bomba de H+ gástrica). Transporte activo secundario y ejemplos: cotransporte paralelo (transportadores de glucosa y Na+ SGLT) y antiparalelo (salida de Ca2+ o H+ con entrada de Na+). Sistemas de transporte en células procarióticas y ejemplos: contransporte paralelo de nutrientes y H+ (inducción); transporte con translocación de grupo.Tema 4

Organización del sistema endocrino en mamíferos. Neuroendocrinología: hormonas, neurotransmisores y neuromoduladores. Interacción con el sistema inmune. Características generales: estructura y clasificación. Aspectos moleculares de la biosíntesis, secreción y transporte de hormonas.Tema 5

Mecanismos de transducción de señales. Receptores intracelulares. Receptores de membrana. Biología molecular de receptores. Familias y evolución. Consideraciones estructurales, cinéticas y funcionales.Tema 6

Mecanismos de transducción de señales. Proteínas G: tipos, aspectos moleculares y funcionales. Adenilato ciclasa y regulación de proteína quinasa A y de Ser/Thr fosfoproteína fosfatasas. Fosfolipasa C: inositol fosfatos, movilización de Ca2+ y regulación de proteína quinasa C.

Tema 7Receptores con actividad enzimática: tipos. Receptores con actividad guanilato ciclasa. Factores de crecimiento, oncogenes y transducción de señales. Receptores de factores de crecimiento con actividad tirosina quinasa (EGF, PDGF) y oncogenes relacionados. Proteínas G transductoras y oncogenes relacionados (familia de proteínas ras). Receptores con actividad Ser/Thr proteína quinasa.

Introducción a la asignatura

Tema 8Bioquímica y biología de las hormonas hipotalámicas e hipofisarias. Evolución molecular. Péptidos opiáceos

endógenos: encefalinas y endorfinas. Farmacología molecular de los receptores de péptidos opiáceos.Tema 9

Bioquímica de las hormonas tiroideas: metabolismo del yodo; estructura y función de la tiroglobulina. Bioquímica de las hormonas esteroideas: glucocorticoides, mineralcorticoides y hormonas sexuales; aspectos estructurales y funcionales; rutas biosintéticas: mecanismos enzimáticos implicados.Tema 10

Bioquímica de las hormonas de la médula adrenal: catecolaminas. Síntesis, secreción, degradación y acciones. Metabolismo del calcio y del fósforo y su control hormonal: bioquímica y biología molecular de la parathormona, calcitonina y derivados hidroxilados de la vitamina D3.Tema 11

Bioquímica y biología molecular de las hormonas pancreáticas: insulina, glucagón y polipéptido pancreático. Aspectos estructurales, evolutivos y funcionales de las hormonas y de sus receptores. Eje enteroinsular. Péptidos gastrointestinales: familias estructurales evolutivas de péptidos y receptores; funciones.Tema 12

Aspectos conceptuales de hormona, feromona, alomona y kairomona. Ectohormonas. Organización hormonal de los insectos y otros invertebrados: feromonas. Composición química y acciones: ejemplos. Las feromonas en células procarióticas.Tema 13

Membranas excitables y sistemas sensoriales. Bases moleculares de la sinapsis. El potencial de acción. Transmisión del impulso nervioso. Neurotransmisores.Tema 14

Bioquímica y biología molecular de los sentidos. El olfato y el gusto como modelos moleculares de percepción quimiosensitiva. El sistema visual como ejemplo de transducción sensorial: membranas fotorreceptoras y pigmentos visuales; mecanismo molecular de la fototransducción. Quimiotaxis bacteriana: metilación de proteínas.Tema 15

Movimientos celulares. Microtúbulos y filamentos de actina: estructura y ensamblaje dinámico en los movimientos celulares. Organización del citoesqueleto: funciones y ensamblaje.Tema 16

Estructura y función del músculo. La miofibrilla como elemento contráctil. Proteínas musculares: actina y miosina. Aspectos moleculares y metabólicos de la contracción muscular.Tema 17

Coagulación de la sangre. Control por proteolisis. Características estructurales de las enzimas proteolíticas implicadas. Papel del Ca2+.

Introducción a la asignatura

BIBLIOGRAFÍA

Signal Transduction, B.D. Gomperts, I.M. Kramer, P.E.P. Tatham, Academic Press, 2002Biología Celular y Molecular, Gerald Karp, McGraw Hill/Interamericana, 1998Endocrinología, 4ª ed., Mac E. Hadley, Prentice Hall, 1997Molecular Basis of Medical Cell Biology, G.M. Fuller, D. Shields, Lange, 1998

NCBI HomePage.mht

Introducción a la asignatura

SEMINARIOS

Seminario 1 (18-FEB)“Lipid rafts”Seminario 2 (25-FEB)“Importancia de los transportadores ABC en los tratamientos farmacológicos”Seminario 3 (03-MAR)elegir entre

“Mecanismo de acción de los antidepresivos”“Inhibición de la acetilcolina esterasa en el tratamiento del Alzheimer”“Mecanismo de acción de los ansiolíticos”

Seminario 4 (10-MAR)“Problemas de binding”Seminario 5 (31-MAR )“Mecanismo de acción de la vasopresina: contracción de la musculatura lisa y reabsorción de agua”.Seminario 6 (07-ABR)“Mecanismo de acción de la GH”Seminario 7 (14-ABR)“Mecanismo de vasodilatación mediado por NO”Seminario 8 (21-ABR)“Importancia de la cascada de transducción de señales de los receptores Tyr-quinasa (TRKs) en cáncer”.Seminario 9 (28-ABR)“Mecanismo de acción de la hormona tiroidea”Seminario 10 (05-MAY)“La esteroidogénesis en el ovario”Seminario 11 (12-MAY)“Papel del cortisol en procesos de estrés”Seminario 12 (19-MAY)“Regulación de la síntesis y secreción de insulina”. “Mecanismo de acción de la insulina”Seminario 13 (26-MAY )“Mecanismo de la visión de los colores”

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Estructura de las membranas biológicas Estructura de las membranas biológicas

Tomado de: Mathews “Bioquímica”

(7 nm)

Estructura de membranas

Fosfatidilserina

Fosfatidiletanolamina

Esfingolípidos

Lípidos de las membranas biológicasLípidos de las membranas biológicas

Tomado de: Mathews “Bioquímica”

cerebrósido

gangliósido

Lípidos de las membranas biológicasLípidos de las membranas biológicas

Colesterol

Formación de un puente de H entreel grupo carbonilo del PL y el grupo hidroxilo del Ch

El Ch se alinea con los PL de la bicapa lipídica

Langmuir's monolayers (1920)Langmuir showed that if phospholipids are dissolved in benzene

they could be dispersed as a monolayer on the surface of water in a Langmuir trough.

Movimiento en las membranas sintéticasMovilidad de los fosfolípidos

Movilidad de los lípidos en las membranas biológicasMovilidad de los lípidos en las membranas biológicas

Asociación de las proteínas de membrana con la bicapa lipídicaAsociación de las proteínas de membrana con la bicapa lipídica

Tomado de: Alberts “Introducción a la biología celular”

A) TRANSMEMBRANA B) UNIDAS A LÍPIDO C) UNIDAS A PROTEÍNA

bicapalipídica

ESPACIOEXTRACELULAR

CITOSOL

atraviesan la membrana lipídicaregiones hidrofóbicas: interior de la membrana en contacto con las colas hidrofóbicas de los lípidosregiones hidrofílicas: expuestas al medio acuoso de ambos lados de la membrana

localizadas en el exterior de la bicapaunidas a la bicapa con una o más uniones covalentes con grupos de lípidos

unidas indirectamente a la bicapamediante interacciones con otras proteínas de membrana

ProteínasProteínas integrales integrales de membrana de membranaProteínas Proteínas periféricasperiféricas de membrana de membrana

Proteínas integrales

Tomado de: Alberts “Introducción a la biología celular”

Los enlaces peptídicos de la cadenaque atraviesa la bicapa forman enlaces de Hentre ellos; este tipo de uniones se hace máximosi la cadena polipeptídica forma una hélice regular

Formación de un poro hidrofílico transmembranamediante varias hélice formadas por aa hidrofóbicose hidrofílicos

Proteínas integrales

The two main structural motifs for membrane proteins.  The b-barrel (left) is  a closed, circular b-sheet composed of membrane spanning b-strands of 8-12 residues each. Known b-barrels have between 8 and 22 strands. This example is the 8-stranded OmpA from E.coli.  The a-helical bundle (right) is exemplified by the protein bacteriorhodopsin. Known a-helical membrane proteins  have from 1 to a few dozen membrane-spanning helices. Individual helices are typically 18-26 residues long 

Estructuras de proteínas integrales de membrana

Figure 10-17. Various ways in which membrane proteins associate with the lipid bilayer. Most trans-membrane proteins are thought to extend across the bilayer as (1) a single helix, (2) as multiple helices, or (3) as a rolled-up sheet (a barrel). Some of these "single-pass" and "multipass" proteins have a covalently attached fatty acid chain inserted in the cytosolic lipid monolayer (1). Other membrane proteins are exposed at only one side of the membrane. (4) Some of these are anchored to the cytosolic surface by an amphipathic helix that partitions into the cytosolic monolayer of the lipid bilayer through the hydrophobic face of the helix. (5) Others are attached to the bilayer solely by a covalently attached lipid chain   either a fatty acid chain or a prenyl group   in the cytosolic monolayer or, (6) via an oligosaccharide linker, to phosphatidylinositol in the noncytosolic monolayer. (7, 8) Finally, many proteins are attached to the membrane only by noncovalent interactions with other membrane proteins.

Proteínas asociadas

Prenilación(unión tioéter)

Acilación(unión amida o tioéster)

Proteínas unidas a lípidoProteínas unidas a lípido

Tomado de: Fuller “Molecular basis of medical cell biology”

GPI-protein

Dominios de asociación a lípidos. Dominio PH

Neutralization of the positive electrostatic potential (blue contour) surrounding the PI(3)P binding site of the Hrs FYVE domain through the interaction with the headgroup of PI(3)P (pink). The dotted line denotes the upper surface of a low dielectric slab, which representsthe membrane interface.

FYVE Domain(interacción con PI(3)P

Tomado de: Alberts “Introducción a la biología celular”

Proteínas unidas indirectamente a la bicapa Proteínas unidas indirectamente a la bicapa

H de C: glicoproteínas y glicolípidos

All N-linked carbohydrates are linked  through N-Acetylglucosamine and the amino acid asparagine as shown in  Figure 1.

Most O-linked carbohydrate covalent  attachments to proteins involve a  linkage between the  monosaccharide N- Acetylgalactosamine and the amino acids serine or threonine.

Glicosilación de Proteínas

Función glicoproteínas y glicolípidos

colesterol

Fase intermedia entre las fasesgel-sólido y líquido-cristalino (Id)

Microdominios de membranaMicrodominios de membrana

Tomado de: Munro S,; Cell 115: 377-388 (2003)

Digitonina (sin carga)

zwittwrionicoSDS aniónico

Triton X-100 (sin carga)

DETERGENTES