BASE MOLECULAR DE LA FISIOLOGÍA Curso 2008-09 Prof. Dr. Nieves Rodríguez Henche Prof. Dr. Inés Díaz-Laviada Marturet

1. Introducción a la asignatura BASE MOLECULAR DE LA FISIOLOGÍA Curso 2008-09 Prof. Dr. Nieves Rodríguez Henche Prof. Dr. Inés Díaz-Laviada Marturet Departamento de Bioquímica y Biología Molecular Facultad de Medicina Universidad de Alcalá

2. Introducción a la asignatura PROGRAMA DE TEORÍA Tema 1 Estructura 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 7 Receptores 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.

3. Introducción a la asignatura Tema 8 Bioquímica 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+.

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

5. 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”

6. Estructura de las membranas biológicas (7 nm) Tomado de: Mathews “Bioquímica”

7. Estructura de membranas

9. Fosfatidilserina Fosfatidiletanolamina

11. Esfingolípidos

12. Lípidos de las membranas biológicas cerebrósido gangliósido Tomado de: Mathews “Bioquímica”

14. Lípidos de las membranas biológicas Colesterol El Ch se alinea con los PL de la bicapa lipídica Formación de un puente de H entre el grupo carbonilo del PL y el grupo hidroxilo del Ch

17. 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.

18. Movilidad de los lípidos en las membranas biológicas Movimiento en las membranas sintéticas Movilidad de los fosfolípidos

23. A) TRANSMEMBRANA B) UNIDAS A LÍPIDO C) UNIDAS A PROTEÍNA ESPACIO EXTRACELULAR bicapa lipídica CITOSOL Asociación de las proteínas de membrana con la bicapa lipídica atraviesan la membrana lipídica regiones hidrofóbicas: interior de la membrana en contacto con las colas hidrofóbicas de los lípidos regiones hidrofílicas: expuestas al medio acuoso de ambos lados de la membrana unidas indirectamente a la bicapa mediante interacciones con otras proteínas de membrana localizadas en el exterior de la bicapa unidas a la bicapa con una o más uniones covalentes con grupos de lípidos Proteínas periféricas de membrana Proteínas integrales de membrana Tomado de: Alberts “Introducción a la biología celular”

24. Proteínas integrales

25. Proteínas integrales Formación de un poro hidrofílico transmembrana mediante varias hélice a formadas por aa hidrofóbicos e hidrofílicos Los enlaces peptídicos de la cadena que atraviesa la bicapa forman enlaces de H entre ellos; este tipo de uniones se hace máximo si la cadena polipeptídica forma una hélice a regular Tomado de: Alberts “Introducción a la biología celular”

26. Estructuras de proteínas integrales de membrana 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 

27. Proteínas asociadas 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 a helix, (2) as multiple a helices, or (3) as a rolled-up b sheet (a b 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 a 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.

28. Prenilación (unión tioéter) Proteínas unidas a lípido Acilación (unión amida o tioéster) Tomado de: Fuller “Molecular basis of medical cell biology”

31. GPI-protein

34. Dominios de asociación a lípidos. Dominio PH

35. FYVE Domain (interacción con PI(3)P 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.

37. Proteínas unidas indirectamente a la bicapa Tomado de: Alberts “Introducción a la biología celular”

38. H de C: glicoproteínas y glicolípidos

39. Glicosilación de Proteínas Most O-linked carbohydrate covalent  attachments to proteins involve a  linkage between the  monosaccharide N- Acetylgalactosamine and the amino acids serine or threonine. All N-linked carbohydrates are linked  through N-Acetylglucosamine and the amino acid asparagine as shown in  Figure 1.

40. Función glicoproteínas y glicolípidos

41. colesterol Fase intermedia entre las fases gel-sólido y líquido-cristalino (Id) Microdominios de membrana Tomado de: Munro S,; Cell 115: 377-388 (2003)

45. DETERGENTES Triton X-100 (sin carga) Digitonina (sin carga) SDS aniónico zwittwrionico