Las membranas biológicas tienen un papel fundamental en la separación del interior de las células del espacio extracelular y en ayudar a determinar la forma y el tamaño celular. Consisten en una doble capa "bicapa" de lípidos que contienen un grupo de cabeza hidrofílica y generalmente dos largos, colas hidrofóbicas. Mientras que los grupos de cabeza se enfrentan hacia afuera, la cola hidrofóbica se enfrentan entre sí. Numerosos otros componentes están incrustados en las membranas, incluidas las proteínas formadoras de poros y las proteínas de transporte.
En las membranas se producen innumerables procesos vitales, incluido el transporte de diversas sustancias. El transporte de fosfolípidos y oligosacáridos unidos a lípidos LLO es particularmente difícil de lograr debido a la naturaleza bipolar de la bicapa lipídica: interior hidrófobo, superficie hidrofílica.Esta es la razón por la cual se requieren flippasas para transportar los lípidos de un lado de la membrana al otro, esencialmente volteando su orientación. Las Flippases tienen un papel importante en el mantenimiento de la asimetría de las membranas celulares, es decir, en la diferente composición lipídica de los lados externo e interno.mamíferos, esto afecta varios procesos, como la coagulación de la sangre, el reconocimiento inmunitario y la muerte celular programada, o la apoptosis.
Estructura de Flippase revelada por primera vez
Hasta ahora, los biólogos no sabían ni las estructuras de alta resolución de flippases ni el mecanismo exacto utilizado para voltear LLO. Tres equipos de investigación de ETH Zurich y la Universidad de Berna, dirigidos por el profesor de ETH Kaspar Locher, ahora han determinado la estructura de uno de estosflippase, la proteína PglK de la bacteria Campylobacter jejuni. El estudio ha sido publicado en la revista Naturaleza .
Esto requirió que los investigadores purificaran la flippasa de las membranas bacterianas y generaran cristales tridimensionales, que luego se analizaron usando cristalografía de rayos X para determinar las posiciones de todos los átomos. Los científicos determinaron tres estructuras distintas que correspondían a diferentes estados de laflippase durante la reacción. Sus datos permitieron a los investigadores deducir un mecanismo molecular de cómo PglK voltea los LLO.
Los investigadores muestran que PglK consta de dos subunidades idénticas que se mueven como un par de tijeras cuando se consume energía ATP. Similar a un lector de tarjetas de crédito, el resto oligosacárido del oligosacárido ligado a lípidos se introduce en un canal hidrofílicodentro de la flippase. La cola lipídica hidrofóbica de la molécula LLO permanece expuesta a la membrana lipídica, lo que hace que el LLO cambie su orientación para que la parte de azúcar termine en el exterior de la membrana. La flippase en sí no cambia su orientación durantereacción de translocación y, por lo tanto, actúa como un catalizador.
mecanismo fundamentalmente diferente
El mecanismo recientemente descubierto difiere fundamentalmente de los procesos de transporte previamente conocidos que catalizan la importación o exportación de sustratos solubles. "La flotación de los lípidos en las membranas siempre ha fascinado a los bioquímicos y biólogos celulares; ¡la solución biológica a este problema nos emociona!", Dice co-autor Markus Aebi, profesor de microbiología en ETH Zurich.
Los grupos de investigación de ETH Zurich y la Universidad de Berna son los primeros en resolver el rompecabezas biológico fundamental de cómo se voltean los LLO. Desarrollaron un método novedoso para estudiar la reacción in vitro. El profesor Aebi de ETH insiste en que solo a través de la cooperaciónde biólogos estructurales, químicos y microbiólogos fue posible descifrar este mecanismo básico: "Cada grupo aportó su propia experiencia de sus respectivos campos. Esta era la única forma en que podíamos tener éxito".
¿Aplicaciones terapéuticas?
Aunque el presente trabajo constituye una investigación básica, existen enfermedades asociadas con mutaciones en una flippasa humana, explica Aebi. Estas enfermedades se denominan 'trastornos congénitos de la glucosilación'. Se han identificado más de 10,000 sitios de glucosilación en diversas proteínas en humanos ".Es por eso que los cambios en la glucosilación en los que la flippasa desempeña un papel crucial afecta a muchos procesos en el cuerpo ", dice el profesor de ETH. Ejemplos de esto incluyen el desarrollo y la maduración del sistema nervioso central.
El conocimiento recién adquirido de la flippasa bacteriana PglK conduce a nuevos enfoques terapéuticos no está claro en la actualidad. Sin embargo, las flippasas ya forman una parte esencial de los sistemas biotecnológicos que se utilizan para generar el diseño de glucoproteínas para diversos usos en diagnósticos y posibles agentes terapéuticos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Original escrito por Peter Rüegg. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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