VI. RESUMEN DE ARTÍCULOS
A. Regulación en la Asimetría Fosfolipídica de la Bicapa de la Membrana Plasmática

(Regulation of transbilayer plasma membrane phospholipid asymetry. David L. Daleke)

La distribución transbicapa de los lípidos a través de las membranas biológicas es asimétrica. Los lípidos que contienen colina, fosfatidilcolina (PC) y esfingomielina (SM) están principalmente presentes en la hojuela externa de la membrana plasmática o la topología equivalente a la hojuela del lumen de los organelos. En contraste, el glicerofosfolípido que contiene una amina, fosfatidiletanolamina (PE) y fosfatidilserina (PS), están localizado preferencialmente en la hojuela membranal del citoplasma. Otro fosfolípido menor como el ácido fosfatídico (PA), fosfatidilinositol (PI) fosfatidilinositol-4-monofosfato (PIP2), están presentes en la cara citosolica de la membrana. Esta asimetría lipídica se ha caracterizado en la membrana de los eritrocitos. La perdida de la asimetría de los fosfolípidos transmembranales con la consecuente exposición de PS en la monocapa externa, ocurre tanto en condiciones normales como patológicas.

Generación de la asimetría lipidia transmembranal. La biosíntesis de los lípidos asimétrica. Las enzimas responsables para la síntesis de lípidos están localizadas típicamente solo sobre uno de los lados de la membrana donde ocurre la biosíntesis. Para la mayoría de los glicerofosfolípidos (PS, PE, y PI), la síntesis de novo ocurre en el lado citosólico del retículo endoplásmico (RE). Sin embargo la adición asimétrica de los fosfolípidos sintetizados de novo en uno de los lados de la bicapa, genera una membrana inestable. La acumulación de lípidos en uno de los lados de la membrana pueden inducir flexión y por consecuencia la membrana cambia su forma. Este problema es rectificado por la presencia de un transportador de lípidos que redistribuye los fosfolípidos del retículo endoplásmico a través de la membrana aunque la síntesis de novo de los glicerofosfolípidos es asimétrico, la acción de estos transportadores vence la biosíntesis vectoral y resulta en una mejor distribución aleatoria de los lípidos a través de la bicapa.

La acumulación selectiva de los glicerofosfolípidos en un alado de la membrana plasmática, requiere que se inhiba el proceso aleatorio o que un proceso de generación asimétrica se active como resultado del tráfico de membranas desde el RE a la membrana plasmática. La consideraciones termodinámicas requieren de la entrada de energía para generar o mantener un gradiente lipídico transbicapa. Tanto en el interior como en el exterior las actividades de los transportadores de lípidos que dependen de ATP mueven lípidos a través de la membrana. La distribución asimétrica de los fosfolípidos en la membrana plasmática puede ser el resultado de un tráfico selectivo o de la regulación de las proteínas transportadoras de lípidos.

Mantenimiento de la asimetría de lipídica de la membrana plasmática por transportadores lipiditos. Cuando la asimetría lipídica se ha establecido esta se mantiene por una combinación de una difusión lenta transbicapa, interacciones lípido-proteína y transporte mediado por proteínas.
La barrera termodinámica para un lípido pasivo flip-flop previene la difusión transbicapa espontánea de los fosfolípidos. El Flip-Flop de los fosfolípidos es un proceso activo que requiere ATP, el sustrato interactúa con la proteína transportadora desde la propia fase lipídica, así los sustratos primero se intercalan dentro de la parte interna de la bicapa y solamente después interactúa con el transportador en la membrana, el transportador después rota el sustrato desde la parte interna a la parte externa.

Flipasas. La actividad de la flipasa aminofosfolípido, fue reportado por Devaux y colaboradores. Las flipasas son enzimas ubicadas en la membrana y responsables de ayudar en el movimiento de las moléculas de fosfolípidos entre las dos capas que componen la membrana celular (difusión transversal). El transporte catalizado por flipasas esta unido a un ATPasa; es decir la actividad del trasporte requiere de ATP y Mg 2+ y es inhibida por vanadato. La estequiometría del transporte es aproximadamente 1 ATP consumido por lípido trasportado.
Las flipasas están muy bien distribuidas y están presentes en muchas membranas plasmáticas. Lo que nos indica que este transporte es esencial para cualquier membrana en la cual la manutención de la simetría de los PS es requerido.
Las flipasa son quizás las más selectivas de los transportadores de lípidos, estas prefieren más a los PS que cualquier otro fosfolípido debido a su especificidad a estas.
Aunque los fosfolípidos difunden rápidamente en el plano de la membrana, sus grupos de cabeza polares no pueden pasar fácilmente a través del centro hidrofóbico de la bicapa, lo que limita su difusión en este sentido. Las moléculas de fosfolípido que se sintetizan en la célula se incorporan en la cara citoplásmica de la membrana, donde luego las flipasas pueden transferirlos a la capa externa.

Flopasas. La segunda clase de transportadores de lípidos que dependen de ATP son las flopasas que están dirigidas hacia la cara externa. Estudios en células sanguíneas, revelan una vía de flujo exterior no específico para NBD- que es un lípido marcado con un giro. Se ha reconocido que algunos miembros de la superfamilia de los transportadores ABC son capaces de transportar lípidos. Los transportadores ABC son un grupo diverso de proteínas que en general son responsables de la exportación dependiente de ATP de los componentes amfipáticos. Algunos miembros de estos transportadores demuestran especificidad para sus substratos respectivos. Las actividades de las flopasa lipídicas mejor caracterizadas son aquellas catalizadas por ABCA1, ABCB1, ABCB4 Y ABCC1.

En conclusión el juego entre estos transportadores selectivos y no selectivos resulta en la mantención y en algunos de los casos la generación de una asimetría lipídica en la bicapa. Aunque la distribución del tejido y la expresión de alguno de estos transportadores esta restringido, la simetría lipídica en la membrana plasmática es mantenida por un flujo interno selectivo de aminofosfolípidos y quizá en algunas células un flujo externo de colina y esfingofosfolípidos.

B. Modelo del Mosaico Fluido de las Estructuras de las Membranas Celulares

(The Fluid Mosaic Model of the Structure of Cell Membranes. S. J. Singer and Garth L. Nicolson)
Singer examino modelos de la organización estructural de las membranas, en términos de la termodinámica de los sistemas de las macromoléculas. En su análisis se concluyo que las estructuras de mosaico de proteínas globulares y la bicapa fosfolipídica es el único modelo membranal entre las analizadas que fueron consistentes simultáneamente con las restricciones termodinamicas y con todos los experimentos disponibles. En particular el mosaico parece ser fluido y dinámico para muchos propósitos.

Estructura membranal y termodinámica. El modelo del mosaico fluido ha evolucionado por una serie de etapas, las consideraciones termodinamicas acerca de las membranas y los componentes membranales iniciaron y son centrales en el desarrollo.
Se investig9 dos tipos de interacciones no covalentes muy importantes:
1.- Hidrofóbicas
2.- Hidrolíticas

Las interacciones hidrofóbicas tienen un grupo de factores termodinámicos que son responsables del secuestro de grupos hidrofóbicos y no polares manteniéndolos lejos del agua. Hay otras interacciones no covalentes como uniones de hidrogeno y las interacciones electrostáticas las cuales también contribuyen para determinar la estructura macromolecular.
La estructura de la bicapa lipídica ilustra los efectos combinados de las interacciones hidrofóbicas e hidrofilitas. En esta estructura la parte no polar de la cadena de ácidos grasos de los fosfolípidos están secuestrados juntos lejos del contacto con el agua y por tanto maximizan las interacciones hidrofóbicas. Además, los grupos iónicos y zwitterion están en contacto directo con la fase acuosa en el exterior de la bicapa, por lo tanto maximizan las interacciones hidrofilitas.
En el caso de los fosfolípidos zwitterionicos como la fosfatidil colina, las interacciones dipolo-dipolo entre los pares de iones en la superficie de la bicapa también pueden contribuir a la estabilización de la estructura de la bicapa.
En aplicación de los principios termodinámicos para las membranas se reconoció primero los 3 principales componentes de las membranas las cuales son:
 Proteínas
 Lípidos
 Oligosacaridos

Entre las cuales las proteínas son las predominantes, una fracción substancial de estas proteínas probablemente tengan un papel importante en la determinación de la estructura memebranal y las propiedades estructurales de estas proteínas tienen por lo tanto un primer orden de importancia.

Propiedades de los componentes membranales
Se han encontrado dos categorías de proteínas que están unidas a la membrana celular a las cuales se les denominan proteínas periféricas y proteínas integrales.
Características de las proteínas periféricas:
 Para disociarse de la membrana, requiere solo de tratamientos suaves como el incremento en la fuerza iónica del medio.
 Se disocian y quedan libres de lípidos.
 En su estado disociado son relativamente solubles en buffer acuoso neutral.

Estos criterios sugieren que las proteínas periféricas están sujetas ala membrana solo por interacciones débiles no covalentes y no están fuertemente asociadas a la membrana lipídica.
Por otro lado, la mayor porción de proteínas de muchas membranas, tienen diferentes características que pueden ser asignadas a las proteínas integrales:
 Estas proteínas requieren de tratamientos muy drásticos con reactivos como detergentes, ácidos biliares o solventes orgánicos para disociarlas de las membranas.
 En muchas ocasiones están asociadas a lípidos cuando se aíslan.
 Si están completamente libres de lípidos, son usualmente insolubles en buffer acuoso neutral.

Propiedades de las proteínas integrales. Ahora se sabe que las proteínas integrales constituyen la mayor fracción de las proteínas membranales y se asume que las propiedades a ser discutidas se aplican a todas las proteínas integrales.
 Las proteínas han demostrado ser completamente heterogéneas con respecto a los pesos moleculares.
 Las proteínas de una variedad intacta de membrana, en promedio muestran cantidades apreciables de la conformación -hélice.
Esto sugiere que las proteínas integrales en las membranas intactas son altamente globulares en su forma.

Fosfolípidos de las membranas. Existe evidencia substancial de que la mayor porción de fosfolípidos están en forma de bicapa en las membranas intactas.
Dos cualificaciones pueden ser subrayadas concernientes a la forma de la bicapa:
 No hay evidencias que muestre la bicapa es continua o interrumpida.
 No hay experimentos suficientemente sensitivos y cuantitativos para probar que el 100% de los fosfolípidos están en forma de bicapa.
Pero no se excluye que una fracción significativa de los fosfolípidos (30% aproximadamente) en un estado diferente del resto de los lípidos.
Las interacciones proteína-lípido, tienen un papel directo en una variedad de funciones membranales. Muchas enzimas unidas a membranas y antígenos requieren de lípidos, frecuentemente fosfolípidos para la expresión de sus actividades.
Por otro lado no hay indicios significativos de que la asociación de las proteínas con los fosfolípidos de las membranas intactas afecte la fase de transición de los fosfolípidos por si mismos.
Se sugiere que los fosfolípidos y las proteínas de las membranas no interactúan fuertemente de hecho parecen ser ampliamente independientes.

Modelo del mosaico fluido.
Estructura de mosaico de las proteínas y lípidos de membranas. Las consideraciones termodinámicas y los resultados experimentales, llevan a la idea de una estructura de mosaico para las membranas en el cual las moléculas globulares de las proteínas integrales (quizás en instancias particulares unidas a polisacáridos para formar glicoproteínas o interacciones fuertes con lípidos específicos para formar lipoproteínas) alternan con las secciones de la bicapa fosfolipídica.
Las proteínas globulares se han postulado que son amfipáticos como los fosfolípidos lo que nos indica que son estructuralmente asimétricos con una terminación altamente polar y una terminación no polar.
La estructura anfipática adoptada por una proteína integral particular (lipoproteína) y por lo tanto la extensión en la cual esta embebida en la membrana, están bajo control termodinámico, esto es que están determinadas por la secuencia del amino ácido y la estructura covalente de la proteína, por medio de estas interacciones con su ambiente molecular la energía libre en el sistema esta en el mínimo.
Los fosfolípidos de la estructura del mosaico son predominantemente organizados como una bicapa interrumpida, con sus grupos de cabezas iónicas y polares en contacto con la fase acuosa. Una porción menor de los lípidos pueden ser más íntimamente asociados con las proteínas integrales.
La matriz del mosaico; ¿lípido o proteína? La hipótesis es que las membranas celulares funcionales tienen una estructura de mosaico con una matriz constituida de lípidos.

En resumen un modelo de mosaico fluido es presentado para la organización y estructura bruta de las proteínas y de los lípidos de las membranas biológicas. El modelo es consistente por las restricciones impuestas por la termodinámica. En este modelo las proteínas que son integrales en la membrana, son un conjunto de moléculas globulares heterogéneas organizado en una estructura anfipática. Estas moléculas globulares son particularmente embebidas en una matriz fosfolipídica. La masa de los fosfolípidos esta organizado como una bicapa fluida discontinua, aunque una pequeña fracción del lípido puede interactuar específicamente con las proteínas de la membrana.