Cómo lípidos son flippedETH Zúrich

Las membranas biológicas tienen un papel fundamental en la separación del interior de las células desde el espacio extracelular y para ayudar a determinar forma y tamaño celular. Se componen de una capa doble ( "bicapa") de los lípidos que contienen un grupo de cabeza hidrófilo y generalmente dos largas colas hidrófobas. Mientras que los grupos de cabeza se enfrentan hacia el exterior, la cola hidrofóbica se enfrentan entre sí. Muchos otros componentes están incorporados en las membranas, incluyendo las proteínas formadoras de poros y proteínas de transporte.

Innumerables procesos vitales se producen en las membranas, incluyendo el transporte de diversas sustancias. El transporte de fosfolípidos y lípidos oligosacáridos ligadas (LLO) es particularmente difícil de lograr debido a la naturaleza bipolar de la bicapa de lípido - interior hidrofóbico, superficie hidrófila. Esto es por qué se requieren flipasas para el transporte de lípidos a partir de un lado de la membrana al otro, volteando esencialmente su orientación. Flipasas tienen un papel importante en el mantenimiento de la asimetría de las membranas celulares, es decir, en la diferente composición de los lípidos de los lados exterior e interior. En los mamíferos, esto afecta a diversos procesos tales como la coagulación de la sangre, el reconocimiento inmune y la muerte celular programada, o apoptosis. Flipasas también son esenciales para el transporte de oligosacáridos de lípidos ligada ( "LLOS"), que son transferidos a las proteínas aceptoras durante la glicosilación ligada a N de proteínas.

estructura flipasa reveló por primera vez

Hasta ahora los biólogos no conocían ni las estructuras de alta resolución de flipasas ni el mecanismo exacto usado para voltear LLOs. Tres equipos de investigación de ETH Zurich y la Universidad de Berna, dirigido por el profesor ETH Kaspar Locher, han determinado ahora la estructura de uno de estos flipasa, la proteína PglK de la bacteria Campylobacter jejuni. El estudio ha sido publicado en el journalNature.

Esto requiere que los investigadores para purificar el flipasa de las membranas bacterianas y generar cristales tridimensionales, que luego fueron analizados utilizando cristalografía de rayos X para determinar las posiciones de todos los átomos. Los científicos determinaron tres estructuras distintas que corresponden a diferentes estados de la flipasa durante la reacción. Sus datos permitieron a los investigadores deducen un mecanismo molecular de cómo PglK voltea LLOs.

Los investigadores muestran que PglK consta de dos subunidades idénticas que se mueven como un par de tijeras cuando se consume energía (ATP). De manera similar a un lector de tarjetas de crédito, el resto de oligosacárido del oligosacárido lípido ligado se tira a continuación, en un canal hidrofílico dentro de la flipasa. La cola hidrófoba, lipídica de la molécula de LLO permanece expuesta a la membrana lipídica, haciendo que el LLO para cambiar su orientación de manera que la parte de azúcar termina en el exterior de la membrana. El flipasa en sí no cambia su orientación durante la reacción de translocación y por lo tanto actúa como un catalizador.

Fundamentalmente diferente mecanismo

El mecanismo recién descubierto difiere fundamentalmente de los procesos de transporte previamente conocidos que catalizan importación o exportación de sustratos solubles. "El volteo de los lípidos en las membranas siempre ha fascinado a los bioquímicos y biólogos celulares; la solución biológica a este problema nos emociona!", Dice el co-autor Markus Aebi, profesor de Microbiología en la ETH Zurich.

Los grupos de investigación de ETH Zurich y la Universidad de Berna son los primeros en haber resuelto el rompecabezas biológico fundamental de cómo se da la vuelta LLOs. Ellos desarrollaron un nuevo método para el estudio de la reacción in vitro. ETH Profesor Aebi insiste en que sólo a través de la cooperación de los biólogos estructurales, químicos y microbiólogos fue posible descifrar este mecanismo básico. "Cada grupo trajo su propia experiencia de sus respectivos campos. Esta era la única forma de poder tener éxito ".

Las aplicaciones terapéuticas?

Aunque el presente trabajo constituye la investigación básica, existen enfermedades asociadas con mutaciones en un flipasa humana, explica Aebi. Estas enfermedades se denominan "trastornos congénitos de la glicosilación. Más de 10.000 sitios de glicosilación en diversas proteínas se han identificado en humanos ", por lo que los cambios en la glicosilación en la que flipasa juega un papel crucial afecta a tantos procesos en el cuerpo", dice el profesor de la ETH. Ejemplos de esto incluyen el desarrollo y la maduración del sistema nervioso central.

Si el conocimiento recién adquirido de la PglK flipasa bacteriana conduce a nuevos enfoques terapéuticos es claro en la actualidad. Sin embargo, ya flipasas formar una parte esencial de los sistemas biotecnológicos que se utilizan para generar glicoproteínas desigend para diversos usos en el diagnóstico y agentes terapéuticos potenciales.