TRANSPORTADORES ABC

Introducción

• La membrana plasmática actúa como una barrera semipermeable y como filtro selectivo permitiendo el ingreso y egreso de moléculas esenciales para las funciones celulares.

• Las células transportan una variedad de materiales hacia, desde y dentro de sí mismas; por necesidad, existen diferentes métodos que se usan para lograr esto.

• En general, el transporte celular se divide en dos tipos: pasivo y activo. El transporte pasivo significa simplemente que no se usa nada de la energía de la célula; el transporte activo, en contraste, requiere el uso de la energía celular.

IntroducciónTransporte a través de la Membrana

Activo Pasivo

Utilizan energía generada por el metabolismo Celular.

DifusiónSimple

Difusión Facilitada

Pequeñas moléculas sin carga atraviesan la

membrana

Necesita la presencia de proteínas en la

membrana

ATP

Transporte Activo

Secundario

Bomba Electrogénica

Transportadores ABC:

• Los transportadores ABC ("cassette de unión a ATP“, las iniciales de ATP-binding cassette generan la sigla "ABC") son proteínas en su mayoría especializadas en el transporte activo de sustancias a través de la membrana celular, aunque hay algunos miembros de esta familia que ejercen otras funciones.

• Constituyen una superfamilia de proteínas que actúan como transportadores activos primarios o “bombas exportadoras”.

• Los transportadores ABC se caracterizan por poseer dos dominios funcionales característicos.

Transportadores ABC:

• Los Transportadores ABC son proteínas transmembrana que utilizan la energía de hidrólisis de la Adenosin Trifosfato (ATP) para llevar a cabo ciertos procesos biológicos incluyendo la translocación de varios substratos a través de membranas y procesos no relacionados con el transporte, tales como la traducción de ARN y la reparación del ADN.

• Juegan un papel esencial en la protección de los organismos frente a metabolitos tóxicos.

• Su ubicación comprende las membranas de diversos organelos: membrana plasmática, membranas de las vacuolas, peroxisomas, mitocondrias y RE.

Función:

• Regulan el intercambio de:1) Carbohidratos2) Lípidos3) Aminoácidos4) Iones metálicos 5) Péptido y proteínas• Desempeñan un papel importante en la presentación del antígeno de

macrófagos y linfocitos: Transportan péptidos que originan la fragmentación del antígeno en el citosol al RE.

• El gen de multirresistencia a los fármacos, codifica también para un transportador ABC.

Clasificación:

• Hay 48 conocidos transportadores ABC presentes en los seres humanos.

• Los transportadores ABC se dividen en siete grupos (Tabla 1) según la homología de su secuencia:

• ABCA (12 miembros) • ABCB (11 miembros)• ABCC (13 miembros)• ABCD (cuatro miembros)• ABCE (un miembro)• ABCF (tres miembros)• ABCG (cinco miembros).

Estructura:• Su estructura básica está definida por la combinación de un lugar de unión al

ATP.• Elementos: • Porinas (Son proteínas con estructura barril β formadas por láminas β.

Pertenecen a las proteínas integrales de membrana) u otras proteínas de membrana externa para lograr la difusión del sustrato desde el medio hasta el espacio periplásmico.

• Proteína(s) solubles de espacio periplásmico que se unen al sustrato con gran afinidad.

• Un heterodímero formado por dos proteínas integrales de membrana (cada una de ellas posee 5 o 6 trechos en a-hélice que atraviesan la membrana citoplásmica), que son la permeasa propiamente dicha del sistema (el canal por donde pasa el sustrato).

Estructura:• Elementos: • Dos proteínas periféricas de membrana citoplásmica, adosadas al lado

citoplásmico, que incluyen el módulo conservado ABC que acopla la hidrólisis de ATP con el transporte unidireccional del sustrato a través de la membrana.

• Se caracterizan por poseer dos dominios funcionales característicos:• El primero es el dominio transmembrana (TMD), que es el que ancla la

proteína a la membrana celular y que está normalmente compuesto por hélices alfa que atraviesan la membrana.

Estructura:

• El otro dominio funcional es el dominio de unión a nucleótido, o NBD, al cual se une el ATP aportando la energía necesaria para el cambio conformacional que, en última instancia, provoca el transporte. Todos los transportadores ABC tienen como mínimo dos dominios transmembrana y dos NBDs. En todas las secuencias de transportadores ABC estudiadas, los NBDs están altamente conservados entre especies. (Fig. 1)

Fig. 1: La figura muestra la estructura molecular de la glicoproteína P, un transportador ABC eucariota.

Mecanismo de Transporte:• 1. El sustrato exógeno normalmente entra al

periplasma a través de algún canal inespecífico o Porina de membrana externa.

• 2. La proteína periplásmica específica, antes de su unión al sustrato tiene una determinada configuración (denominada “abierta”), con dos grandes lóbulos globulares unidos formando un ángulo (la forma recuerda una almeja a medio abrir). Cuando el sustrato pasa al periplasma, la correspondiente proteína de unión periplásmica se une a él con gran afinidad (0.1-1 mM), y al unirse cambia de conformación. En esta configuración, llamada “cerrada”, el sustrato se encuentra “enterrado” entre los dos lóbulos de la proteína (“almeja cerrada”). (Fig. 2)

Fig. 2: Mecanismo de Transporte ABC.

Mecanismo de Transporte:

• 3. Mientras tanto, el dímero de proteínas integrales de membrana (antes de la unión con la proteína periplásmica) se encuentra en un estado energizado pero incapaz de transportar sustrato. En esta situación, puede unirse (por la parte que da al periplasma) al complejo formado por la proteína periplásmica (en configuración “cerrada”) ligada al sustrato. Al hacer esto, el heterodímero de membrana cambia de conformación, de modo que ahora muestra mayor afinidad hacia la proteína periplásmica y se abre su canal para dejar entrar el sustrato.

Fig. 2: Mecanismo de Transporte ABC.

Mecanismo de Transporte:

• 4. Entonces, el complejo de membrana alcanza su estado de mínima energía, y con ello descarga el sustrato en el citoplasma y se logra la separación de la proteína periplásmica (que vuelve a su configuración “abierta”).

• 5. Finalmente, la hidrólisis de ATP catalizada por las proteínas periféricas ABC (adosadas a la membrana y asociadas a las proteínas integrales) suministra la energía para que el heterodímero de membrana vuelva a su estado energizado inicial, preparado así para otro ciclo de transporte.

Fig. 2: Mecanismo de Transporte ABC.

Mecanismo de Transporte:• Ejemplo:• La superfamilia ABC incluye permeasas bacterianas para aminoácidos y

azúcares y alrededor de 50 proteínas de mamíferos (p. ej., MDRl) que transportan una amplia variedad de sustratos que incluyen toxinas, fármacos, fosfolípidos, péptidos y proteínas.

• La proteína transportadora de resistencia a múltiples fármacos (multidrug-resistance, MDR) conocida como MDR1. Esta proteína utiliza la energía derivada de la hidrólisis de ATP para transportar diversos fármacos desde el citosol hacia el medio extracelular. El gen Mdrl está amplificado en las células frecuentemente resistentes a los múltiples fármacos, lo que da como resultado un exceso de producción de la proteína MDRl.

Mecanismo de Transporte:

• 1.- La porción hidrófoba (negro) de una molécula de sustrato se mueve espontáneamente desde el citosol hacia el interior de la hojuela de la bicapa fosfolipídica que mira al citosol, mientras que el extremo cargado (rojo) permanece en el citosol.

• 2.- El sustrato se difunde lateralmente hasta encontrar y fijarse a un sitio sobre la proteína MDR1 dentro de la bicapa.

• 3.- La proteína luego traspasa la molécula cargada del sustrato hacia el interior de la hojuela exoplasmática, una reacción energéticamente desfavorable impulsada por la hidrólisis acoplada de ATP por el dominio citosólico.

• 4 y 5.- Una vez en la cara exoplasmática, el sustrato nuevamente puede difundirse lateralmente en la membrana y por último se mueve hacia la fase acuosa en el exterior de la célula. (Fig. 3)

Fig. 3: Modelo de flipasa del transporte mediante MDR1 y proteínas ABC Similares.

Importancia:• Los trasportadores ABC tienen una gran importancia en medicina. • En primer lugar, existen mutaciones congénitas en algunos de estos transportadores

que provocan enfermedades genéticas importantes, como la fibrosis quística o la adrenoleucodistrofia, inmunodeficiencias y trastornos metabólicos.

• Además, algunos transportadores ABC humanos son responsables de diferentes multirresistencias a fármacos, ya que al ser capaces de transportar un gran número de sustancias diferentes, pueden transportar también el fármaco fuera de la célula, haciendo que su función se vea reducida o eliminada.

• Por ejemplo, la glicoproteína P, que normalmente actúa elimininando compuestos tóxicos de la célula, es capaz de bombear fármacos supresores de tumores fuera de la célula. En este sentido, se investiga en la búsqueda de fármacos capaces de inhibir la función de estos transportadores.

Referencias:• 1. Müller, W. “Bioquímica: Fundamentos para medicina y ciencias de la vida”.

Editorial Reverté. Barcelona, España. 2008. pp: 368-369• 2. Karp, G. “Biología Celular y Molecular”; 5ª. ed.; Mc Graw Hill: México,

2009. • 3. Lodish, H. Biología Celular y Molecular, 5ª. ed; Panamericana: Argentina,

2005; pp 258-260.• 4. Transportadores de Tipo ABC. http://www.uv.es/prietojm/Old

%20Blacpma/old%20blacpma/BLACPMA0706296.pdf (Consultado Agosto de 2014).

• 5. Transportadores ABC. http://medmol.es/glosario/transportador-abc/ (Consultado Agosto de 2014)• 6. Transporte Activo: ABC.

http://www.ugr.es/~eianez/Microbiologia/06membrana.htm#_Toc54617742 (Consultado Agosto de 2014).