Descripción de la familia de transportadores ABC que ayudan al transporte de sustancias a través de la membrana plasmática, principalmente en bacterias

1. TRANSPORTADORES ABC

2. 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.

3. Introducción
Transporte a
través de la
Membrana
Activo Pasivo
Utilizan energía generada
por el metabolismo Celular.
Difusión
Simple
Difusión Facilitada
Pequeñas moléculas
sin carga atraviesan la
membrana
Necesita la presencia
de proteínas en la
membrana
ATP
Transporte
Activo
Secundario
Bomba
Electrogénica

4. 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.

5. 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.

6. Función:
• Regulan el intercambio de:
1) Carbohidratos
2) Lípidos
3) Aminoácidos
4) 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.

7. 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).

8. 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).

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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).