Las membranas biológicas rodean y compartimentan a la célula. Forman la interfaz entre la célula y su medio ambiente, y tienen un papel preponderante en la homeostasis celular y en la transducción de energía metabólica. Las membranas biológicas han resultado ser más complejas de lo que se pensó originalmente, cuando Singer y Nicolson propusieron el modelo del mosaico fluido en 1972. Las membranas son una mezcla compleja de muchos tipos diversos de lípidos y proteínas, y su composición difiere entre dominios funcionalmente distintos. Sin embargo, hay fluidez entre los compartimentos membranales, y hay vesículas que pueden desprenderse o fusionarse con otras. Se estima que del 20 al 30% de los marcos de lectura abiertos del genoma humano codifican para proteínas de membrana y que el 50% de todos los fármacos utilizados hoy en día tienen como blanco alguna proteína de membrana. Sin embargo, la comprensión de las proteínas membranales a nivel molecular se encuentra aún retrasado con respecto al de las proteínas solubles, debido a las dificultades para obtener información estructural de alta resolución. El número de nuevas proteínas membranales cristalizadas o analizadas por otros métodos como NMR, crio-microscopía, o predicciones in silico, está revolucionando nuestro conocimiento de los principios que gobiernan el plegamiento de las proteínas de membrana. Abordaremos durante el curso los aspectos más novedosos sobre las membranas de las células, revisando la literatura del campo, tanto la de interés histórico por sus contribuciones pioneras como la de la frontera actual del conocimiento y revisaremos los enfoques más recientes de modelado de proteínas a partir de secuencias. El curso se enfoca primordialmente al análisis de las proteínas de membrana desde el punto de vista estructural.

30 de enero (Dr. Héctor Miranda)
01 INTRODUCCIÓN
La ultraestructura de las membranas celulares, Función de las membranas celulares, El agua y el efecto hidrofóbico.
MODELOS DE MEMBRANA
¿Qué es un modelo? Desarrollo histórico de los modelos de membrana, desde las monocapas de Langmuir, pasando por el modelo del mosaico fluido y las modificaciones actuales que se la han hecho a dicho modelo.

6 de febrero (Dra. Marina Gavilanes)
02 LOS LÍPIDOS DE LAS MEMBRANAS
Glicerolípidos. Esfingolípidos. Esteroles. Terpenos.
PROPIEDADES MEMBRANALES CONFERIDAS POR SUS LÍPIDOS
Asimetría, estabilidad, composición, grosor, carga de superficie, plasticidad, permeabilidad, curvatura, mesomorfismo liotrópico.

13 febrero (Dra. Mónica Rodríguez)
03 GENERALIDADES DE LAS PROTEINAS
Estructura y características de los aminoácidos. Niveles de estructuración de las proteínas y uniones químicas que las determinan: Estructuras primaria, secundaria, terciaria, cuaternaria. Características, representaciones gráficas.

20 de febrero (Dra. Marina Gavilanes)
04 HETEROGENEIDAD LATERAL EN LAS MEMBRANAS
Formación de nano y microdominios membranales. Modelos de no-difusión libre de componentes membranales. Sistemas modelo. Técnicas de estudio.

5 de marzo (Dr. Héctor Miranda)
05 DETERGENTES
Tipos de detergentes, Solubilización de las membranas, Remoción de lípidos
MEMBRANAS MODELO
Membranas modelo, Modelos de sistemas membranales: monocapas, bicapas planas, bicapas apoyadas, liposomas, micelas mixtas y bicelas, ampollas y nanodiscos.
AVANCES DE PROYECTOS

12 de marzo (Dr. Héctor Miranda)
06 TECNICAS PARA EL ESTUDIO DE MEMBRANAS: FRET, BRET, ETC.
Técnicas espectroscópicas y de microscopía

19 de marzo (Dr. Héctor Miranda)
07 TECNICAS PARA EL ESTUDIO DE MEMBRANAS: FRET, BRET, ETC. (CONTINUACIÓN)
Cristalografía de las proteínas de membrana y resonancia magnética nuclear.
AVANCES DE PROYECTOS

2 de abril (Dra. Mónica Rodríguez)
08 PROTEÍNAS DE MEMBRANA
Clasificación de las proteínas de membrana, Proteínas anfitrópicas, Proteínas y péptidos que se insertan en las membranas

9 de abril (Dr. Diego González)
09 HACES DE ALFA-HÉLICES
Ejemplos de estructuras tridimensionales de proteínas de membrana
Haces de alfa hélices: bacteriorrodopsina y centros de reacción fotosintéticos.
Proteínas intrínsecas de membranas

16 de abril (Dr. Diego González)
10 BARRILES BETA
Barriles beta: porinas y porinas específicas.

23 de abril (Dr. Héctor Miranda)
11 INTRODUCCION AL TRANSPORTE
Impermeabilidad de la bicapa lipídica. Acarreadores, canales y bombas (estructura transmembranal. cinética, mecanismo). Energética del transporte: pasivo, facilitado, activo. Primario. Secundario. Transporte acoplado: uniporte, simporte, cotransporte, antiporte.
AVANCES DE PROYECTOS

30 de abril (Dr. Héctor Miranda)
12 FESTIVAL DEL TRANSPORTE

7 de mayo (Dr. Héctor Miranda)
13 PREDICCIÓN DE ESTRUCTURAS DE PROTEÍNAS CON ALPHAFOLD2
AVANCES DE PROYECTOS

14 de mayo (Dra. Ariann Mendoza)
14 BIOGÉNESIS DE PROTEÍNAS DE MEMBRANA
Biosíntesis de proteínas membranales y su ensamblaje en la membrana

21 de mayo (Dra. Ariann Mendoza)
15 BIOGÉNESIS DE PROTEÍNAS DE MEMBRANA (CONTINUACIÓN)
Biosíntesis de proteínas membranales y su ensamblaje en la membrana

24 de mayo (VIERNES)
FIN DE SEMESTRE Y ENTREGA DE PROYECTOS FINALES.

ARTÍCULOS HISTÓRICOS
-Gorter E, Grendel F (1925) On bimolecular layers of lipoids on the chromocytes of the blood. J. Exp. Med. 41: 439-443
-Frye L.D. and Edidin M. (1970) The rapid intermixing of cell surface antigens after formation of mouse-human heterokaryons. J Cell Sci. 7: 319-335.
-Singer SJ, Nicolson GL. (1972) The fluid mosaic model of the structure of cell membranes. Science 175: 720-731.
-Kyte J, Doolittle RF (1982) A Simple Method for Displaying the Hydropathic Character of a Protein J. Mol. Biol. 157: 105-132.
-Eisenberg D, Weiss, RM, Terwilliger, TC (1982) The helical hydrophobic moment: a measure of the amphiphilicity of a helix. Nature 299: 371-374.
-Von Heijne G (1992) Membrane Protein Structure Prediction. Hydrophobicity Analysis and the Positive-inside Rule. J. Mol. Biol. 225: 487-494.
-Fadel A. Samatey, Chuanbo Xut, and Jean-Luc Popot (1995) On the distribution of amino acid residues in transmembrane a-helix bundles. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92:
4577-4581.
EJEMPLOS DE ARTÍCULOS MÁS RECIENTES
-Poveda J.A., Marcela Giudici A., Lourdes Renart M., Morales A., González-Ros J.M. (2017) Towards understanding the molecular basis of ion channel modulation by
lipids: Mechanistic models and current paradigms. Biochim Biophys Acta.1859 (9 Pt B):1507-1516.
Sezgin E., Levental I., Mayor S., Eggeling C. (2017) The mystery of membrane organization: composition, regulation and roles of lipid rafts. Nat Rev Mol Cell
Biol.18(6):361-374.
-Youngjin Kim, Jue Chen (2018) Molecular structure of human P-glycoprotein in the ATP-bound, outward-facing conformation Science 359 (6378) 915-919.
-Jiho Yoo, Mengyu Wu, Ying Yin, Mark A. Herzik Jr., Gabriel C. Lander, Seok-Yong Lee (2018) Cryo-EM structure of a mitochondrial calcium uniporter Science 361 (6401)
506-511
-Ying Yin1, Mengyu Wu, Lejla Zubcevic, William F. Borschel, Gabriel C. Lander, Seok-Yong Lee (2018). Structure of the cold- and menthol-sensing ion channel TRPM8
Science 359 (6372) 237-241
-Samuel Itskanov, Eunyong Park (2019). Structure of the posttranslational Sec protein-translocation channel complex from yeast. Science 363 (6422) 84-87
-Levental I, Levental KR, Heberle FA (2020) Lipid Rafts: Controversies Resolved, Mysteries Remain.Trends Cell Biol. 30 (5) 341-353.
-Nwamba OC (2020) Membranes as the third genetic code. Mol Biol Rep. Apr 11. doi: 10.1007/s11033-020-05437-z.
-Bozelli JC Jr, Epand RM. (2020) Membrane Shape and the Regulation of Biological Processes. J Mol Biol. Apr 2. pii: S0022-2836 (20) 30263-1.
-Day KJ, Stachowiak JC. (2020) Biophysical forces in membrane bending and traffic. Curr Opin Cell Biol. 65:72-77.
-Bendre AD et al. (2021) Recent Insights into the Structure and Function of Mycobacterial Membrane Proteins Facilitated by Cryo-EM. J Membr Biol. 5:1–21.
-Bolla JR, Fiorentino F, Robinson CV (2021) Mass spectrometry informs the structure and dynamics of membrane proteins involved in lipid and drug transport. Curr Opin
Struct Biol. 70:53-60.
-Vasilev F, Ezhova Y, Chun JT. Signaling Enzymes and Ion Channels Being Modulated by the Actin Cytoskeleton at the Plasma Membrane. Int J Mol Sci. 2021 Sep
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-Johansen NT, Tidemand FG, Pedersen MC, Arleth L. Travel light: Essential packing for membrane proteins with an active lifestyle. Biochimie. 2022 Aug 10:S0300-
9084(22)00190-0.
Levental I, Lyman E. Regulation of membrane protein structure and function by their lipid nano-environment. Nat Rev Mol Cell Biol. 2023 Feb;24(2):107-122.

Como el cupo es limitado, los estudiantes interesados deberán preinscribirse personalmente con el Dr. Héctor Vicente Miranda Astudillo, a la dirección de correo electrónico: hmiranda@iibiomedicas.unam.mx, indicando nombre completo, a que posgrado pertenece, entidad académica, nombre de su tutor(a) y correo electrónico en el cual se les pueda localizar. Después de recibir la aceptación por el responsable del curso en un correo electrónico, el estudiante podrá inscribirse oficialmente en su entidad académica. El cupo está limitado a 20 estudiantes y se ofrece tanto en el Programa de Doctorado en Ciencias Biomédicas como en el de Maestría y Doctorado en Ciencias Bioquímicas. No se aceptarán alumnos que no hayan realizado la preinscripción y que no aparezcan en la lista del profesor responsable.
La aceptación de estudiantes se lleva a cabo siguiendo estrictamente el mismo orden con el cual se recibió su solicitud, hasta completar el cupo máximo. Sólo si existieran espacios disponibles se aceptarán estudiantes de licenciatura. No se reciben oyentes. El curso no da la opción de ser transmitido por videoconferencia, debido a que se realizan varios ejercicios y presentaciones en clase.