Citoesqueleto

Citoesqueleto Conjunto de filamentos y proteínas accesorias

Proteínas Accesorias • Proteínas reguladoras: regulan los procesos de alargamiento (polimerización) y acortamiento (despolimerización) de los filamentos principales. • Proteínas ligadoras: conectan los filamentos entre sí y con distintas estructuras celulares. • Proteínas motoras: sirven para la motilidad, contracción y cambios de forma celulares. También trasladan macromoléculas y organelos de un punto a otro del citoplasma.

Microtúbulos • estructural:

Funciones

sirven como esqueleto interno o armazón de las células, permiten mantener la posición de los organelos y le dan forma a la célula

• motilidad intracelular: forman parte del mecanismo que transporta materiales y organelos de una parte a otra de la célula • movimiento: constituyen la parte principal de los cilios y flagelos

• división celular: realizan el reparto de cromosomas a las células hijas y participan en la división del citoplasma.

Microtúbulos son fibras de tamaño uniforme, huecos, que tienen alrededor de 24-25 nm de diámetro. la pared tiene 5 nm de espesor y esta formada por 13 columnas longitudinales llamadas protofibrillas. las protofibrillas están formadas en un 85 % por tubulina y 15% de proteínas microtubulares asociadas o MAPs.

Polimerización de la tubulina a partir de las tubulinas alfa y beta

Tubulina • es una proteína globular formada por dos subunidades diferentes llamadas alfa y beta. • en este heterodímero, subunidad tiene un aproximado de 55 kDa.

cada PM

• cada subunidad está unida a una molécula de GTP. • en alfa la unión es irreversible y el GTP no es hidrolizado a GDP + P.

Al hidrolizarse el GTP el dímero de tubulina pierde afinidad por las moléculas adyacentes, lo cual favorece la despolimerización y el acortamiento de los MT.

El rápido ensamblaje y desensamblaje de los MT permite la renovación de los MT durante la división celular.

Proteínas Microtubulares Asociadas o MAPs • Constituyen del 5%-15% contenido proteico de los MT

del

• La mayoría tienen la función de estabilizar a los MT entre sí

• Otras actúan como proteínas motoras, promoviendo el transporte a lo largo de los MT • Su actividad es regulada por fosforilación, lo cual permite controlar la estabilidad de los microtúbulos

Formación de Microtúbulos • El origen de los MT se produce a partir de centros organizadores de MT. • La formación de los MT requiere un tipo especial de tubulina llamada tubulina gamma. • Estas se disponen formando anillos de 10 a 13 moléculas de tubulina gamma. • A partir de este anillo de tubulina gamma se produce el ensamblaje de los microtúbulos. • El ensamblaje ocurre en dos etapas diferentes: nucleación y elongación.

Nucleación

Es una fase lenta, donde se forma una pequeña parte del microtúbulo. Ocurre a partir de estructuras especializadas que son los centros organizadores de MT.

Elongación o Alargamiento

Ocurre el agregado de tubulina al microtúbulo, que se produce en ambos extremos, pero uno crece más rápido que el otro. El que crece más lento se llama minus (-) y el mas veloz es el extremo plus (+). En las células los extremos minus se hallan siempre orientados hacia los centros organizadores.

Tipos de Microtúbulos 1. Citoplasmáticos: sirven como vía de transporte de macromoléculas y organelos, y además establecen la forma celular. 2. Mitóticos: integran las fibra del huso acromático que moviliza los cromosomas durante la mitosis y la meiosis. 3. Ciliares: constituyen el eje de los cilios y flagelos y son responsables de su movimiento. 4. Centriolares: Forman parte de las paredes de centríolos y cuerpos basales.

Centrosomas o Centros Organizadores de Microtúbulos (COM)

Centrosomas en Animales

Centríolos

Material Pericentriolar

Centríolos 0,2 µm

0,5 µm

9 tripletes

Centríolos • Cada triplete se denomina hoja centriolar. • Cada microtúbulo de la hoja centriolar es llamado A, B y C. • El microtúbulo A es completo (13 protofilamentos), pero el B y C tienen sólo 10 protofilamentos.

• Cada triplete de fibras se une al triplete vecino mediante conexiones proteicas que mantienen la integridad del centríolo.

Material Pericentriolar • es una zona densa y amorfa en donde nacen los extremos minus de los MT que se forman a partir del centrosoma. • los MT no hacen contacto con los centriolos, sino que se originan del material pericentriolar • el material pericentriolar sería el encargado de iniciar la formación de los MT.

Motores Microtubulares • las responsables del movimiento de los MT son dos familias de proteínas motoras: la dineína y la quinesina.

• la quinesina es una proteína de 380 kDa formada por 2 cadenas ligeras y dos cadenas pesadas, las cuales se enrollan en forma de hélice. • los dominios globulares o cabeza, se unen a los MT y al ATP, que suministra energía para el movimiento.

Motores Microtubulares

• la dineína es una proteína muy grande, de casi 2000 kDa formada por 2 o 3 cadenas pesadas, unida a un número variable de cadenas ligeras que oscilan entre 12 y 120 kDa. • las cadenas pesadas forman dominios globulares que se unen a los MT y al ATP, que suministra energía para el movimiento.

• las cadenas ligeras forman la base de la molécula y es capaz de unirse a organelos citoplasmáticos y vesículas.

Transporte de Vesículas • la dineína y la quinesina son responsables también del transporte de vesículas a través de los MT.

• la quinesina transporta vesículas hacia el extremo más, es decir, desde el centro hacia la periferia de la célula.

• transporta principalmente vesículas secretoras desde el golgi hacia la membrana plasmática • la dineína lleva vesículas hacia el extremo menos, es decir, desde la periferia hacia el interior de la célula. • transporta vesículas de membrana asociadas a la endocitosis y a la vía secretora de la célula.

Cilios y Flagelos

• son organelos móviles en forma de pelos que se proyectan desde las células eucariotas • tienen la misma estructura pero presentan algunas diferencias en el patrón de movimiento

Los cilios actúan como remos, se presentan siempre en gran cantidad y su movimiento es coordinado.

Los flagelos tienen movimiento ondulatorio, son más largos, se presentan en menor número que los cilios

Estructura 1. Axonema 2. Cuerpo basal

3. Raíces ciliares

Axonema • Constituye la parte externa de los cilios y flagelos. • Es la parte que sobresale de la superficie de la célula. • Está recubierto por la membrana plasmática y contiene un esqueleto interno de MT. • Es el elemento esencial para el movimiento.

Axonema • formado por 9 dobletes de MT dobles periféricos y un doblete central. • los MT tienen la misma dirección, con el extremo + en la punta y el extremo – hacia el cuerpo basal. • cada doblete periférico tiene un MT completo con 13 protofilamentos (fibra A) y uno incompleto con 10 u 11 protofilamentos (fibra B).

Axonema • el doblete central está incluido en una vaina central que se conecta a los MT A. • los dobletes periféricos se unen entre sí por una proteína llamada nexina • a lo largo de todo el axonema la fibra A tiene prolongaciones formadas por dineína. • esta proteína tiene 10 cadenas polipeptídicas que forman una cabeza globular capaz de unirse a la fibra B del doblete vecino en presencia de ATP.

Cuerpo Basal

• se ubica en la base de cilios y es el centro organizador de MT. • tiene la misma estructura que los centríolos y puede originarse de directamente de él.

Raíces Ciliares • son fibras que se originan del cuerpo basal e irradian hacia el centro de la célula. • cada raíz tiene una longitud de entre 3 y 7 nm de diámetro. • no se conoce bien la función, pero se cree que servirían de fijación para el cuerpo basal.

Movimiento Ciliar

• el mecanismo para el movimiento se encuentra en el axonema. • el movimiento se produce por deslizamiento de MT vecinos. • la proteína responsable del deslizamiento es la dineína.

Microfilamentos

• están dispersos por todo el citoplasma de las células. • debajo de la membrana forman una red que da soporte mecánico y determina la forma de la célula. • los MF están unidos a proteínas integrales de la membrana, lo cual le otorga mayor resistencia.

los MF están formados por actina, una proteína globular de 375 aa de largo y un peso molecular de 43 kDa, que es también la proteína celular más abundante

actina G actina F actina F

6-8 nm

la actina G se agrupa en cadenas dobles con forma de hélice. extremo -

extremo +

cada monómero de actina se encuentra girado 166º

El alargamiento y acortamiento de los MF es mediado por el ATP

el ATP no es imprescindible pero los monómeros con ATP polimerizan más rápido que los que tienen ADP. la polimerización es reversible, los filamentos se pueden despolimerizar con relativa facilidad

el desensamblaje de los MF es regulado por la Cofilina

• aumenta la velocidad de disociación de los monómeros en el extremo menos o de crecimiento lento, pero además puede cortar los MF generando más extremos libres. • se une preferentemente a los monómeros unidos a ADP y permanece unido a ellos evitando que se vuelvan a reasociar.

el ensamblaje de los MF es regulado por la Profilina

• revierte el efecto de la cofilina y favorece el agregado de actina al filamento. • activa el intercambio del ADP fijado a la actina por ATP, con lo cual se generan monómeros de actina unidos a ATP, que se disocian de la cofilina y se unen a los MF.

Organización de los Filamentos de Actina

en los haces, los filamentos se disponen en forma paralela y se unen entre sí por puentes cruzados.

en las redes, los filamentos se disponen en mallas que se unen entre sí por puentes cruzados.

Microvellosidades • el centro de cada microvellosidad tiene un manojo de 20-30 MF dispuestos en forma paralela. • la unión entre los filamentos de actina se produce a través de una proteína llamada villina (95 kDa).

• tienen la función principal de brindar rigidez a las prolongaciones.

Uniones Celulares

• los filamentos de actina participan en las uniones celulares adherentes, en las cuales las células se unen por moléculas de cadherinas. • en las células epiteliales las uniones adherentes forman una estructura continua alrededor de la célula, que es llamado cinturón de adhesión. • la unión de los MF a las cadherinas se produce por medio de proteínas citoplasmáticas llamadas cateninas.

Contracción Muscular • las células musculares tienen el citoplasma formado por miofibrillas, que son haces de filamentos gruesos de miosina y filamentos delgados de actina. • cada miofibrilla se organiza en unidades contráctiles llamadas sarcómeros, que son responsables de la apariencia estriada de las células. • los sarcómeros miden 2,3 µm de largo y presentan varias regiones diferenciadas: • los extremos de cada sarcómero se denominan disco Z • la región más oscura se llama banda A y está formada por filamentos de actina y miosina

• la región más clara de denomina banda I y está constituida solamente por filamentos de actina • la zona media de la banda A presenta una región más clara llamada zona H. • los filamentos de miosina se unen entre si en la mitad de la zona H que llamada línea M.

Contracción Muscular

• la contracción muscular se produce por acortamiento del sarcómero, acercando los discos Z entre si. • el ancho de la banda A no se modifica, pero la zona H y la banda I desaparecen casi por completo.

• el acortamiento se produce por deslizamiento de los filamentos de actina y miosina unos sobre otros, pero la proteína motora responsable del acortamiento es la miosina.

Contracción Muscular • la miosina es una proteína muy grande, de casi 500 kDa, formada por 2 cadenas pesadas (200 kDa) y dos cadenas livianas (20 kDa). • cada cadena pesada tiene un extremo globular y una cola en hélice α que se enrolla con la otra cadena pesada.

• la cabeza globular se une a la actina y se desliza sobre ésta hacia los extremos más. • ello produce el deslizamiento de los filamentos y el acortamiento del músculo.

Filamentos Intermedios

• son polímeros estables, insolubles y resistentes a la temperatura. • no tienen polaridad y no requieren energía para polimerizarse. • se extienden por todo el citoplasma y se anclan a la membrana plasmática dando resistencia mecánica. • abundantes en el citoplasma de células sometidas a tensiones mecánicas. • están formados por proteínas fibrosas que se agrupan para formar dímeros alargados, que en algunos casos se reúnen en tetrámeros.

Proteína de un Filamento Intermedio dominios globulares (variable)

310 aminoácidos (hélice alfa abierta) el dominio central tiene un rol importante en el ensamblaje de los filamentos los extremos globulares determinan las funciones específicas de las distintas proteínas de los FI.

Ensamblaje de los FI

Organización Intracelular Forman una red alrededor del núcleo que se extiende hasta la membrana plasmática, por lo cual fijan y anclan al núcleo dentro del citoplasma.

Organización Intracelular • En células epiteliales participan en dos tipos de uniones celulares: desmosomas y hemi-desmosomas.

• Los desmosomas permiten la unión entre células epiteliales por medio de la cadherina. • Los filamentos de queratina se unen a una placa densa por medio de otra proteína llamada desmoplaquina.

Organización Intracelular

• Los hemi-desmosomas permiten la unión entre la célula y la matriz extracelular por medio de las integrinas. • Los filamentos de queratina se unen a una placa densa por medio de otra proteína llamada plectina.