1. Citoplasma y Citoesqueleto
Una Célula es como una Ciudad • • • • • • • • • • •
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Citoplasma Proteínas Mitocondrias Fibras de actina, microtúbulos Cinesina, dineína, miosina Ribosomas Genoma Lisosomas Chaperonas Aparato de Golgi Transcripción de señales
Citoplasma en los procariotes • Puesto que las bacterias carecen de compartimentos intracelulares el citoplasma se refiere a todo lo que esta comprendido dentro de los límites de la membrana celular. • El citoplasma bacteriano esta compuesto por ~ 80% agua. • La parte líquida del citoplasma se llama citosol. • Dentro del citoplasma se encuentra el ARN de los ribosomas y el ADN del nucleoide y los plásmidos. • Se encuentran además numerosas enzimas, amino ácidos, carbohidratos, lipidos, sales inorgánicas, y muchos otros compuestos de peso molecular bajo. • Algunos grupos de bacterias poseen inclusiones citoplásmicas que son necesarias para llevar a cabo muchas funciones especializadas.
Citoplasma y Citosol
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Llamamos citoplasma a todo el volumen de la c Llamamos citoplasma a todo el volumen de la c é é lula comprendido entre la membrana citopl membrana citopl á á smica y la cubierta nuclear. Engloba numerosos organelos y otras estructuras especializadas. En las bacterias, puesto qu y otras estructuras especializadas. En las bacterias, puesto qu e carecen de n carecen de n ú ú cleo verdadero y de otros organelos limitados por membranas, el citoplasma es el ú ú nico compartimiento intracelular Llamamos Citosol a la soluci a la soluci ó ó n acuosa concentrada que constituye la base no estructurada del citoplasma. Es un gel de base acuosa que contiene gran cantidad de mol gran cantidad de mol é é culas grandes y peque culas grandes y peque ñ ñ as y en el cual se hallan suspendidos los organelos en los organismos eucariotes eucariotes . En el citosol se producen muchas de las funciones m se producen muchas de las funciones m á á s importantes de mantenimiento celular, como las primeras etapas de descomposici mantenimiento celular, como las primeras etapas de descomposici ó ó n de mol mol é é culas nutritivas y la s culas nutritivas y la s íí ntesis de muchas de las grandes mol ntesis de muchas de las grandes mol é é culas que constituyen la c constituyen la c é é lula. En general, a pesar de su naturaleza acuosa, el citosol es una estructura ordenada con una cuidadosa organizaci ordenada con una cuidadosa organizaci ó ó n interna que act n interna que act ú ú a como marco para dar eficiencia a la s para dar eficiencia a la s íí ntesis y destrucci ntesis y destrucci ó ó n de grandes mol n de grandes mol é é culas y canaliza muchas de las reacciones qu canaliza muchas de las reacciones qu íí micas celulares a lo largo de v micas celulares a lo largo de v íí as restringidas. restringidas.
Matriz Citoplasm Matriz Citoplasm á á tica o Citosol l l
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Aunque el agua es su componente b Aunque el agua es su componente b á á sico, el citosol es una masa coloidal qu coloidal qu íí micamente muy compleja: contiene prote micamente muy compleja: contiene prote íí nas, l nas, l íí pidos, á á cidos nucleicos, hidratos de carbono, sales minerales y otras sustancias metab metab ó ó licamente importantes. La parte perif La parte perif é é rica del citosol citosol , vecina a la membrana plasm , vecina a la membrana plasm á á tica, es apreciablemente menos densa y ha sido llamada exoplasma exoplasma . Por el contrario, la parte central, vecina al n contrario, la parte central, vecina al n ú ú cleo celular, m cleo celular, m á á s densa, recibe el nombre de endoplasma. En algunas regiones puede presentar aspecto homog En algunas regiones puede presentar aspecto homog é é neo, pero normalmente es granuloso y en é é l se encuentran inmersos todos los organelos del citoplasma. En el citosol se lleva a cabo una gran cantidad del procesamiento metab metab ó ó lico de la c lico de la c é é lula: se sintetizan compuestos primarios importantes (amino importantes (amino á á cidos, sacarosa, l cidos, sacarosa, l íí pidos) y compuestos secundarios como alcaloides. Incluye todos los elementos necesarios para la s Incluye todos los elementos necesarios para la s íí ntesis de prote ntesis de prote íí nas (ribosomas, RNA mensajero, RNA soluble y las enzimas vinculadas con este proceso). con este proceso).
CITOESQUELETO • Técnicas modernas como la microscopia de fluorescencia, el microscopio confocal y los microscopios electrónicos de alto voltaje, han permitido ver la complejidad del citoplasma de la célula eucariótica. • La sustancia base o matriz protoplásmica está atravesada por un citoesqueleto fibr oso, flexible pero firme, involucrado en la orientación espacial y en la coordinación topológica de la mayoría de los procesos celulares. • El citoesqueleto está formado por: • una compleja red de micr ofilamentos de actina, proteína estructurada en doble hélice. • Los micr otúbulos componentes fundamentales del citoesqueleto para procesos el esplazamiento de estructuras intracelulares. • Los filamentos inter medios (llamados así por su diámetro), compuestos por proteínas fibrosas; son elementos relativamente estáticos que soportan tensiones, a diferencia de los microfilamentos y microtúbulos, que pueden organizarse y desarmarse rápidamente
El Citoesqueleto • Define la forma y distribución de los componentes celulares y por lo tanto favorece la organización funcional • Adquiere una relevancia especial en las células animales, que carecen de pared celular rígida, pues el citoesqueleto mantiene la estructura y la forma de la célula • Participa en los mecanismos de endocitosis y exocitosis y en los procesos de comunicación e interacción de la célula con sus vecinas y con el resto del organismo. • Los movimientos de las células eucariotas están casi siempre mediadas por los filamentos de actina o por los microtúbulos. • Facilita o promueve el movimiento y transporte intracelular de organelos (por medio de proteínas motoras) • Participa activamente en la mitosis y en los procesos de modulación de receptores de superficie (define la conformación y función de los receptores) • En muchas células, el citoesqueleto no es una estructura permanente, sino que se desmantela y se reconstruye sin cesar
El Citoesqueleto • Es una red tridimensional de filamentos que contribuye a la integridad de la célula formando una estructura supramolecular que se extiende por todos los niveles de la organización celular. • Los componentes del citoesqueleto se ligan a la membrana plasmática y a otras estructuras membranosas mediante proteínas específicas. • El complejo membranascitoesqueleto es un sistema dinámico cuyas funciones principales son mantener y modificar la forma y distribución de los componentes celulares y participar en el intercambio de información entre las células que forman los tejidos • El citoesqueleto está formado por tres tipos de estructuras bien definidas cada una de las cuales esta constituída por un conjunto de proteínas características y asociadas para su funcionamiento a otras proteínas: • Los micr otúbulos, • Los micr ofilamentos (filamentos de actina) y • Los filamentos inter medios. Estas fibras citoplásmicas tienen en promedio un diametro de 10 nm, son por lo tanto de tamaño "intermedio" entre los filamentos de actina (8 nm) y los microtúbulos (25 nm).
El Citoesqueleto l l
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Act Act ú ú a como bastidor para la organizaci a como bastidor para la organizaci ó ó n de la c n de la c é é lula y la fijaci lula y la fijaci ó ó n de organelos y enzimas. Tambi y enzimas. Tambi é é n es responsable de muchos de los movimientos celulares. En muchas c movimientos celulares. En muchas c é é lulas, el citoesqueleto no es una estructura permanente, sino que se desmantela y se reconstruye sin cesar. Desde este punto de vista las estructuras del citoesqueleto pueden ser consideradas como estables ( ser consideradas como estables ( axonema de cilios y flagelos, microfilamentos de actina en las microvellosidades microvellosidades ) o como temporales (las que intervienen en el movimiento de part temporales (las que intervienen en el movimiento de part íí culas u organelos intracelulares). El citoesqueleto est est á formado por peque peque ñ ñ as subunidades proteicas que uni uni é é ndose unas a otras por enlaces no enlaces no covalentes forman los 3 tipos de estructuras polim polim é é ricas mencionadas mencionadas : Microfilamentos Microfilamentos : Constituidos por G G actina (F (F actina actina ) v v Filamentos intermedios intermedios : formados por seis tipos diferentes de subunidades proteicas que var var íí an en tama tama ñ ñ o y en secuencia v v Microt Microt ú ú bulos bulos : constituidos por las las a- y tubulinas y b tubulinas v v
La velocidad de ensamblaje de las subunidades para formar polímeros, el sitio donde se realiza el ensamble, y la estabilidad del polímero formado, son eventos cuidadosamente regulados.
Las moléculas pequeñas pueden difundirse con rapidez dentro del citoplasma
Los Microfilamentos regulan regulan : l l l l
La forma celular Los movimientos celulares
Los Microt Microt ú ú bulos participan en: l l l l
La localizaci localizaci ó ó n y transporte de organelos La divisi divisi ó ó n celular
Los filamentos intermedios regulan regulan : l l l l
La estabilidad mec mec á á nica de la membrana celular La interacci interacci ó ó n cc é é lula lula cc é é lula
Requieren algunas ‘Proteínas Accessorias’
Distr ibuci ibuci óó n en el citoplasma v v En ciertas c En ciertas c é é lulas vivas puede observarse con microscopio ó ó ptico un movimiento o corriente citopl movimiento o corriente citopl á á smico llamada ciclosis ciclosis , que se evidencia cuando los organelos son arrastrados por ella. v v El citoesqueleto produce la ciclosis y est y est á vinculado con otros procesos como divisi procesos como divisi ó ó n celular, crecimiento y diferenciaci n celular, crecimiento y diferenciaci ó ó n. v v Como se puede apreciar en los esquemas de las figuras de las l Como se puede apreciar en los esquemas de las figuras de las l á á minas siguientes los componentes del citoesqueleto tienden a disponerse dentro del citoplasma en sitios determinados. Debe precisarse, s dentro del citoplasma en sitios determinados. Debe precisarse, s in embargo, que esta tendencia puede ser modificada din embargo, que esta tendencia puede ser modificada din á á micamente conforme al funcionamiento celular: • los microt úbulos bulos irradian desde una regi irradian desde una regió ón del citoplasma denominada n del citoplasma denominada los microtú centro organizador de microt úbulos bulos o centrosoma. o centrosoma. centro organizador de microtú • Los microfilamentos se encuentran dispersos por todo el citoplasma; Los microfilamentos se encuentran dispersos por todo el citoplasma; pero se concentran fundamentalmente por debajo de la membrana plasmá tica. plasm ática. • Los filamentos intermedios , se extienden por todo el citoplasma y se Los filamentos intermedios, se extienden por todo el citoplasma y se anclan a la membrana plasmá tica proporcionando a las cé élulas lulas anclan a la membrana plasm ática proporcionando a las c resistencia mecá nica. resistencia mec ánica.
Los microtúbulos forman estructuras largas y rectas y habitualmente tienen un extremo fijo a una organelo llamada centrosoma, el cual es considerado como el centro organizador de los microtúbulos.
Filamentos de Actina
Los filamentos de actina refuerzan la membrana plasm plasm á á tica, formando justo por debajo de la misma una densa red de filamentos conocida como ““ corteza celular corteza celular ””
Microfilamentos
Los filamentos Intermedios, sobre todo las queratinas, se fijan preferentemente en las uniones intercelulares.
Citoesqueleto en pr ocar iotes Habitualmente se ha considerado que la presencia de cito Habitualmente se ha considerado que la presencia de cito esqueleto es una propiedad caracter caracter íí stica de los eucariotes eucariotes . Sin embargo, se ha demostrado la presencia en los organismos procariotes de prote de prote íí nas an nas an áá logas a los constituyentes m logas a los constituyentes m áá s importantes del cito s importantes del cito esqueleto en los eucariotes eucariotes . La semejanza entre las estructuras tridimensionales formadas p . La semejanza entre las estructuras tridimensionales formadas p or estas prote prote íí nas apoya fuertemente la evidencia de que los cito nas apoya fuertemente la evidencia de que los cito esqueletos de eucariotes y procariotes son realmente hom son realmente hom óó logos. logos.
FtsZ FtsZ . Fue la primera prote . Fue la primera prote íí na del citoesqueleto de los procariotes en ser identificada. Como la Tubulina Tubulina , FtsZ forma filamentos en la presencia de GTP, pero estos filamentos no se agrupan en microt microt úú bulos bulos . Durante la divisi divisi óó n celular la FtsZ es la primera prote es la primera prote íí na que se mueve hacia el sitio de divisi de divisi óó n celular, y es indispensable para reclutar las otras prote n celular, y es indispensable para reclutar las otras prote íí nas necesarias para formar la nueva pared celular entre las c necesarias para formar la nueva pared celular entre las c éé lulas hijas. Mr eB y Par M M . Son prote Son prote íí nas procariotas semjeantes a la actina actina . Mr eB participa en el mantenimiento de la forma celular. Todas las bac participa en el mantenimiento de la forma celular. Todas las bac terias no esf esf éé ricas poseen genes que codifican estas prote ricas poseen genes que codifican estas prote íí nas actinoides actinoides , las cuales forman una red helicoidal por debajo de la membrana celular que funciona como indicador para la bios como indicador para la bios íí ntesis de la pared celular. Los Filamentos de Par M exhiben inestabilidad din exhiben inestabilidad din áá mica y participan en el reparto de los pl pl áá smidos a las c a las c éé lulas hijas de modo semejante al funcionamiento de los microt microt úú bulos durante la mitosis. Cr escentina escentina . La bacteria Caulobacter crescentus contiene otra de estas prote prote íí nas que est nas que est á relacionada con los filamentos intermedios.
El citoesqueleto est est á formado por tres tipos de estructuras bien definidas cada una de las cuales esta constitu constitu íí da por un conjunto de prote por un conjunto de prote íí nas caracter caracter íí sticas: Los microt microt ú ú bulos bulos , Los microfilamentos (filamentos de actina actina ) y Los filamentos intermedios. Estos ú ú ltimos tienen en promedio un di ltimos tienen en promedio un di á á metro de 10 nm nm , son por lo tanto de tama , son por lo tanto de tama ñ ñ o "intermedio" entre los filamentos de actina (7 (7 8 nm nm ) y los microt microt ú ú bulos (25 nm nm ). Microfilamento
Microtúbulo
Filamento Intermedio
Microtúbulos 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Estructura Prote Prote íí nas asociadas a los Microt Microt ú ú bulos Funciones Motores asociados a Microt Microt ú ú bulos Centros organizadores de Microt Microt ú ú bulos Propiedades din din á á micas Flagelos y cilios cilios
Microt Microt ú ú bulos l l l l l l
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Se les conoce desde 1957. Se encuentran en todas las c Se encuentran en todas las c é é lulas eucari lulas eucari ó ó ticas Carecen de membrana limitante, y son tubos rectos, huecos, de 240 Å de di de di á á metro, s metro, s ó ó lo visibles con microscopio electr microscopio electr ó ó nico (excepto durante la divisi nico (excepto durante la divisi ó ó n celular). Est Est á á n formadas por dos tipos ( n formadas por dos tipos ( subunidades subunidades ) de prote prote íí nas llamadas tubulinas tubulinas a yy b que se autoensamblan para originar los microt microt ú ú bulos en un proceso dependiente de GTP, originando estructuras helicoidales de 13 fibras acompa helicoidales de 13 fibras acompa ñ ñ adas por un grupo de prote prote íí nas asociadas llamadas MAPS [" [" microtubule associated proteins proteins "] "]
Estructura Son estructuras tubulares, huecas, flexibles pero firmes, presentes en la mayoría de las células de los organismos eucariotes. • • • • • •
Diámetro exterior 24 nm Espesor de la pared ~5 nm Su longitud es variable, pero pueden llegar a medir más de 1000 veces su diámetro. Pueden extenderse a todo lo largo y a todo lo ancho de la célula Su pared está compuesta de proteínas globulares, tubulinas, unidas unas a otras por uniones no covalentes y dispuestas en hileras longitudinales (protofilamentos) Los Protofilamentos se alínean siguiendo el eje longitudinal del microtúbulo Cada microtúbulo consiste de 13 protofilamentos dispuestos en un patrón helicoidal, formando la pared
Tubulinas q Heterodímero de dos subunidades, una subunidad alfa y
una beta, cada una de ellas con un peso de unos 45 kDa. q En los mamíferos se han identificado por lo menos 6 isoformas de la subunidad alfa y 6 de la beta. q Estas proteínas son altamente conservadas (existe 75% de homologia entre la levadura y el ser humano) q La mayor variabilidad se encuentra en la región Cterminal de las moléculas, probablemente para modificar su interacción con las proteínas accesorias q Un homólogo de la tubulina, FtsZ, se expresa en procariotes
Estructuras Altamente Din Estructuras Altamente Din á á micas l l
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Los microt microt ú ú bulos son estructuras altamente din son estructuras altamente din á á micas, estabilizadas por un grupos de prote estabilizadas por un grupos de prote íí nas denominadas prote prote íí nas asociadas a microt microt ú ú bulos (( MAPs MAPs ). En una c En una c é é lula fisiol lula fisiol ó ó gicamente activa se produce un recambio continuo de la red de microt microt ú ú bulos bulos . La vida media de un microt microt ú ú bulo individual es de 10 minutos, mientras que la vida media de una mol minutos, mientras que la vida media de una mol é é cula de tubulina tubulina , desde su s , desde su s íí ntesis a su degradaci ntesis a su degradaci ó ó n proteol proteol íí tica tica , es de m es de m á á s de 20 hrs. As As í pues cada mol pues cada mol é é cula de tubulina participa en la formaci formaci ó ó n y desmantelamiento de muchos microt microt ú ú bulos durante su periodo de vida media. durante su periodo de vida media.
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Los microtúbulos son notablemente más rígidos que los filamentos de actina ó que los filamentos intermedios. Los microtúbulos forman estructuras largas y rectas y habitualmente tienen un extremo fijo a un organelo llamado centrosoma, considerado como el centro organizador de los microtúbulos. Crecen a partir de sus dos extremos por la polimerización de dímeros de tubulina (una unidad α α y una unidad β β ) utilizando la energía proporcionada por la hidrólisis del GTP. Se acortan a expensas de sus dos extremos por la liberación de dímeros de tubulina (depolimerización). Contienen frecuentemente otros tipos de proteínas asociadas a los microtúbulos (MAPS)
Asociaci Asociaci ó ó n l l
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Las dos subunidades de Tubulina tienen una estructura tridimensional muy semejante que les permite unirse firmemente una a la otra Los heterod heterod íí meros se agregan invariablemente siguiendo la misma polaridad polaridad a tubulina b tubulina tubulina , por tal raz raz ó ó n los extremos de los protofilamentos son asim asim é é tricos (un extremo termina con una una a tubulina tubulina , el otro en una una b tubulina tubulina ). Todos los protofilamentos de un microt microt ú ú bulo tienen la misma polaridad polaridad , lo cual le da polaridad al microt microt ú ú bulo completo (( extremo plus y extremo minus) El extremo plus es el que termina en en b tubulinas y es el que muestra mayor velocidad de crecimiento o adici adici ó ó n de heterod heterod íí meros meros ; el extremo minus termina en en a tubulinas y muestra menor velocidad de adici adici ó ó n y mayor velocidad de disociaci disociaci ó ó n de heterod heterod íí meros meros . Podr Podr íí amos decir en forma simple que tt íí picamente el extremo minus es para anclarse y el extremo plus es para crecer crecer
Mecanismo de ensamble de los microt microt ú ú bulos
Lateral interactions a-a and b-b
Ensamble del protofilamento
Ensamble de una lámina Elongación del microtúbulo
El grupo de Ken Downing (en Berkeley) obtuvo esta reconstrucción en 3D de un microtúbulo intacto, usaron microscopía crioelectrónica y un procesador de imágenes, a una resolución de ~8 Å, suficiente para resolver mucho de la estructura secundaria.
Una caracter caracter íí stica intr intr íí nseca de los microt microt ú ú bulos es su inestabilidad din din á á mica mica , sobre todo durante la mitosis la mitosis
Extremo GTP
Región menos estable de TubulinaGDP
Polímero creciendo
Polímero decreciendo
Microt Microt ú ú bulos bulos Funciones • Son los componentes activos de la maquinaria que • •• •• •• •
mueve a los cromosomas durante las diferentes fases del ciclo mit mit ó ó tico/mei tico/mei ó ó tico Son los elementos motrices de los flagelos y los cilios Morfog Morfog éé nesis nesis : la forma de algunas prolongaciones o protuberancias celulares se correlaciona con la orientaci orientaci ó ó n y distribuci n y distribuci ó ó n de los microt microt ú ú bulos bulos . Movilidad intracelular intracelular : con los otros elementos del citoesqueleto participan en la ubicaci participan en la ubicaci ó ó n y movimiento de organelos citopl citopl á á smicos como los dictiosomas del Golgi Golgi . Transporte intracelular intracelular : act : act ú ú an como soporte o carril sobre el cual las prote sobre el cual las prote íí nas motoras transportan ves ves íí culas y mol culas y mol é é culas grandes. La distribuci La distribuci ó ó n de los microt microt ú ú bulos en las c en las c é é lulas es din din á á mica. Muchas c mica. Muchas c é é lulas en divisi lulas en divisi ó ó n muestran cinco diferentes disposiciones sucesivas: la cortical, la banda preprof preprof á á sica sica , el huso mit , el huso mit ó ó tico, el fragmoplasto y la disposici disposici ó ó n radial n radial
Funciones l l
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Tienen un papel importante en el mantenimiento de la organizaci organizaci ó ó n intracelular de organelos y otros componentes componentes , tales como algunas macromol macromol é é culas culas . La disrupci disrupci ó ó n de los microt microt ú ú bulos con inhibidores espec espec íí ficos de su polimerizaci polimerizaci ó ó n provoca la dispersi dispersi ó ó n del Golgi hacia la periferia de la cc é é lula lula . Cuando se elimina el inhibidor el Golgi regresa a su posici posici ó ó n normal Mueve algunas macromol macromol é é culas y organelos en el interior de la cc é é lula de una manera estr estr íí ctamente regulada (( flujo intracelular intracelular ) l l l l
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El transporte vesicular entre compartimientos celulares se detiene casi por completo si se induce la disociaci disociaci ó ó n de los microt microt ú ú bulos En el caso de las cc é é lulas nerviosas el transporte de prote prote íí nas (( neurotransmisores neurotransmisores ) a los largo del cuerpo neuronal y de sus prolongaciones se realiza por medio de ves ves íí culas culas , lo cual se interrumpe si falla la organizaci organizaci ó ó n de los microt microt ú ú bulos Algunas estructuras estructuras , como las ves ves íí culas endoc endoc íí ticas que se forman en las terminales nerviosas y llevan factores reguladores provenientes de las cc é é lulas blanco blanco , se desplazan en sentido retr retr ó ó grado grado , de la sinapsis al cuerpo de las neuronas neuronas
Cinética de Polimerización En los casos de las subunidades de tubulinas y de actina para formar microfilamentos y microtúbulos es importante considerar la cinética de polimerización. El número de monómeros que se agregan al polímero por segundo es proporcional a la concentración de subunidades libres. Según el polímero crece, la concentración de subunidades libres disminuye hasta que su concentración es tal que el proceso de fijación (K on ) y de liberación (K off ) alcanza el equilibrio, a esto se le llama la concentración crítica (Cc)
Cc=k off /k on
Prote Prote íí nas asociadas a los Microt Microt ú ú bulos (( MAPs MAPs ) l l Los microt microt ú ú bulos pueden ensamblarse in vitro a partir
de tubulinas purificadas purificadas , pero in vivo siempre se encuentran asociados a un conjunto de prote prote íí nas que han sido llamadas ““ Asociadas a los microt microt ú ú bulos ” (( MAPs MAPs ) l l Todas ellas poseen estructuras semejantes con dominios globulares en uno de sus extremos (( cef cef á á lico lico ) que se fijan a la parte lateral del microt microt ú ú bulo y un extremo filamentoso (cola) que se proyecta fuera de la duperficie del microt microt ú ú bulo l l Funcionan como interconectores ayudando a formar haces de microt microt ú ú bulos (( entrecruzamientos entrecruzamientos ), Aumentan la estabilidad de los microt microt ú ú bulos , modifican su rigidez y participan en su velocidad de ensamble y disociaci disociaci ó ó n n
MAPs l l
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La actividad de las MAPs est est á controlada por la adici adici ó ó n o supresi supresi ó ó n de grupos fosfatos de algunos amino á á cidos espec espec íí ficos de su estructura estructura , por enzimas con actividad de prote prote íí n n cinasas y prote prote íí n n fosfatasas fosfatasas , respectivamente respectivamente . Alteraciones en los mecanismos de fosforilaci fosforilaci ó ó n y defosforilaci defosforilaci ó ó n de las MAPs han sido implicadas como agente pat pat ó ó geno en algunas enfermedades neuro neuro degenerativas Se ha encontrado que las masas de neurofibrillas encontradas en la Enfermedad de Alzheimer est est á á n constitu constitu íí das por mol mol é é culas de una MAP ( MAP ( tau tau ) hiperfosforiladas hiperfosforiladas . Las mol mol é é culas hiperfosforiladas de tau son incapaces de fijarse a los microt microt ú ú bulos bulos . Se considera que esta anomal anomal íí a ayuda a provocar la muerte de las cc é é lulas nerviosas Algunas personas con una enfermedad neurodegenerativa conocida como demencia FTDP FTDP 17 poseen una mutaci mutaci ó ó n en el gene de tau tau , lo cual ha implicado a esta MAP como su causa causa
Centro Organizador de los Microt Microt ú ú bulos l l l l
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El centro organizador de los microt microt ú ú bulos o Centrosoma es un organelo curioso. A diferencia de casi todos los organelos conocidos, no se halla rodeado de una membrana, sin embargo, es claramente distinguible del citopl una membrana, sin embargo, es claramente distinguible del citopl asma que lo rodea Es uno de los organelos centrales en el funcionamiento de las c centrales en el funcionamiento de las c é é lulas animales y f animales y f ú ú ngicas, pero en las c ngicas, pero en las c é é lulas vegetales brilla por su ausencia (Carecen completamente de é é l) Quiz Quiz á su propiedad m su propiedad m á á s inquietante para la ciencia actual es que el centrosoma se duplica precisamente una vez durante cada ciclo ce centrosoma se duplica precisamente una vez durante cada ciclo ce lular y sin embargo su mecanismo de duplicaci sin embargo su mecanismo de duplicaci ó ó n ha permanecido desconocido. Datos publicados apenas en 2006 indican que los centrosomas pued Datos publicados apenas en 2006 indican que los centrosomas pued en poseer su propio genoma, el cual a diferencia de lo que sucede e poseer su propio genoma, el cual a diferencia de lo que sucede e n las mitocondrias y los cloroplastos ser mitocondrias y los cloroplastos ser íí a capaz de codificar la duplicaci a capaz de codificar la duplicaci ó ó n completa del organelo organelo . Se reporta que el genoma centros centros ó ó mico es dependiente de ARN y posee la capacidad de duplicarse para codificar al centrosoma durante el pr pr ó ó ximo ciclo celular. ciclo celular.
El Centrosoma • El centrosoma es el mayor centro organizador de microt microt úú bulos bulos . Est . Est á presente en todas las c presente en todas las c éé lulas animales. A partir de éé l, los nuevos microt microt úú bulos crecen hacia la periferia formando una peque crecen hacia la periferia formando una peque ññ a estructura con forma de estrella conocida como con forma de estrella conocida como áá ster ster . • La nucleaci nucleaci óó n de los microt microt úú bulos a partir del centrosoma posee una polaridad determinada. • El Centrosoma est El Centrosoma est á compuesto de dos centr iolos dispuestos ortogonalmente uno con respecto al otro. • Se hallan rodeadon de una matriz amorfa pericentriolar que lo identifica y separa con bastante claridad del resto del material citopl separa con bastante claridad del resto del material citopl áá smico. • La Matriz del Centrosoma es la responsable de la nucleaci nucleaci óó n y anclaje de los microt microt úú bulos bulos , lo cual se debe a las prote , lo cual se debe a las prote íí nas que lo forman. • Sin embargo, la composici Sin embargo, la composici óó n proteica de la matriz centrosomal es s es s óó lo parcialmente conocida, e incluye una forma especial de tubulina llamada γγ tubulina (la cual puede interactuar con los dimeros de tubulina α y β β ). Contiene adem Contiene adem áá s algunas otras prote s algunas otras prote íí nas como Pericentrina y Nine Nine íí na na , cuyo papel se desconoce. cuyo papel se desconoce.
Centrosoma y centriolos • El centr osoma, citocentr o o centr o celular es exclusivo de células animales. Está próximo al núcleo y es considerado como un centro organizador de microtúbulos. • La estr uctur a consta de una zona interior donde aparece el diplosoma, formado por dos centríolos dispuestos perpendicularmente entre sí. Este diplosoma está inmerso en un material pericentriolar que es el centro organizador de microtúbulos. • En los eucariotes superiores, cada centríolo consta de 9 grupos de 3 microtúbulos que forman un cilindro. Este cilindro se mantiene gracias a unas proteínas que unen los tripletes. En algunos eucariotes los 9 grupos de microtúbulos que forman los centriolos pueden ser sólo 2 y aún uno. • Cada microtúbulo esta conectado al centro del centriolo por una prolongación radial
Centriolos l l
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En el interior del centrosoma se encuentran habitualmente un par de estructuras cil habitualmente un par de estructuras cil íí ndricas perpendiculares entre si (en una configuraci perpendiculares entre si (en una configuraci ó ó n con forma de L). Estas estructuras, denominadas centriolos centriolos , estan formadas por nueve tripletes de microt microt ú ú bulos bulos , los cuales se orientan adoptando un aspecto de turbina. La funci La funci ó ó n espec n espec íí fica de los centriolos no esta dilucidada completamente, sin embargo se cree que adem completamente, sin embargo se cree que adem á á s de participar en el centro organizador de microt microt ú ú bulos bulos , guarda alguna relaci guarda alguna relaci ó ó n con el crecimiento de cilios y flagelos. Rodeando cada par de centriolos centriolos , tanto en interfase como en metafase, se encuentra una regi como en metafase, se encuentra una regi ó ó n del citoplasma que se ti citoplasma que se ti ñ ñ e oscuro y aparece como una red de peque de peque ñ ñ as fibras cuando se observa con microscopio electr electr ó ó nico. É É ste es el material pericentriolar o matriz centrosomal centrosomal , y es la parte del centrosoma encargada de la nucleaci nucleaci ó ó n de la polimerizaci de la polimerizaci ó ó n de microt microt ú ú bulos bulos
• Por microscopia electr Por microscopia electr ó ó nica puede verse que el centrosoma ocupa un volumen de ~ ~ 1 micra c 1 micra c ú ú bica en una posici bica en una posici ó ó n cercana al n al n ú ú cleo de la c cleo de la c é é lula en interfase. • Consiste de un par de estructuras cil Consiste de un par de estructuras cil íí ndricas, los centriolos centriolos , rodeados por un material fibrilar denso pericentriolar • Los Centriolos poseen una de las estructuras m poseen una de las estructuras m á á s hermosamente sim hermosamente sim é é tricas de la naturaleza. Estan formados por nueve tripletas de microt microt ú ú bulos armoniosamente distribu distribu íí das en un cilindro casi perfecto • Los dos centriolos est est á á n orientados perpendicularmente uno con respecto al otro, pero el significado de esta curiosa orientaci orientaci ó ó n se desconoce por completo. • El material pericentriolar contiene elementos que sirven a la vez como centros de nucleaci nucleaci ó ó n y de organizaci y de organizaci ó ó n de los microt microt ú ú bulos • Observaciones cuidadosas han mostrado que el material pericentriolar no es un material amorfo, ni homog no es un material amorfo, ni homog é é neo, sino que consiste de un centro fibrilar denso del cual se desprenden otros complejos moleculares. otros complejos moleculares.
Nucleaci Nucleaci ó ó n de Microt Microt ú ú bulos l l
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La nucleaci nucleaci ó ó n de los microt microt ú ú bulos se realiza en un complejo multiproteico circular, complejo de γγ tubulina tubulina , que se localiza en la superficie del material pericentriolar y constituye el templete en que se polimerizan las subunidades iniciales de tubulina para formar un microt microt ú ú bulo bulo . El papel que otros elementos del material pericentriolar pericentriolar , y del mismo complejo de γγ tubulina tubulina , desempe , desempe ñ ñ an en la estructuraci an en la estructuraci ó ó n del centrosoma y de los microt microt ú ú bulos apenas empieza a conocerse. No todos los centros organizadores de microt microt ú ú bulos poseen centriolos centriolos . En c . En c é é lulas mit lulas mit ó ó ticas de plantas superiores, por ejemplo, los microt microt ú ú bulos terminan en regiones vagamente definidas, con densidades electr densidades electr ó ó nicas que no corresponden a centriolos centriolos . T T íí picamente las c picamente las c é é lulas de las plantas del grupo angiospermas no tienen centrosomas ni ning tienen centrosomas ni ning ú ú n otro organelo an an á á logo en tama logo en tama ñ ñ o, funci funci ó ó n u organizaci n u organizaci ó ó n, pero tienen varios centros de organizaci n, pero tienen varios centros de organizaci ó ó n de microt microt ú ú bulos que, por supuesto, carecen de centriolos centriolos ..
Duplicaci Duplicaci ó ó n del Centrosoma l l l l l l
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Las c Las c é é lulas entran a la fase G1 del ciclo mit lulas entran a la fase G1 del ciclo mit ó ó tico con un solo centrosoma con dos centriolos centriolos . Uno de los dos centriolos es viejo, fue generado por lo menos dos ciclos celulares antes, el otro es joven, fue generado en la divisi celulares antes, el otro es joven, fue generado en la divisi ó ó n previa. El centriolo viejo es reconocible por la presencia de ap viejo es reconocible por la presencia de ap é é ndices en su extremo distal de los que carece el centriolo joven. Adem joven. Adem á á s recientemente se ha descrito en é é l, o en su ambiente inmediato, la presencia de 2 prote prote íí nas: la Cenexina y la εε tubulina tubulina . Durante la transici Durante la transici ó ó n de la fase G1 a la fase S, el par de centriolos se divide, y dos centriolos nuevos crecen de los lados de los centriolos originales. Es notable el paralelismo que existe entre la duplicaci Es notable el paralelismo que existe entre la duplicaci ó ó n de los centrosomas y la duplicaci centrosomas y la duplicaci ó ó n del ADN: l l l l
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La duplicació n de los centrosomas y la duplicació ón del ADN se inician al mismo n del ADN se inician al mismo La duplicaci ón de los centrosomas y la duplicaci tiempo durante el ciclo celular Como la duplicació n del ADN, la duplicació ón de los centrosomas puede ser n de los centrosomas puede ser Como la duplicaci ón del ADN, la duplicaci considerada semiconservadora . Cada centrosoma, despué és de la duplicaci s de la duplicació ón, n, considerada semiconservadora. Cada centrosoma, despu recibe un centriolo viejo y un centriolo centriolo nuevo. nuevo. recibe un centriolo viejo y un Las cé lulas cancerosas frecuentemente poseen un nú úmero anormal de mero anormal de Las c élulas cancerosas frecuentemente poseen un n centrosomas. Tambié n presentan frecuentemente aneuploid aneuploidí ía a, es decir tienen , es decir tienen centrosomas. Tambi én presentan frecuentemente un nú mero anormal de cromosomas. un n úmero anormal de cromosomas.
Las células entran a la fase G1 del ciclo mitótico con un solo centrosoma con dos centriolos. Uno de los dos centriolos es viejo, fue generado por lo menos dos ciclos celulares antes, el otro es joven, fue generado en la división previa.
Centriolo Joven
Centriolo Viejo El centriolo viejo es reconocible por la presencia de ap presencia de ap é é ndices en su extremo distal de los que carece el centriolo joven. joven.
Centrosoma y fertilizaci Centrosoma y fertilizaci ó ó n l l
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En casi todos los animales, el centrosoma y los centriolos del ovocito degeneran antes de las divisiones mei mei ó ó ticas ticas . En contraste, el espermatozoide tt íí picalmente contiene dos centriolos y un sub sub conjunto de las prote conjunto de las prote íí nas que forman el material pericentriolar pericentriolar . Despu Despu é é s de la fertilizaci s de la fertilizaci ó ó n, los centriolos del espermatozoide adoptan los componentes citopl adoptan los componentes citopl á á smicos restantes del centrosoma del ovocito fertilizado y forman el primer centrosoma. Son los centriolos paternos, y no el ADN, los componentes esenciales que contribuye el espermatozoide para iniciar las divisiones mit divisiones mit ó ó ticas del desarrollo temprano. Este es un hecho que deber Este es un hecho que deber íí a ser tomado en cuenta por los investigadores que trabajan en la clonaci investigadores que trabajan en la clonaci ó ó n de mam n de mam íí feros mediante la inyecci la inyecci ó ó n de n n de n ú ú cleos som cleos som á á ticos en citoplasmas enucleados de ovocitos. Es posible que los repetidos fracasos que se encuentra ovocitos. Es posible que los repetidos fracasos que se encuentra n con esta t con esta t é é cnica de clonaci cnica de clonaci ó ó n sean debidos a la falta de un centrosoma funcional en los huevos inyectados. centrosoma funcional en los huevos inyectados.
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Centriolos Centriolos
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Los centriolos centriolos , como los Cilios y los Flagelos, est , como los Cilios y los Flagelos, est á á n formados por microt microt ú ú bulos bulos . La diferencia es que los centriolos contienen 9 grupos de tripletas y no tienen el doblete central. La manera c La manera c ó ó mo las tripletas del cuerpo basal se convierten en los dobletes del cilio, se desconoce. Los centriolos existen en parejas, cada uno de ellos dispuesto en á á ngulo recto en relaci ngulo recto en relaci ó ó n a su pareja.
•• Los centriolos se duplican de manera aut se duplican de manera aut ó ó noma como las mitocondrias y los peroxisomas peroxisomas . •• Los centriolos organizan el huso acrom organizan el huso acrom á á tico a lo largo del cual se mueven los cromosomas durante la mitosis.
Axonema de cilios y flagelos
Esquema de la estructura de un flagelo (Cilio) sobrepuesta a una imagen obtenida por microscopía electrónica para visualizar correctamente sus partes. Doblete periférico Brazo externo
Doblete central Brazo interno
Puente de nexina
Cabeza del Enlace radial Enlace central Radial
Cubierta central
Cuerpo Basal v Los cilios y los flagelos constan
de dos partes: una extracelular que está recubierta por la membrana plasmática y contiene un esqueleto interno de microtúbulos llamado axonema, y otra interna, que se denomina cuerpo basal del que salen las raíces ciliares que se cree participan en la coordinación del movimiento. v El cuerpo basal compuesto por 9 tripletes de microtúbulos es el centro organizador y controla el movimiento de cilios y flagelos v En el momento de la división celular actúa como centríolo, organizando la formación del huso acromático
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Los flagelos y los cilios son organizados por centriolos que se desplazan a la periferia celular. Aqu celular. Aqu í son llamados “ cuerpos basales basales " Se ha demostrado experimentalmente que los cuerpos basales controlan la direcci controlan la direcci ó ó n del movimiento de los cilios. Esta fotograf Esta fotograf íí a de microscop microscop íí a electr electr ó ó nica muestra los cuerpos basales basales . Obs . Obs é é rvese la gran cantidad de cilios que se proyectan de la membrana celular membrana celular
Centro de organizaci Centro de organizaci ó ó n de los microt microt ú ú bulos (MTOC)
Microtúbulos creciendo desde los complejos anulares de γtubulina del centrosoma
Centrosomas y Mitosis l l l l l l l l
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En interfase el centrosoma est En interfase el centrosoma est á habitualmente localizado a un lado del n del n ú ú cleo, cerca de la superficie de la membrana nuclear externa. El centrosoma se duplica durante la Fase S del ciclo celular. Un poco antes de la mitosis, los dos centrosomas se separan y se dirigen a ocupar su lugar en polos opuestos del n dirigen a ocupar su lugar en polos opuestos del n ú ú cleo celular. Seg Seg ú ú n procede la mitosis, los microt microt ú ú bulos crecen a partir del centrosoma con sus extremos positivos orientados hacia la placa de la metafase. Los haces de microt microt ú ú bulos as as í formados reciben el nombre de Fibras del Huso Mit nombre de Fibras del Huso Mit ó ó tico o acrom tico o acrom á á tico. Las fibras del Huso Mit Las fibras del Huso Mit ó ó tico tienen tres destinos: l l
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Algunas se fijan a uno de los cinetocoro de una diad diad a a , mientras que las que proceden del centrosoma opuesto se unen al cinetocoro de la otra crom crom á á tide hermana de la diada diada . Algunas se fijan a los brazos de los cromosomas. Un tercer grupo continua creciendo a partir de los dos centrosom Un tercer grupo continua creciendo a partir de los dos centrosom as y puede extenderse rebasando los del centrosoma opuesto, formando una regi una regi ó ó n en que se sobreponen las fibras de los dos centrosomas. n en que se sobreponen las fibras de los dos centrosomas.
La duplicaci贸n del Centrosoma no s贸lo precede sino que es indispensable para que se realice la mitosis
Mitosis y y aparato mitótico durante la Metafase
Estadios de la Mitosis y citocinesis en una cc é é lula animal
Figure 1934
filamentos de actina
Actina Actina • Es una prote prote íí na globular muy abundante abundante . • La Actina es una prote prote íí na de 40 kDa que posee 375 res res íí duos de aa aa . • La actina puede representa hasta el 10% del conjunto de las prote prote íí nas celulares celulares . • Una sola cc éé lula puede contener 55 ۰ ۰ 10 9 mol mol éé culas de actina actina , lo cual representa una concentraci concentraci óó n 0.5 mM en el citosol citosol . • Se ha conservado estr estr íí ctamente en la evoluci evoluci óó nn ; es codificada por varios genes m m úú ltiples (6 en el humano humano ) lo cual da origen a numerosas isoformas isoformas . • En los procariotes se ha encontrado un homologo de la actina actina , MreB MreB ..
Sitios de localización de microfilamentos
Localización de la Actina en la Célula
A. En el corazón de las microvellosidades y en la red apical B. En la corteza celular, formando las fibras llamadas de estrés y en las microespículas C. En el extremo líder de las células en movimiento D. En el anillo contráctil que separa las células después de la mitosis
¬Los filamentos de Actina, también conocidos como microfilamentos, son polímeros helicoidales formados por la proteína conocida como actina. ¬Son estructuras flexibles, ramificadas, con un diámetro de ~7 nm, que pueden organizarse dentro de una gran variedad de grupos lineales, redes bidimensionales, y geles tridimensionales. ¬Los filamentos de actina se encuentran dispersos en todo el volumen celular, pero habitualmente se encuentran más abundantemente concentrados en la periferia, justamente por debajo de la membrana plasmática. ¬En el citosol la actina se encuentra predominantemente unida al ATP, pero también se le encuentra unida al ADP. ¬El complejo ATP-actina se polimeriza mas rápido y se disocia más lentamente que el complejo ADP-actina.
Microfilamentos de Actina l l
Forman una densa red de filamentos justamente debajo de la membrana plasm membrana plasm á á tica conocida como ““ corteza celular corteza celular ” y que: l l l l l l l l
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Da resistencia mec Da resistencia mec á á nica a la c nica a la c é é lula Sirve de enlace entre las prote Sirve de enlace entre las prote íí nas transmembranales (( Vgr Vgr . receptores membranales membranales ) y las prote ) y las prote íí nas intracitopl intracitopl á á smicas Sirve de ancla a los centrosomas durante la mitosis para mantenerlos en los polos opuestos de la c los polos opuestos de la c é é lula Tambi Tambi é é n juegan un rol important n juegan un rol important íí simo en la divisi simo en la divisi ó ó n celular, pues forman el anillo de contracci el anillo de contracci ó ó n que permite el estrangulamiento celular durante la citokinesis citokinesis .
Generan corrientes citopl Generan corrientes citopl á á smicas en algunas c smicas en algunas c é é lulas Los filamentos de actina poseen gran importancia en todos los procesos de desplazamiento y adhesi procesos de desplazamiento y adhesi ó ó n celular (emisi n celular (emisi ó ó n de pseud pseud ó ó podos podos ). En el tejido muscular filamentos de actina asociados a prote asociados a prote íí nas motoras denominadas "miosinas", provocan la contracci motoras denominadas "miosinas", provocan la contracci ó ó n del m m ú ú sculo en un proceso mediado por calcio. y ayuda a dar fuerza a los movimientos de contracci los movimientos de contracci ó ó n muscular Intervienen en los procesos de fagocitosis, mediante la formaci Intervienen en los procesos de fagocitosis, mediante la formaci ó ó n de pseud pseud ó ó podos podos
Polimerizaci Polimerizaci ó ó n l l
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Los mon Los mon ó ó meros de forma globular (G meros de forma globular (G actina actina ) se polimerizan en un proceso dependiente de ATP (an dependiente de ATP (an á á logo a la polimerizaci logo a la polimerizaci ó ó n de microt microt ú ú bulos dependiente de GTP), para formar el pol dependiente de GTP), para formar el pol íí mero que recibe el nombre de F mero que recibe el nombre de F actina actina , el cual consta de dos filamentos centrales enrollados helicoidalmente uno sobre otro para constituir la estructura b helicoidalmente uno sobre otro para constituir la estructura b á á sica del microfilamento microfilamento . Posteriormente, la polimerizaci Posteriormente, la polimerizaci ó ó n se realiza en el extremo lider o positivo. La disociaci La disociaci ó ó n, que ocurre simult n, que ocurre simult á á neamente, probablemente se realiza en cualquier sitio, menos en el extremo positivo. Los microfilamentos son estructuras altamente din son estructuras altamente din á á micas, cuya polimerizaci polimerizaci ó ó n est n est á regulada por prote regulada por prote íí nas de una Familia conocida como "prote "prote íí nas de uni nas de uni ó ó n a actina actina " ( " ( ABPs ABPs ). Entre sus propiedades destaca su polaridad, que consiste en el comportamiento diferente de sus dos extremos: mientras que uno s comportamiento diferente de sus dos extremos: mientras que uno s e polariza o se alarga (extremo positivo), el otro tiende a acorta polariza o se alarga (extremo positivo), el otro tiende a acorta rse o despolimerizarse (extremo negativo). Refuerzan la membrana plasm Refuerzan la membrana plasm á á tica, formando justo por debajo de la misma una densa red de filamentos conocida como ““ corteza celular corteza celular ””
Nucleación • Para inducir la polimerización de la actina en el citoplasma se requiere la existencia de sitios de nucleación. • La estabilidad de los dímeros y trímeros de actina, que constituyen el primer paso de la polimerización para formar microfilamentos, es notablemente pequeña • La presencia en el citoplasma de algunas proteínas (profilina, β timosina) que poseen la capacidad de fijar a la actina monomérica (Gactina) dificultando, o regulando, su participación en procesos de polimerización. • Por estas razones, la polimerización de los monómeros libres de actina para formar microfilamentos no se observa espontáneamente y se sabe que el proceso de nucleación requiere la presencia de factores que ayuden a romper la barrera cinética que ofrece la iniciación de este proceso. • La polimerización es ~100 veces más rápida in vivo que in vitro • Hasta este momento no se conoce con precisión ni el mecanismo que inicia la polimerización, ni el agente nucleador, aunque se ha sugerido la actividad de algunos componentes celulares que veremos a continuación.
Nucleaci Nucleaci ó ó n de la actina l l Se ha sugerido la actividad de algunos
componentes celulares como el sistema Formina Formina Profilina en la nucleaci nucleaci ó ó n de la actina actina . l La Profilina es una proteína fijadora de la G actina. Funciona acelerando el intercambio ADP–ATP de los monómeros de actina y ayuda a constituir una poza de ATPactina que puede inducir el ensamble de nuevos microfilamentos en presencia de factores de nucleación (complejo profilinaformina)
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Ramificación. El complejo Arp2/3,constituido por la interacción de 7 subunidades, es capaz de fijarse a la parte lateral de un microfilamento induciendo en tal sitio la formación de un nuevo microfilamento que forma una ramificación, la cual crece en un ángulo de 70°. Sin embargo el complejo Arp2/3, por sí mismo, no posee la capacidad de inducir la nucleación de los filamentos de actina, pero es capaz de activar este proceso en presencia del factor de nucleación WASP y de Cdc42, que es un miembro de la familia Rho de GTPasas. Además, el proceso de nucleación requiere una serie de pequeñas GTPasas de la familia Rho que funcionan como reguladoras de los procesos dependientes de actina.
Ramificación de microfilamentos 1. La familia WASP de proteínas activa al Arp2/3 2. El complejo WASPArp2/3 inicia la nucleación de la actina en la superficie lateral del microfilamento utilizando el complejo actinaprofilina libre en el citoplasma 3. La polimerización se realiza en la rama lateral nucleada por el complejo WASPArp2/3 siguiendo el extremo positivo (barbado del microfilamento) en unn ángulo de 70°. Otras ramificaciones pueden desarrollarse al mismo tiempo. 4. La fijación de alguna de las proteínas “ tapa” presentes en el ambiente puede terminar la elongación cubriendo el extremo barbado del microfilamento
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La familia de las forminas, dentro de los factores de nucleación de la actina, son proteínas modulares que se caracterizan por compartir dos dominios homólogos en su extremo carboxi terminal: el dominio homólogo 1 (FH1) y el dominio homólogo 2 (FH2) . El dominio homólogo 1 (FH1) es una secuencia rica en prolina y constituye el dominio de fijación a la actina. La Profilina es una proteína fijadora de la Gactina. Funciona acelerando el intercambio ADP–ATP de los monómeros de actina y ayuda a constituir una poza de ATPactina que puede inducir el ensamble de nuevos microfilamentos en presencia de factores de nucleación (complejos profilinaformina) Reciéntemente se ha precisado la existencia de un nuevo mecanismo de nucleación de la actina en que funciona una nueva familia de ABPs llamada Spir. Estas proteínas pueden servir como agentes de nucleación de la actina porque fijan cuatro monómeros de actina en una región central de su estructura que es homóloga a la secuencia de fijación de actina presente en la WASP2 (WH2).
Nucleaci Nucleaci ó ó n de la Actina Actina
Profilina l l l l
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Es una prote Es una prote íí na asociada importante en la regulaci na asociada importante en la regulaci ó ó n de la polimerizaci polimerizaci ó ó n de actina actina . La Profilina forma un complejo 1:1 con la G forma un complejo 1:1 con la G actina actina . Se fija en el extremo positivo en el lado opuesto a la ranura de fijaci extremo positivo en el lado opuesto a la ranura de fijaci ó ó n del nucle nucle ó ó tido (ATP o ADP) Su fijaci fijaci ó ó nn modifica la conformaci modifica la conformaci ó ó n de la G n de la G actin actin , haciendo m , haciendo m á á s abierto al citosol el sitio de fijaci el sitio de fijaci ó ó n del nucle n del nucle ó ó tido. Esto promueve el intercambio ATP/ADP ATP/ADP . Como habitualmente es mayor la concentraci Como habitualmente es mayor la concentraci ó ó n intracelular de ATP que la de ADP, este intercambio promueve el aumento en la concentraci concentraci ó ó n local de G G actina actina ATP ATP , promoviendo as , promoviendo as í la polimerizaci polimerizaci ó ó n. La Profilina puede secuestrar mon mon ó ó meros de actina funcionando como un acarreador como un acarreador . La liberaci . La liberaci ó ó n localizada de G n localizada de G actina actina ATP por la profilina puede promover la polimerizaci puede promover la polimerizaci ó ó n en lugares donde é é sta sea necesaria. sea necesaria.
Proteínas Accesorias • Individualmente, los microfilamentos son relativamente flexibles. En las células los filamentos de actina estan generalmente organizados en estructuras mas grandes y más fuertes por su interacción con varias proteínas accesorias. • La estructura exacta que puede asumir un grupo de miocrofilamentos depende de su función primaria y de las particulares proteínas con las que se une. • En lugares donde se requiere una mayor resistencia, los microfilamentos están organizados en haces paralelos estrechamente unidos. En las microvellosidades los microfilamentos son mantenidos estrechamente unidos por sus enlaces cruzados con las proteínas accesorias llamadas fimbr ina y vilina. • Los haces de filamentos se organizan más laxamente cuando la proteínas de enlace son proteínas de mayor longitud como la αactinina y la filamina o cuando se asocian con las fibras de esfuerzo en los fibloblastos. En estos casos, las redes de microfilamentos toman un aspecto de gel. • La actina, junto con filamentos de miosina, forman la actomiosina, la cual fundamenta el mecanismo para la contracción muscular.
Proteínas Fijadoras de Actina • Los microfilamentos interactúan con otras estructuras y funcionan de diferentes maneras por medio de su interacción con varias otras moléculas conocidas genéricamente como Proteínas Fijadoras de Actina (ABPs) • Las ABPs (actin binding proteins) presentan una gran diversidad no sólo en sus estructuras sino también en sus mecanismos de acción pudiendo: • i) Interferir con la dinámica de polimerización y de despolimerización de los microfilamentos (profilina); • ii) Promover el establecimiento de enlaces entre diferentes microfilamentos influenciando su estabilidad estructural (fimbrina, vilina, fodrina, filamina, actina α); • iii) Mediar la interacción de los microfilamentos con las membranas celulares (integrinas y caderinas); • iv) Funcionar como motores, (familia de las miosinas.
Proteínas Fijadoras de Actina • Algunas de estas proteínas asociadas participan en la regulación de la dinámica de polimerización de los microfilamentos: • i) Por el secuestro de los monómeros de actina G, limitando las posibilidades de polimerización: Vgr. profilina • ii) Por la fijación a uno de los extremos de los microfilamentos, impidiendo su crecimiento o su disociación: Vgr. proteínas tapa (capping proteins), gelsolina, vilina, actinina α • iii) Asociándose a las partes lateral de los microfilamentos, impidiendo su fragmentación: Vgr. tropomiosinas.
Localizacionoes Especiales
Un haz de microfilamentos de actina recorre el interior de cada microvellosidad, anclándose a las proteínas de la superficie interna de la membrana por medio de filamentos de miosina, y unos filamentos a otros por medio de las proteínas accesorias villina y fimbrina
La F La F actin posee polaridad tanto estructural cc ó ó mo funcional Demostración experimental de la polaridad de un filamento de actina por su fijación a la cabeza S1 de los dominios de Miosina. La Miosina fija a la actina con una leve inclinación. Cuando todas las subunidades se han fijado a la miosina, los filamentos de miosina parecen estar decorados con puntas de flecha todos ellas orientadas hacia uno de los extremos del filamento. Este extremo se conoce como “extremo apuntado” (pointed end).
+
_
+ +
+ _ Figure 183
Prote Prote íí nas “ Tapa Tapa ” l l l l
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Tapa ( Tapa ( Capping Capping ). Son prote ). Son prote íí nas que se fijan en, y cubren los, extremos del filamento de actina actina . Dependiendo de su punto de fijaci Dependiendo de su punto de fijaci ó ó n y de su actividad espec n y de su actividad espec íí fica diferentes tipos de prote diferentes tipos de prote íí nas tapadera pueden estabilizar el filamento o promover su disociaci filamento o promover su disociaci ó ó n. Por ejemplo: Las Tropomodulinas cubren o tapan el extremo negativo y estabilizan los microfilamentos de actina actina . El grupo de prote El grupo de prote íí nas conocido como CapZ se fijan al extremo positivo e inhiben la polimerizaci positivo e inhiben la polimerizaci ó ó n. Dos toxinas que han sido ú ú tiles experimentalmente desde este punto de vista son: l l
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Las Citocalasinas (de varias especies de hongos) cubren el extremo (( + + ) de la F ) de la F actina y bloquean la adici y bloquean la adici ó ó n de subunidades subunidades . Aunque lenta, la depolimerizaci depolimerizaci ó ó n en el extremo ( en el extremo ( ) puede provocar la desaparici ) puede provocar la desaparici ó ó n del microfilamento microfilamento . La Faloidina (obtenida de hongos de la especie Amanita) se fija en los lados de los filamentos de actina y los estabiliza notablemente. y los estabiliza notablemente.
Proteínas asociadas al Citoesqueleto A. De acuerdo al tipo de filamento 1. Asociadas a la Actina (Vgr. miosina) 2. Asociadas a los MTs (Vgr. Proteína Tau) 3. Asociadas a los IF
B. De acuerdo al sitio de fijación 1. en el extremo (nucleación, tapas, Vgr. Arp2/3, gelsolina) 2. en las partes laterales (Vgr. tropomiosina)
C. De acuerdo a su función 1. De refuerzo o entrecruzamiento (Crosslinkers) a. Gelificación (Vgr. filamina, espectrina) b. Para formar grupos o haces (Vgr. αactinina, fimbrina, vilina)
2. Adyuvantes en el proceso de Polimerización a. Nucleación („ severing” , Vgr. gelsolina) b. Estabilización (Vgr. profilin, tropomiosina)
3. Proteínas motrices o motoras
La adhesión celular a la MEC (matriz extracelular) se realiza en puntos específicos (puntos de contacto) por la interacción de complejos multiproteicos extra e intracelulares que además se unen firmemente al citoesqueleto, particularmente a los filamentos intermedios, para constituir adhesiones focales y fibras de esfuerzo (stress fibers).
Regulación de la forma celular Sobrevicencia celular
Respuesta al estrés
Adhesiones focales Proliferación celular
Migración celular Tráfico intracelular
• Los filamentos inter medios son fibr as semejantes a cuer das con un di das con un di áá metr o de ~ ~ 10 nm nm ; est ; est áá n constituidos por una numer osa y heter og og éé nea familia de pr ote ote íí nas que son car acter íí sticas de dichos filamentos. • Un impor tante gr upo de filamentos inter medios, colocada inmediatamente por debajo de la membr ana nuclear inter na, for ma una r ed llamada l ed llamada l áá mina nuclear . • Otr as estr uctur as se extienden a tr av av éé s del citoplasma, pr opor cionando sopor te a la c te a la c éé lula y tr asmitiendo, en los tejidos epiteliales, los esfuer zos mec zos mec áá nicos de una cc éé lula a las vecinas por medio de las uniones inter celular es es
Caracter Caracter íí sticas • Sin considerar su diversidad de secuencia y su subestructura particular, los filamentos intermedios conservan algunas similaridades con los microtúbulos y los microfilamentos, pero tienen tambien diferencias fundamentales con las otras estructuras del citoesqueleto • De acuerdo a estas diferencias, debemos esperar que los FI desempeñen funciones que difieren de las realizadas por otros componentes del citoesqueleto • Igual que los microtúbulos y los microfilamentos, los filamentos intermedios están regulados de una manera dinámica; se integran por completo a la estructura celular e interaccionan con una serie de proteínas intracelulares asociadas a su función • Pero tienen algunas propiedades básicas que son exclusivas de los FI: • Carecen de la polaridad estructural y funcional que es tan característica de los microtúbulos y los microfilamentos; • Su dinámica de asociación y disociación no depende de la fijación de nucleótidos ni de su hidrólisis; • Los mecanismos de ensamble y recambio, así como la localización intracelular donde se realizan, son particulares de los filamentos intermedios; • La poza intracelular de intermediarios in vivo es sustancialmente más pequeña • Característicamente se asocian con las estructuras de adhesión celular.
Ejemplos de Filamento intermedios
Los filamentos intermedios l l
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Estas fibras citopl Estas fibras citopl á á smicas tienen en promedio un diametro de 10 nm nm , son por lo tanto de tama , son por lo tanto de tama ñ ñ o "intermedio" entre los filamentos de actina (8 nm nm ) y los microt microt ú ú bulos (25 nm nm ). De esta caracter ). De esta caracter íí stica han tomado su nombre. Existen varios tipos de filamentos intermedios formados por una o m por una o m á á s prote s prote íí nas caracter nas caracter íí sticas de cada tipo: l l
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Queratinas Queratinas . Se encuentran en las c Se encuentran en las c é é lulas epiteliales y forman los pelos y las u los pelos y las u ñ ñ as. Se conocen m as. Se conocen m á á s de 20 clases diferentes de queratinas, caracter queratinas, caracter íí sticas de diferentes clases de c sticas de diferentes clases de c é é lulas epiteliales. Las L L á á minas nucleares que forman una red que estabiliza la membrana interna de la envoltura nuclear Los Neurofilamentos ayudan a configurar las axonas y las dendritas. Vimentinas Vimentinas , dan resistencia f dan resistencia f íí sica a las c sica a las c é é lulas, sobre todo a las musculares. musculares.
Filamentos Intermedios l l
Hay seis tipos diferentes de filamentos intermedios Hay seis tipos diferentes de filamentos intermedios : l l
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Tipos I y II: Queratina á á cida y b cida y b á á sica respectivamente. Se encuentran en las c en las c é é lulas epiteliales y forman los pelos y las u lulas epiteliales y forman los pelos y las u ñ ñ as. Son caracter caracter íí sticas de diferentes clases de c sticas de diferentes clases de c é é lulas epiteliales. Filamentos intermedios Type III III . Se encuentran en varios tipos celulares, incluyendo: Vimentina en fibroblastos, c en fibroblastos, c é é lulas endoteliales y leucocitos; desmina en m en m ú ú sculo; factor glial fibrilar á á cido en astrocitos y otras c y otras c é é lulas gliales gliales , y periferina en las fibras nerviosas perif nerviosas perif é é ricas. Tipo IV: Neurofilamentos H (pesados), M (medianos) y L (ligeros). H H , M y L se refieren al peso molecular de las prote M y L se refieren al peso molecular de las prote íí nas que forman los NF. Otro filamentos intermedio tipo IV es la " internexina " y algunos internexina filamentos encontrados en el cristalino ( filamentos encontrados en el cristalino ( filensina and faquinina faquinina ). Tipo V son las l Tipo V son las l á á minas nucleares que forman un soporte filamentoso a la capa interna de la envoltura nuclear. Las laminas son indispensables para la re son indispensables para la re estructuraci estructuraci ó ó n de la envoltura nuclear despu nuclear despu é é s de la divisi s de la divisi ó ó n celular. Tipo VI El cristalino contiene filamentos intermedios formados por dos prote prote íí nas de gran especificidad especificidad , la CP49 y la filensina filensina . l l
Estas prote ínas nas constituyen constituyen el el tipo tipo hom homó ólogo logo VI de los VI de los filamentos filamentos Estas proteí intermedios. intermedios .
Estructura • La estructura de las proteínas que forman los FIs es altamente conservada • Todos ellos tienen un dominio central αhelicoidal flanqueado por dos dominios no helicoidales que forman los extremos amino y carboxi terminales • El dominio central es muy similar en rodas las subunidades y en el se pueden encontrar numerosas repeticiones de hepta amino ácidos en las cuales la 1ª y la 4ª posiciones están ocupadas por amino ácidos hidrófobos. Esas secuencias repetidas son las responsables de la generación del dímero helicoidal que constituye el primer paso en el ensamblaje de los FI. • A diferencia del dominio central, ambos extremos muestran una considerable variación tanto en la estructura secuencial de amino ácidos como en la longitud de estos dominios • Son estas regiones terminales las que determinan la especificidad tanto de función como de localización de los FI. La fosforilación parece estar exclusivamente limitada a estas dos regiones. • El sitio específico, tanto en relación con el amino ácido fosforilado como la región, amino o carbvoxiterminal, en que se realiza el proceso determinan el tipo de modificación funcional o estructural que sufrirá el FI
Propiedades •
La formación de los filamentos Intermedios a partir de tetrámeros antiparalelos determina la naturaleza apolar de los filamentos intermedios citoplásmicos.
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Las redes formadas por filamentos Intermedios: •
Son mas fuertes que las redes de microfilamentos y que los microtúbulos
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Son capaces de reforzarse cuando son sometidas a estrés
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La configuración de las proteínas que forman los filamentos Intermedios está regulada por modificaciones realizadas posttraducción. Estas modificaciones afectan preferentemente los dominios no helicoidales de las proteínas.
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Las proteínas de los filamentos Intermedios no requieren proteínas asociadas para su ensamble.
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Los genes de los filamentos Intermedios se han encontrado en el genoma de todos los metazoarios que se han analizado hasta ahora.
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Los Humanos tenemos 70 genes que codifican las proteínas que forman los filamentos Intermedios .
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Los genes de las queratinas humanas se encuentran agrupados.
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Los genes de otros tipos de filamentos intermedios se encuentran dispersos.
Dinámica de los FI • In vitro, los FI se ensamblan muy rápidamente y no requieren ningún factor adicional. • Los FI son habitualmente considerados como estructuras estáticas, excepcionalmente estables y fáciles de obtener por su falta de solubilidad en los amortiguadores preparados en soluciones fisiológicas isotónicas. Sin embargo deben tenerse presentes las siguientes circunstancias: • Durante los últimos años se han atribuido a los FI un número creciente de funciones que requieren de ellos un continuo intercambio dinámico entre las subunidades solubles y los polímeros ensamblados. • Los FI necesitan adaptarse rápidamente a las condiciones mecánicas cambiantes del ambiente. • Este recambio dinámico es indispensable para su participación en una gran variedad de procesos celulares, como la mitosis y la diferenciación • Ahora sabemos que los FI se encuentran en un equilibrio sumamente dinámico que es básicamente regulado por procesos de fosforilación los cuales representan el regulador clave del funcionamiento, ensamble, organización, distribución intracelular e interacción de los FI con sus proteínas asociadas.
Similaridades estructurales de las Proteínas que forman los Filamentos Intermedios Tipo I (queratinas ácidas)
Tipo II (queratinas básicas y neutras) Tipo III (Vimentina, Desmina y Proteína Gfa) Tipo IV (Neurofilamentos) Tipo V (Lámina nuclear)
Queratinas Queratinas • Los filamentos intermedios de tipos I y II están formados por queratinas ácidas y básicas, respectivamente. • Ambos tipos de monómeros deben encontrarse en la misma célula pues los dímeros que se forman contienen un monómero de cada tipo, es decir las queratinas forman obligadamente heterodímeros. • Si experimentalmente se adiciona solo un tipo de monómeros marcados a una célula, la incorporación de la marca al citoesqueleto es apenas notable. Si por lo contrario se adicionan ambos tipos de monómeros marcados, el sistema de queratina intracelular se encuentra densamente marcado. • Pueden encontrarse diversos tipos de queratinas que en general son características de diferentes tipos de células epiteliales. Esta propiedad ha sido utilizada en la detección del origen celular de algunos cánceres, sobre todo cuando las células malignas han metastatizado.
Queratinas • La mayor parte de las proteínas que forman los filamentos Intermedios en los mamíferos son queratinas. • Las queratinas son heteropolímeros obligados de las proteínas de tipo I y de tipo II. • Las queratinas K8 y K18 son las queratinas menos especializadas. • En los epitelios, los filamentos intermedios de tipo I y II participan en la formación de uniones intercelulares del tipo desmosoma, y en las uniones de las células a la matriz extracelular, formando uniones de tipo hemidesmosoma. • En los desmosomas los filamentos intermedios forman asas dentro de las placas de unión con sus extremos extendidos dentro del citoplasma. Esto constituye una unión realmente estructural entre las dos células. • En las células musculares los filamentos intermedios que participan en la formación de desmosomas son " desminas" .
Queratinas n En general su función principal
es la de proveer una red de soporte para las estructuras intra citoplásmicas. n En la figura podemos ver como el Núcleo en las células epiteliales es mantenido en su lugar mediante una extensa red de filamentos de queratinas que lo rodea, lo protege y lo fija en un determinado lugar de la célula. n Se conocen más de 30 tipos diferentes de Queratinas, pero se sabe que cada tipo de célula epitelial puede tener sólo dos de ellas.
Proteínas asociadas a los filamentos intermedios de tipos I y II NATURE CELL BIOLOGY VOLUME 6 | NUMBER 8 | AUGUST 2004
Tipo de Filamentos No. de genes Proteínas asociadas Intermedios Actividad Nombre
Filamentos Intermedios tipo III • Se encuentran en una gran variedad de tipos celulares. • Cada tipo de filamentos intermedios tipo III es selectivamente encontrado en grupos determinados de células y frecuentemente han diso utilizados como sistema de identificación de dichos tipos celulares. • La Vimentina es típica de células derivadas del mesodermo: fibroblastos, células endoteliales, leucocitos; • La Desmina se encuentra en las células musculares, en ellas conecta los discos Z y los centros de las unidades contráctiles. También se encuentra en uniones del tipo desmosoma en uniones especializadas del músculo cardiaco. • La Proteína Glial Ácida Fibrilar la cual, como su nombre lo indica, se encuentra en las células gliales del sistema nervioso central. • Periferina presente en algunas neuronas • Muchas proteínas de tipo III y IV pueden coensamblarse unas con otras.
Proteínas asociadas a los Filamentos Intermedios de tipo III • La αBcristalina y la plectina se fijan a todos los filamentos intermedios de tipo−III; • La vimentina y la GFAP (proteína que forma filamentos intermedios localizados en los astrocitos y en la glia) fijan a la Hsp27 • La vimentina y la desmina se fijan a la desmoplaquina; • La vimentina fija a todas las proteínas conocidas como PKC, 1433, PLA2, fimbrina, policistina1, LMP (EBV) y Vmac; • La desmina fija a la nebulina.
Proteínas asociadas a los Filamentos Intermedios de tipo III v BPAG1n, plectina, miosina Va, PKN, cdk5, hamartina y HTLVTax interactuan con todos los neurofilamentos; v La αactinina se fija a la sinemina; v La αdistobrevina fija la desmuslina y la sincoilina; y v La p35 cinasa se fija a la nestina.
Filamentos Intermedios tipo IV • Incluyen los Neurofilamentos de tipos L, M y H, es decir de peso molecular bajo (Low), medio (Medium) o elevado (Heavy). • Estos neurofilamentos se encuentran habitualmente entrecruzados por medio de la proteína asociada llamada Plectina, la cual además también los une a los microtúbulos. Estas uniones proporcionan espaciamiento adecuado sin limitar la fortaleza de los filamentos intermedios. • Las proteínas que forman los neurofilamentos agregan su diámetro al propio del axón y por lo tanto influyen sobre su funcionamiento (axones mas grandes o gruesos conducen más aprisa). • Además de los neurofilamentos este grupo comprende otras proteínas: αinternexina, nestina, sincoilina, sinemina y desmuslina, estas dos últimas localizadas en el tejido muscular
Filamentos tipo IV. L Filamentos tipo IV. L á á minas l l
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Tienen un largo dominio central o bast Tienen un largo dominio central o bast ó ó n y llevan una se n y llevan una se ñ ñ al de transporte nuclear puesto que deben pasar del citoplasma, donde son sintetizadas, al n sintetizadas, al n ú ú cleo donde residen. Forman una cubierta continua justamente por debajo de la envoltu Forman una cubierta continua justamente por debajo de la envoltu ra nuclear, interrumpida s nuclear, interrumpida s ó ó lo en los lugares donde se encuentran los complejos que forman los poros nucleares. Cuando se observa el n Cuando se observa el n ú ú cleo con microscop microscop íí a electr electr ó ó nica la cubierta de l de l á á mina es dif mina es dif íí cil de percibir porque se confunde con la heterocromatina heterocromatina . Las L Las L á á minas son fosforiladas al final de la profase, lo que causa su disociaci disociaci ó ó n, esto sucede al mismo tiempo que se fragmenta la envoltura nuclear. Justamente antes de que se reforme el n Justamente antes de que se reforme el n ú ú cleo de las c cleo de las c é é lulas hijas, las laminas son defosforiladas y los filamentos de l y los filamentos de l á á mina reasociados alrededor de cada grupo de cromosomas e inmediatamente por debajo de la envoltura nuclear que se reasocia tambi debajo de la envoltura nuclear que se reasocia tambi é é n para reconstituir los n reconstituir los n ú ú cleos de las nuevas c cleos de las nuevas c é é lulas lulas
Las láminas • Las láminas son indispensables para la reestructuración de la envoltura nuclear después de la división celular. • Las láminas participan directamente en el establecimiento de la integridad y la forma del núcleo. • Algunos filamentos intermedios, como la queratina y la vimentina, han sido implicados en la localización de proteínas membranosas en dominios específicos de la membrana plasmática. • Además se ha demostrado que las láminas pueden fijarse directamente a la cromatina y asociarse con un variado número y tipo de proteínas nucleares, incluyendo reguladores específicos de la trascripción • Estudios recientes han demostrado la importancia que tienen las láminas sobre la expresión genética, lo cual se realiza a través de varios mecanismos: – determinando la organización de la cromatina; – regulando la transcripción de genes específicos; – participando en la transmisión de las señales que regulan los procesos anteriores.
Organización Monómero
Dímero. Paralelo Tetrámero. Antiparalelo, escalonado
Protofilamento Protofibrilla
Filamento intermedio
La organización de los filamentos intermedios comienza con la formación de dímeros proteicos. Los bastones se enredan uno sobre otro cómo una cuerda para formar el dímero. Los extremos amino y carboxi terminales se encuentran alineados. Algunos Filamentos intermedios forman homodímeros; otros forman heterodímeros. Estos dímeros se agregan en complejos antiparalelos de 4 cadenas (tetrámeros). Note que los extremos carboxi y amino terminales se proyectan libres en los extremos del protofilamento. Habitualmente existen tetrámeros libres en el citoplasma, por esta razón el tetrámero es considerado como la unidad básica fundamental de los filamentos intermedios. Dos tetrámeros unidos constituyen lo que se considera un protofilamento de 2 a 3 nm de diámetro. Cuatro protofilamentos, enrollados helicoidalmente sobre sí mismos, originan protofibrillas de 4 a 5 nm.
La asociación de 4 protofibrillas produce finalmente un filamento intermedio de 10 nm. Aunque los filamentos intermedios se consideran estructuras estables, si se fosforilan algunos de sus residuos de serina el filamento intermedio se desorganiza.
Proteínas asociadas a los filamentos intermedios •
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Las pr oteínas asociadas a los filamentos inter medios pueden fijar los filamentos entr e ellos mismos, pr oduciendo entr ecr uzamientos que les ayudan a mantener su estabilidad. También pueden unir los filamentos inter medios a otr as estr uctur as. – Podemos dar algunos ejemplos de este último caso.
• Plectina : Produce uniones de los filamentos intermedios con los microtúbulos
• Receptor β de la Lámina : Fija la lámina a la membrana interna de la envoltura nuclear
• Anquir ina : Fija los filamentos intermedios a los microfilamentos de actina, principalmente en la parte basal de la célula
• Desmoplaquina : Fija los filamentos inter medios a los desmosomas
Funciones generales • Los fiamentos intermedios (FI) son estructuras del citoesqueleto que ayudan a mantener la integridad de la célula y de los tejidos • Han sido implicados en una gran variedad de tareas, incluyendo: • Proveer a la célula de una red firme de soporte que la proteja contra los esfuerzos mecánicos a que está sometida continuamente • Mantenimiento de la forma celular, • Distribución y posicionamiento de los organelos subcelulares, • Migración celular. Es especialmente importante mencionar la participación de los FI a base de vimentina en la migración trans celular de los linfocitos • Crecimiento radial de los axones, • Moldeo y transporte de las moléculas de señalamiento. • Una misión importante de los filamentos intermedios es la disociación de la red citoplásmica y nuclear de FI durante la mitosis. • Muchas de las tareas de los FI son afectadas o reguladas por la fosforilación de alguno(s) de sus amino ácidos componentes • Además la fosforilación se reconoce como el mecanismo clave que regula la organización de los FI, así como la asociación con muchas optras moléculas con las que interactúan.
Funciones n n n n n n n n n n n n
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A pesar de su gran diversidad qu A pesar de su gran diversidad qu íí mica los filamentos intermedios desempe desempe ñ ñ an funciones similares dentro de la fisiolog an funciones similares dentro de la fisiolog íí a celular. Estabilidad mec Estabilidad mec á á nica de las c nica de las c é é lulas. Contribuyen a la organizaci Contribuyen a la organizaci ó ó n multicelular tridimensional caracter caracter íí stica de los diferentes tejidos. Estabilidad estructural, anclaje y posicionamiento del n Estabilidad estructural, anclaje y posicionamiento del n ú ú cleo (l (l á á minas nucleares). Son indispensables para la reestructuraci Son indispensables para la reestructuraci ó ó n de la cubierta nuclear despu despu é é s de la citoquinesis La asociaci La asociaci ó ó n entre los filamentos intermedios y las uniones intercelulares, desmosomas desmosomas , y con los elementos del mes mes é é nquima subyacente, hemidesmosomas hemidesmosomas , contribuye a la arquitectura y estabilidad estructural de las c estabilidad estructural de las c é é lulas y de los tejidos. Algunos filamentos intermedios, como la queratina y la vimentina, han sido implicados en la localización de proteínas membranosas en dominios específicos de la membrana plasmática.
Funciones l l
Posiblemente la funci Posiblemente la funci ó ó n m n m á á s importante de los filamentos intermedios consiste en darle soporte mec intermedios consiste en darle soporte mec á á nico firme a la membrana celular, particularmente en aquellos sitios en que debe entrar en contacto con otras c entrar en contacto con otras c é é lulas o con la matriz extracelular.
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Esta labor estructural y de soporte queda bien de manifiesto en el caso de las u caso de las u ñ ñ as y los cabellos, los restos de c as y los cabellos, los restos de c é é lulas epiteliales muertas, que estan formados pr formados pr á á cticamente por las prote cticamente por las prote íí nas de los filamentos intermedios.
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A diferencias de lo que sucede en el caso de los microfilamentos y de los microt microt ú ú bulos bulos , no se conocen ejemplos de la intervenci , no se conocen ejemplos de la intervenci ó ó n directa de los filamentos intermedios en la movilidad celular, n directa de los filamentos intermedios en la movilidad celular, n i de motores moleculares asociados a los filamentos intermedios.
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La organizaci La organizaci ó ó n intracelular de los filamentos intermedios y su asociaci asociaci ó ó n con la membrana plasm n con la membrana plasm á á tica sugiere, en cambio, que su principal funci principal funci ó ó n es estrictamente estructural para reforzar a la cc é é lula y apoyarla en su participaci lula y apoyarla en su participaci ó ó n en la organizaci n en la organizaci ó ó n de tejidos. n de tejidos.
Regulación de señales n
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Los filamentos intermedios citoplásmicos pueden interactuar con las proteínas receptoras de señales, incluyendo varias cinases, receptores, adaptadores y otros tipos de efectores, y modular de esta manera su funcionalidad. Los FI se convierten así en un mecanismo valioso para regular el flujo de la información que llega del ambiente extracelular, modificando la respuesta de los efectores terminales específicos intracitoplásmicos Dos mecanismos se han señalado como importante en esta función de los filamentos intermedios. n n
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Interacción directa de los filamentos intermedios con receptores de la superficie celular Interacción con proteínas adaptadoras cerca de la superficie celular limitando así la disponibilidad de este adaptador necesario para determinar la funcionalidad del complejo ligandoreceptor en la membrana plasmática.
De cualquier modo esta función de los filamentos intermedios debe ser de gran importancia en la regulación de las respuestas de las células a varios tipos de señales extracelulares, incluyendo las que regulan el ciclo celular, la muerte celular programada y la respuesta celular al estrés.
Alteraciones del Citoesqueleto •
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Micr ofilamentos – Las citocalasina B impide la polimer ización de los filamentos de actina. – La faloidina (del hongo Amanita phalloides) impide la despolimer ización de los filamentos actina. Micr otúbulos – La colchicina y los alcaloides de Vinca impiden el ensamblaje de los micr otúbulos. – El síndr ome del cilio inmóvil se debe a ausencia de br azos de dineína en los dobletes ciliar es. Los cilios del tr acto r espir ator io y los esper matozoides son inmóviles. – Otr os defectos en los cilios (ausencia de par centr al o de r adios) también impiden la motilidad ciliar y causan el mismo efecto. Degener ación gener al del citoesqueleto: – En el encéfalo de pacientes con enfer medad de Alzheimer se for man ovillos de degener ación neur ofibr illar , que contienen pr oteínas asociadas a micr otúbulos y otr as asociadas a neur ofilamentos. Se desintegr a el citoesqueleto neur onal.
Alteraciones del Citoesqueleto Filamentos intermedios •
En el humano más de 50 enfermedades están asociadas con mutaciones en los genes que codifican los filamentos intermedios.
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En par ticular modificaciones de las Quer atinas pr ovocan gr aves enfer medades de la epider mis: – Epidermolisis Bulbosa. Pr oducida por la falta o defecto de las quer atinas 5 ó 14. Se obser va la citolisis del estr ato basal y for mación de ampollas. – Hiperqueratosis Epidermolítica. Pr oducida por la falta o defecto de las quer atinas 1 ó 10. Se obser va citolisis y engr osamiento de los estr atos espinoso y cór neo. – Queratoma Epidermolítico Palmoplantar. Pr oducida por la falta o defecto de ls quer atina 9. Es una var iante de la enfer medad anter ior per o ubicada exclusivamente en la palma de la mano y planta del pie.
Alteraciones del Citoesqueleto Filamentos intermedios – Pr olifer ación alter ada de filamentos de quer atina for man los cuer pos hialinos de Mallor y de la hepatopatía alcohólica. – Pr olifer ación excesiva de neur ofilamentos se obser va en neur onas motor as espinales y cor ticales en enfer medades neur omuscular es degener ativas como la esclerosis lateral amiotrófica y la atrofia muscular espinal infantil (enfermedad de Werdnig). – Filamentos de desmina alter ados apar ecen en car diopatías congénitas. – Pr olifer ación excesiva de vimentina se obser va en el cr istalino de r atones tr ansgénicos con catar atas.