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: 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.

Funciones

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, cada

subunidad tiene un PM

aproximado de 55 kDa.

• cada subunidad está unida a

una molécula de GTP.

• en alfa la unión es irreversible

y el GTP no es hidrolizado a

GDP + P.

El rápido ensamblaje y desensamblaje de los MT permite la

renovación de los MT durante la división celular.

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.

• Constituyen del 5%-15% del

contenido proteico de los MT

• 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

Proteínas Microtubulares Asociadas o MAPs

• 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.

Formación de Microtúbulos

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.

Nucleación

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.

Elongación o Alargamiento

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.

Tipos de Microtúbulos

Centrosomas o Centros

Organizadores de

Microtúbulos (COM)

Centríolos

Material Pericentriolar

Centrosomas en Animales

Centríolos

9 tripletes

0,5 µm

0,2 µm

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

• 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.

• las responsables del movimiento de los MT son dos familias de proteínas motoras:

la dineína y la quinesina.

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 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.

• la dineína y la quinesina son responsables también del transporte de vesículas a

través de los MT.

Cilios

y

Flagelos

Los flagelos tienen movimiento

ondulatorio, son más largos, se

presentan en menor número

que los cilios

Los cilios actúan como remos,

se presentan siempre en gran

cantidad y su movimiento es

coordinado.

• 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

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.

• 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.

Cuerpo Basal

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

6-8 nm

actina F

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

cada monómero de actina se encuentra girado 166º

extremo +

extremo -

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

• 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.

• 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.

• 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 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.

• 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.

Contracción Muscular

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.

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.

Proteína de un Filamento Intermedio

310 aminoácidos

(hélice alfa abierta)

dominios globulares

(variable)

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.