CITOESQUELETO: CLASIFICACION DE LOS COMPONENTES , TIPOS Y FUNCIÓN PDF

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Resumen completo de CITOESQUELETO.
INCLUYE: Componentes del citoesqueleto (filamento intermedios, actina, microtúbulos y proteínas accesorias, características, tipos y función....

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Def inici ón: Definici inición: Para que una célula pueda funcionar esta debe organizarse en el espacio y establecer relaciones mecánicas entre sí y con su entorno debe tener la forma correcta y una estructura adecuada. Muchas de las células también cambian de forma y se desplazan, reorganizan sus elementos internos mientras crecen, se dividen y se adaptan a nuevas circunstancias. Estas funciones espaciales y mecánicas las dan un SISTEMA DE FILAMENTOS denominados CITOESQUELETO. El citoesqueleto es un entramado tridimensional que forma una compleja red de filamentos internos, compuesta por varios tipos de proteínas que se encuentra el interior de celular, tanto en procariotas, como en eucariotas. Esta matriz fibrosa se extiende todo el interior celular hasta la cara interna de la membrana plasmática, no es una estructura permanente, sino que se desmantela y se reconstruye sin cesar. Está compuesto por tres tipos de filamentos proteicos principales: filamentos de actina, filamentos intermedios y microtúbulos. Así como necesitamos que nuestros ligamentos, huesos y músculos cooperen esto tres filamentos proteicos deben trabajar juntos para dar a la célula resistencia, forma y capacidad de movimiento.

Clasificación de los componentes del citoesqueleto: *FILAMENTOS INTERMEDIOS *FILAMENTOS DEACTINA *MICROTUBULOS *PROTEINASACCESORIAS Las proteínas accesorias se unen a los filamentos o a sus subunidades de manera que determinan los lugares de polimerización de los nuevos filamentos, regulan reparto de proteínas poliméricas entre sus filamentos y subunidades aisladas, aprovechan energía para generar fuerzas y unen filamentos entre sí u otras partes celulares como los orgánulos o la membrana plasmática. La actuación conjunta de estas permite que la célula eucariota forme una estructura inter organizada, flexible y en muchos casos móvil. El citoesqueleto está formado por tres clases de filamentos y un conjunto de proteínas accesorias.

Proteínas reguladoras:

Controlan el nacimiento, alargamiento(polimerización), acortamiento(despolimerización) y la desaparición de los tres filamentos principales del

Citoesqueleto.

Estos procesos están basados en las propiedades moleculares de estos filamentos debido a que son polímeros integrados por unidades monoméricas.

Proteínas ligadoras: Conectan a los filamentos entre sí o con otros componentes de la célula.

Proteínas motoras: Trasladar moléculas de un punto a otro del citoplasma. Hacen que dos filamentos continuos entre si dispuestos paralelamente se deslicen en dirección opuesta  constituyen las base de la motilidad, contracción y cambios en la forma de la célula. (+ fascinante)

Filamentos intermedios Se encuentran en casi todas las células animales, excepto en plantas y en hongos. La asociación de los filamentos intermedios con el núcleo y con la membrana sugiere que su función principal es estructural. Su organización celular es similar al de los microfilamentos, estos dos tipos se asemejan en que están asociadas a la membrana. A diferencia de los microfilamentos y los microtúbulos, estos no participan en la movilidad celular, ya que no existe movimientos conocidos dependientes de FI o proteínas motoras que se desplacen a lo largo de ellos. -

CARACTERÍSTICAS:  A diferencia de los MT y MF, los FI son muy estables, incluso después de su extracción con detergentes y concentraciones elevadas de sales, la mayoría de FI de una célula permanecen intactos, mientras que los MT y los MF se despolimerizan en subunidades solubles. Esta estabilidad es un problema especial para las células mitóticas, las cuales tienen que reorganizar las tres redes del citoesqueleto durante el ciclo celular. A pesar de la gran estabilidad de los filamentos intermedios, estos son frecuentemente modificados por fosforilación, la cual puede regular su ensamblaje o desensamblaje dentro de la célula. El ejemplo más claro es la fosforilación de la lámina nuclear, que resulta en su desensamblaje y rompimiento de envoltura nuclear durante la mitosis.  Los filamentos intermedios no se requieren en todos los tipos celulares, por ejemplo, los oligodendrocitos, los cuales se encargar de fabricar mielina para el sistema nervioso central de los vertebrados, no contienen estos filamentos.  También difieren en tamaño que los otros componentes, es más su nombre deriva de ello (Intermedios), poseen 10 nm de diámetro, más que los MF(7nm) y menos que los MT (24nm)  Las subunidades de filamentos intermedios no se fijan a NUCLEÓTIDOS y su ensamblaje para formar FI no requiere la hidrólisis de ATP o GTP, como la polimerización de Actina G y tubulina.  Son polímeros lineales cuyos monómeros son proteínas fibrosas α hélice. A diferencia de los MT y MF que son proteínas globulares.  Además, están compuestos de una gran variedad de proteínas (más de 50 diferentes incluyendo queratina, vimentina, laminina, entre otros) en contraste a los filamentos de actina y los microtúbulos que tienen un único tipo de proteínas (actina y tubulina, respectivamente). En vertebrados superiores, las subunidades que componen los filamentos intermedios constituyen una superfamilia de proteínas que se divide en 6 tipos principales según las similitudes en la secuencia. A diferencia de las isoformas de la actina y la tubulina, las clases de proteínas de los filamentos intermedios son ampliamente divergentes en secuencia y varían ampliamente en peso molecular.

A pesar de la considerable diversidad en tamaño y secuencia de aminoácidos, las diferentes proteínas de los filamentos intermedios comparten una organización estructural común: todas tienen un dominio central α-hélice en forma de vara de

aproximadamente 310 aminoácidos, rodeado por los dominios amino y carboxilo terminales que difieren en tamaño, secuencia y estructura secundaria. El dominio central desempeña una función esencial en el ensamblaje de los filamentos, mientras que los dominios cabeza y cola presumiblemente determinan las funciones específicas de las diferentes proteínas. El primer paso para el ensamblaje de los filamentos intermedios es la formación de dímeros en los cuales los dominios centrales de dos cadenas polipeptídicas se enrollan uno alrededor del otro. Luego los dímeros se asocian en forma antiparalela para formar tetrámeros, los cuales se asocian extremo a extremo para formar los protofilamentos; el filamento intermedio final contiene aproximadamente ocho protofilamentos, que debido a que fueron ensamblados de tetrámeros antiparalelos, tiene ambos extremos equivalentes. Consecuentemente, en contraste a los filamentos de actina y los microtúbulos, los filamentos intermedios son apolares, no tienen extremos distintos más o menos.

- LOS FI FILAM LAM LAMEN EN ENTOS TOS IN INTERM TERM TERMED ED EDIO IO IOSS SSEE CL CLAS AS ASIFIC IFIC IFICAN AN DE ACU ACUERD ERD ERDO OA DIS DISTRI TRI TRIBU BU BUCIÓ CIÓ CIÓN N EN TTEJI EJI EJIDO DO DOSS EESPE SPE SPECÍ CÍ CÍFIC FIC FICOS OS OS:: 1. Filamentos de queratina: “Tonofilamentos”, se encuentran en los tejidos epiteliales (epidermis y derivados), sus monómeros se llaman citoqueratinas, las clases más diversas de FI son las queratinas y se expresan en numerosas isoformas, las isoformas se dividen en dos grupos: se dividen en 10 queratinas específicas para tejidos epiteliales duros y 20 que recubren las cavidades internas del cuerpo. Se conocen dos clases de queratinas ( Clase I: queratinas acidas y Clase II: queratinas básicas o neutras), cada tipo de epitelio expresa una combinación característica de queratinas acidas y básicas. 2. Filamentos de vimentina: Es la proteína de FI de más amplia distribución, de expresión típica en leucocitos, vasos sanguíneos, células mesenquimaticas (fibroblastos). Contribuyen a sostener las membranas celulares, al núcleo y otros orgánulos en un lugar definido dentro de la célula. 3. Filamentos de desmina: Se encuentran en el citoplasma de todas las células musculares (estriadas o lisas) y son los responsables de la estabilización de los sarcómeros en el músculo en contracción; se unen entre si mediante una proteína ligadora llamada: sinamina. 4. Laminofilamentos: Es el grupo más ubicuo de los FI, se encuentran en todas las células, apoyadas sobre la cara interna de la envoltura nuclear existe un delgado entramado de FI, conocido como Lámina Nuclear( responsable de la forma y la resistencia mecánica de la envoltura nuclear), los cuales se caracterizan por ser los únicos en no estar en el citosol. Se tiene 3 clases de monómeros distintos, dos son producidos de forma empalmada codificadas por el mismo gen (láminas B y C) , mientras que la tercera es codificada por un gen distinto (láminas A). 5. Neurofilamentos: El centro de los axones neuronales está ocupado por los neurofilamentos (NF) cada uno de ellos es un heteropolímero y está compuesto de 3 polipéptidos: - NF-L, NF-M. NF-H- que difieren en gran

medida en el peso molecular. Los neurofilamentos son los responsables del crecimiento radial de un axón y en consecuencia, determinan el diámetro axonal, el cual se relaciona directamente con la velocidad del impulso nervioso que conduce. No solo sostienen la membrana nuclear interna, sino que también, proporcionan sitios de unión para los poros nucleares y los cromosomas en interfase.

- FU FUNCI NCI NCIÓN ÓN ÓN:: 

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Mantenimiento de la forma celular, establecen las posiciones de los organoides en el interior de la célula. No obstante, su función principal es de índole mecánica, de ahí que se encuentren más desarrollados en células sometidas a grandes tensiones. Los filamentos intermedios tienen propiedades mecánicas que son especialmente importantes en células sujetas a estrés mecánico y su principal función parece ser conferir fuerza física a las células y tejidos Algunos filamentos intermedios están involucrados en la producción de estructuras tales como el cabello, uñas y cuernos. Forman la lámina nuclear: se encuentran exclusivamente en el núcleo donde forman una red que cubre la membrana interna de la envoltura nuclear eucariota, que provee un sitio de anclaje para los cromosomas y poros nucleares. Forman una elaborada red en el citoplasma de la mayoría de las células. Tanto los filamentos de queratina como de vimentina se unen a la envoltura nuclear sirviendo aparentemente para posicionar el núcleo dentro de la célula. Adicionalmente, los filamentos intermedios se pueden asociar no sólo con la membrana plasmática sino también con los otros elementos del citoesqueleto. De esta forma, algunos filamentos intermedios van paralelos a la superficie celular mientras que otros atraviesan el citosol, formando una red interna que ayuda a soportar la forma de la célula y le da resistencia. Los filamentos de queratina de células epiteliales están fuertemente anclados a la membrana plasmática en dos áreas de contacto que son los desmosomas (uniones entre células adyacentes) y los hemidesmosomas (uniones entre células y matriz extracelular). De esta forma, los filamentos de queratina sirven como conexiones mecánicas entre células adyacentes en una capa epitelial, proporcionando así estabilidad mecánica al tejido completo. Dos tipos de filamentos especiales, desminas y neurofilamentos, desempeñan roles especiales en músculos y células nerviosas, respectivamente. La desmina conecta las agrupaciones de actina-miosina de las células musculares con otras agrupaciones y con la membrana plasmática, ligando por lo tanto las acciones de elementos contráctiles individuales. Los neurofilamentos son los principales filamentos intermedios de la mayoría de células maduras; son abundantes en los axones de las neuronas motoras donde parecen estar anclados a los filamentos de

actina y los microtúbulos. De esta manera, los neurofilamentos están implicados en la función de proveer soporte mecánico y estabilizar otros elementos del citoesqueleto en estas largas extensiones de las células nerviosas.

TIPOS

Filamentos de actina- microfilamentos La principal proteína del citoesqueleto de la mayoría de las células es la actina, la cual polimeriza para formar los filamentos de actina, estos son fibras delgadas y flexibles de aproximadamente 7 nm de diámetro. En las células, los filamentos de actina (también llamados microfilamentos) se encuentran de forma abundante bajo la membrana plasmática, donde forman una red que provee soporte mecánico, determina la forma celular y permite el movimiento de la superficie celular, posibilitando a la célula migrar, envolver partículas y dividirse. Los monómeros de actina son proteínas globulares (actina globular G) que tienen sitios de unión que median las interacciones cabeza a cola con otros dos monómeros de actina, polimerizando de esta manera para formar los filamentos. La actina G, que en presencia de ATP se polimeriza formando un filamento doble helicoidal, también llamado actina filamentosa o actina F. Debido a que todos los monómeros de actina se orientan en la misma dirección, los extremos de los filamentos tienen una polaridad distinta (llamados extremos más y menos o extremos protuberante y puntiagudo respectivamente). Los microfilamentos son capaces de crecer por adición reversible de monómeros a ambos extremos, sin embargo, el extremo que más se elonga es de 5 a 10 veces más rápido que el menos. Aunque el ATP no es requerido para la polimerización, los monómeros de actina a los cuales se une el ATP polimerizan más fácilmente que los que tienen unido ADP. El primer paso en la polimerización de la actina (llamada nucleación) es la formación de un pequeño agregado que consiste de 3 monómeros de actina. La polimerización de la actina es reversible, por lo que ellos pueden despolimerizar por disociación de las subunidades de actina, lo que les permite a los filamentos romperse cuando sea necesario. La nucleación de los filamentos de actina en la membrana plasmática está frecuentemente regulada por señales externas, permitiéndole a la célula cambiar rápidamente su forma y rigidez en respuesta a cambios en su ambiente externo. Los filamentos de actina están organizados en dos tipos generales de estructuras:  HACES DE ACTINA: los filamentos de actina se organizan en disposiciones paralelas  REDES DE ACTINA: los filamentos de actina se organizan en intersecciones diagonales. ACTINA G En cuanto a su estructura molecular, la actina G posee una apariencia globular al microscopio electrónico de barrido, no obstante, está compuesta de dos lóbulos separados por una hendidura, la estructura conforma el pliegue ATPasa, un centro de catálisis enzimática capaz de unir el ATP y Mg(2-) e hidrolizar el primero a ADP mas fosfato. La actina G solo es funcional cuando posee o bien ADP o bien ATP en su hendidura, no obstante, en la célula predominada el estado unido a ATP cuando la actina se encuentra libre. La secuencia de aminoácidos completa de este tipo de actina está formada 374 residuos de aminoácidos. Su extremo N-terminal es muy ácido mientras que u C-terminal es básico.

ACTINA F La actina F tiene una estructura filamentosa interpretable como una hélice levógira monocatenaria o bien como una hélice dextrógira bicatenaria con medio paso de rosca, estando cada actina rodeada de otras cuatro. Puesto que todas las subunidades de un microfilamento apuntan hacia el mismo extremo, se dice que el polímero presenta polaridad en su estructura. Este hecho da lugar a una convención: se nombra al extremo que posee una subunidad de actina exponiendo el lugar por el que une ATP al medio como «extremo (−)» mientras que en el opuesto, en el cual la hendidura está dirigida a otro monómero adyacente, es el «extremo (+)» En el músculo, el filamento helicoidal de la actina F contiene también una molécula de tropomiosina, una proteína de una longitud de 40 nanómetros que se enrolla alrededor de la hélice de actina F. Durante el estado de reposo celular, la tropomiosina recubre los sitios activos de la actina de modo que no se logra la interacción actina-miosina que produce la contracción muscular. Unidas a lo largo de la hebra de tropomiosina hay otras moléculas proteicas, las troponinas, complejos de tres polímeros: troponina I, troponina T y troponina C.

Proteinas moduladoras Una de las grandes ventajas de los filamentos de actina es su versatilidad, es decir, la facilidad con que se crean y se destruyen, así como por su capacidad de asociarse y formar estructuras tridimensionales. Esto se debe a un ejército de proteínas denominadas proteínas accesorias, de las cuales existen más de 100 tipos diferentes. Regulan la velocidad de creación y destrucción de filamentos, la velocidad de polimerización, la longitud de los filamentos de actina, así como su ensamblado para formar estructuras tridimensionales. De hecho, prácticamente no existen ni microfilamentos, ni proteínas de actina, "desnudos" en el citosol, sino siempre unidos a alguna proteína accesoria. La polimerización y despolimerización de los filamentos de actina se ven afectadas por numerosas proteínas denominadas accesorias (modificado de Pollard y Earnshaw, 2007). Las proteínas accesorias se pueden clasificar según su acción:

a) Afectan a la polimerización. Algunas proteínas, como la profilina, se unen a las proteínas de actina libres y favorecen su unión a filamentos preexistentes, mientras otras, como la timosina, inhiben su unión, evitando la polimerización espontánea. b) Afectan a la organización tridimensional, como las fimbrina y la α-actinina, que permiten la formación de haces de filamentos de actina mediante el establecimiento de puentes cruzados entre filamentos, mientras otras, como la filamina, permiten la formación de estructuras reticulares.

c) La cofilina, la katanina o la gesolina, provocan la rotura y remodelación de los filamentos de actina; d) Median en la interacción de los filamentos de actina con otras proteínas como la tropomiosina. e) Las proteínas de anclaje son intermediarias que permiten la unión de los filamentos de actina a estructuras celulares como los complejos de unión, a la membrana plasmática u otras membranas del interior celular. Algunas de estas proteínas pueden realizar más de una función. Existen factores adicionales que condicionan la acción de estas proteínas accesorias, como la concentración de calcio, proteínas como las Rho-GTPasas, lípidos o la mayor o menor expresión génica. También hay drogas que afectan a la polimerización de los filamentos de actina. Por ejemplo, las citocalasinas impiden la polimerización y las faloidinas impiden la despolimerización.

Funciones

- Contracción muscular En vertebrados acciones como correr, caminar, nadar y volar dependen de la contracción rápida del músculo esquelético, mientras los movimientos involuntarios tales como las palpitaciones del corazón y el peristaltismo dependen de la contracción del músculo cardíaco y el liso, respectivamente. Todas estas formas de contracción muscular dependen del ATP y son consecuencia del desplazamiento de filamentos de actina contra filamentos de miosina II. Las células musculares son altamente especializadas para una contracción rápida y eficiente. Las delgadas y largas fibras musculares son realmente células gigantes que se formaron por la fusión de muchas células separadas; la mayor parte del citoplasma está hecho de miofibrillas que son los elementos contráctiles básicos de las células musculares . Una miofibrilla es una estructura cilíndrica de 1 - 2 μm de diámetro que es frecuentemente tan larga como la misma célula muscular y consiste de pequeñas unidades contráctiles llamadas sarcómeros (de 2.2 μm de largo aproximadamente) que le dan a la miofibrilla su apariencia estriada. Cada sarcómero está formado por un arreglo ordenado de filamentos delgados y gruesos, paralelos y parcialmente superpuestos. Dentro de cada sarcómero las bandas oscuras (denominadas bandas A, formadas por filamentos gruesos que contienen miosina) alternan con las bandas claras (llamadas bandas I, compuestas de filamentos delgados de actina). Los extremos de cada sarcómero se definen como el disco Z. Los fil...