Citoesqueleto. Tema 9 1a parte PDF

Preview

Summary

Download Citoesqueleto. Tema 9 1a parte PDF

Description

Tema 9: Citoesqueleto El citoesqueleto está formado por proteínas que forman una malla tridimensional. Es una red microscópica de actina, filamentos intermedios, microtúbulos y Septinas ubicados en el citoplasma de numerosas células vivas. Todos los procariotas tienen citoesqueleto. Existen proteínas específicas para las bacterias, levaduras y eucariotas.

El citoesqueleto bacteriano. El único elemento del citoesqueleto presente en bacterias esféricas como S. aureus (arriba izquierda) es la división de célula de tubulina-como proteína FtsZ (verde), que se localiza en un anillo en el inicio de la división celular, recluta otras proteínas de la división celular y define el plano de división. Mayoría de bacterias en forma de varilla (arriba a la derecha) también contienen uno o más actina MreB homólogos (rojos), que exhiben patrones de hélice de localización y son esenciales para el control de ancho de celda. En el inicio de la división celular, el anillo de FtsZ forma y define el plano de división. C. crescentus, una bacteria vibrioide (abajo), contiene un tercer elemento del citoesqueleto, la crescentina como filamento intermedio (azul), que se requiere para la curvatura de la célula y se localiza en la curvatura interna de las células. En el inicio de la división en C. crescentus, MreB exhibe la relocalización de FtsZ-dependiente de una hélice a un patrón ring- en la ubicación del anillo de FtsZ.

En los procariotas se han podido identificar similares proteínas, p.e. la proteína FtsZ que va a conferir la forma a las bacterias en forma de cocos, y va a contribuir a formar el anillo de bipartición en bacterias que tienen división celular. Proteína similar a la actina MreB contribuyen al crecimiento y el mantenimiento de la forma y celular en bacterias bacilares, similares a las actinas. Bacterias en forma curvada, proteína que mantenga esa forma es la crescentina, similar a los filamentos intermedios. En bacterias con forma de vibrio las proteínas que participan en la bipartición son similares a las actinas y miosinas. Los principales componentes de citoesqueleto de células eucariotas: -

Microfilamentos formados por subunidades de actina y miosina

-

Microtúbulos formados por subunidades alfa y beta tubulina en forma de dímeros Filamentos intermedios formados por diferentes tipos de proteínas Septinas que son varias familias que se asocian entre sí para formar bandas o anillos

-

-

Principales funciones: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Soporte estructural para la membrana plasmática y los orgánulos celulares Un marco interno encargado de establecer las posiciones de los orgánulos dentro de la célula Medio para el movimiento intracelular de orgánulos y otros componentes del citosol Generador de fuerza que mueve las células. Soporte para las estructuras celulares móviles especializadas (cilios y flagelos) Componente esencial de la maquinaria que participa en la división celular Como transductor de señales. Desempeña un papel clave en la transmisión de señales del ambiente extracelular al interior de la célula.

El citoesqueleto contribuye a la formación de los tubos que forman los microtúbulos que van a formar el huso acromático. Permite la comunicación célula-célula a través de las conexiones directamente de las proteínas lamininas con la célula adyacente, o a través del citoesqueleto de actina directamente con la envoltura nuclear.

El citoesqueleto además contribuye no solo a la estructura, soporte sino que también participa en todos los transportes que consiste en movimiento a través de las proteínas motoras por carriles específicos. Principal función: mover vesículas, cromosomas durante mitosis y meiosis, formar anillos contráctiles durante la citocinesis (actina), contribuye a poner los orgánulos en células polarizadas cuya función depende del mantenimiento de los dominios de membrana.

Funciones: 1. 2.

3. 4.

5.

Andamio dinámico que brinda soporte estructural, el cual puede determinar la forma de la célula y resistir fuerzas que tiendan a deformarla. Un marco interno encargado de establecer las posiciones de los orgánulos dentro de la célula. Esta función resulta muy evidente en las células polarizadas, en las que ciertos orgánulos están dispuestos en un orden definido en el extremo apical de la célula. Red de rieles que dirigen el movimiento de materiales y orgánulos dentro de la célula. Ej.: traslado de moléculas de ARNm, movimiento de vesículas desde el RE al CG Es el aparato generador de fuerza que mueve a la célula. Los organismos unicelulares se mueven al propulsarse por un ambiente acuoso con la ayuda de orgánulos locomotores especializados que contienen microtúbulos (cilios y flagelos) que sobresalen de la superficie celular. Los animales multicelulares tienen diversas células con capacidad de locomoción independiente, como los espermatozoides, los leucocitos y los fibroblastos. La punta de un axón en crecimiento también tiene gran movilidad. Los elementos del citoesqueleto constituyen el aparato que se encarga de separar los cromosomas durante la mitosis y la meiosis, además de dividir la célula madre en dos células hijas durante la citocinesis.

Los enterocitos del intestino son los que mantienen la estructura, para que no se colapse. Las neuronas tienen largas prolongaciones del citoplasma que son las dendritas, soportadas por el citoesqueleto de actina. El citoesqueleto de actina no solo ofrece soporte sino también contractibilidad. Ordenación espacial – capacidad de ubica r los orgánulos en determinados lugares de la célula.

Septinas Proteínas que sobre todo están destinadas a crear compartimentos de membrana. Partes del citoesqueleto, en las levaduras contribuyen a formar la célula hija (lugar donde se iniciará la síntesis, contribuye a invaginar la membrana y a sintetizar la nueva pared celular. Cuando tenemos células ciliadas permite la elongación del cilio.

Las septinas son una familia de genes conservados evolutivamente que codifican proteínas de unión a GTP y PIB capaces de formar estructuras filamentosas no polares con diversas funciones celulares. Muchos de estos roles se centran en eventos de membrana asociados a la morfogénesis celular y determinación de polaridad celular. Septinas en varios procesos biológicos. Septinas pueden actuar como andamios o barreras de difusión en varios procesos biológicos en células de mamíferos. a)

Las células citoquinéticas tienen dos dominios hijos y un dominio citoquinético en el plano de la hendidura. Anillos de septinas pueden formar una barrera de difusión en el surco de división y actuar como un andamio para las proteínas de la citocinesis. b) Las células que no se dividen tienen septinas ensambladas en la membrana plasmática, que proporcionan rigidez a la célula y actúan como un andamio para restringir las proteínas de membrana, como receptores de membrana y transportadores y retracción de la membrana durante la formación de vesículas. c) El anillo del espermatozoide mamífero separa el anterior del posterior de la cola. Un anillo de septinas forma una barrera de difusión en el anillo, donde se requiere de integridad mecánica y estructural. d) Para separar la membrana ciliar de la membrana plasmática, un anillo de septinas forma una barrera de difusión en la base del cilio, y esto es necesario para la formación del cilio.

Filamentos intermedios Fibras fuertes, similares a cuerdas que proporcionan fuerza mecánica a las células que se someten a tensión física. Función arquitectónica, estructural. Mayores en grosor que los Microfilamentos, son las fibras de estrés, le proporcionan fuerza mecánica a la célula y como principal función mantienen la estabilidad del tejido. -

-

Diámetro aproximado de 10 nm (mayor que los Microfilamentos y menor que los microtúbulos) Las proteínas que los forman varían según el tipo de tejido y célula. Un filamento intermedio especial son las proteínas láminas son particulares porque forman un citoesqueleto muy especial, el citoesqueleto del núcleo, va a formar las láminas nucleares. Neurofilamentos (neuronas) La fosforilación interviene en el ensamblaje-desensamblaje de los filamentos intermedios. Son bastante estables, una vez que se ensamblan, no se desensamblan con facilidad.

ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN -

-

Polipéptido de 310 aa y 48 nm de longitud Configuración helicoidal excepto en tres regiones donde se despliega ligeramente, la más desarrollada es en el centro de la molécula. Éstas regiones separan cuatro secuencias de aa altamente repetitivas Extremo amino-terminal (cabeza) y carboxilo-terminal (cola de longitud variable con forma globular) Dos polipéptidos se ensamblan helicoidalmente formando dímeros, como una varilla de 1,5 nm de grosor Dos dímeros se unen antiparalelamente para formar un tetrámero de 3 nm de grosor Los tetrámeros se unen uno a continuación del otro formando el protofilamento o subfilamentos La cabeza y cola de cada polipéptido no se alinean con el eje del protofilamento por lo que el segmento repetitivo es de 42 nm Subfilamentos (posiblemente ocho) se adosan desfasados en una longitud de medio tetrámero para formar el filamento intermedio

Elementos del citoesqueleto que aportan resistencia mecánica Se anclan a los complejos de unión Se distribuyen en por el citoplasma y forman parte de la envoltura nuclear Están formados por monómeros con dos dominios: cabezas y zonas intermedias. Son apolares (*) Propiedades: -

Ningún motor proteico utiliza los filamentos intermedios como rieles No proporcionan señales direccionales al motor Ningún filamento intermedio tiene polaridad. Las proteínas que lo forman no le dan polaridad, por tanto no funcionan como riegues, donde tienen señal para motores, no participan en los movimientos de los orgánulos ni de las vesículas en el interior celular.

Una de sus principales funciones es la formación de desmosomas y hemidesmosomas, es decir intervienen en la unión célula-célula para formar tejidos y en la unión célula-matriz extracelular. Queratina La queratina de los mamíferos está constituida por proteínas fibrilares que se unen formando filamentos intermedios de 8 nm de espesor. Los filamentos de queratina no son exclusivos de los epitelios queratinizados, pues se han observado en casi todas las células epiteliales, incluidos los

endotelios, aunque hay excepciones, como los epitelios del iris y cristalino del ojo y los de los glomérulos y túbulos renales. Utilizando técnicas de inmunofluorescencia se aprecia que los haces de filamentos de queratina forman una red que recorre todo el citoplasma y es particularmente densa bajo la membrana plasmática y rodeando al núcleo. Los filamentos que se insertan en desmosomas, observados desde hace tiempo con el microscopio electrónico, corresponden generalmente a queratinas. Las queratinas son insolubles en tampones acuosos, pero pueden extraerse con disolventes desnaturalizantes, como urea 8 M, a pH bajo. Constituyen una amplia familia de polipéptidos, cuyos pesos moleculares varían desde 40 hasta 70 kDa. Estos polipéptidos están codificados por dos grandes grupos de genes, designados como tipo I y II; cada uno de los grupos comprende un conjunto de genes (al menos 22 del tipo I y 16 del tipo II), cuyos productos dan lugar a 20 variedades de queratinas blandas (designadas de K1 a K20) y 18 tipos de queratinas duras (designadas de Ha1 a Ha10 y de Hb1 a Hb8) distribuidas como sigue: 1. 2.

Tipo I. Son las queratinas ácidas y de menor peso molecular. Comprenden las variedades K9 a K20 y de Ha1 a Ha10. Tipo II. Son las queratinas neutras o básicas. Comprenden las variedades K1 a K8 y de Hb1 a Hb8.

Propiedades: -

-

Formada por proteínas fibrilares asociadas que forman filamentos de 8 nm de espesor Los haces de filamentos de queratina forman una red que recorre todo el citoplasma siendo particularmente densa bajo la MP y alrededor del núcleo Los filamentos que se insertan en desmosomas corresponden generalmente a queratina Se observa en casi todas las células epiteliales

Link YouTube Intermediate Filaments (ECB)

Laminas Nucleares Lamina nuclear o fibrosa (15-80 nm)que separa la cara interna de la membrana nuclear interna de la cromatina periférica

-

Participa en la organización de la membrana nuclear y cromatina Externamente interacciona con proteínas de la membrana interna Internamente se fija a puntos de la cromatina y guía las interacciones de la cromatina con la membrana nuclear Sus polipéptidos intervienen en la disolución y en la nueva formación de la membrana nuclear durante la mitosis

-

Lámina compuesta por 3 polipéptidos principales (láminas A, B y C): Dímeros en forma de varilla con dos cabezas globulares en un extremo Disposición en malla cuadrangular

Microtúbulos Se consideran los organizadores primarios del citoesqueleto de la célula eucariota. Se cree que las interacciones no covalentes entre protofilamentos adyacentes tienen una función importante para mantener la estructura del microtúbulo Los microtúbulos son un elemento del citoesqueleto formado por dímeros de α- y βtubulina que se organizan formando un tubo alargado. Son estructuras polarizadas con un extremo más donde se produce una alternancia entre polimerización y despolimerización, denominada inestabilidad dinámica. Los microtúbulos se forman en complejos proteicos formados por γ-tubulina . En las células animales, la γ-tubulina se localiza en el material pericentriolar de los centrosomas, mientras que en las células vegetales se encuentra dispersa en distintas localizaciones celulares

Los microtúbulos participan en numerosos procesos como la organización intracelular o la división celular, gracias a la colaboración de proteínas motoras: dineínas y quinesinas. El armazón y el movimiento de cilios y flagelos se basan en los microtúbulos y en sus proteínas motoras Función principal: mantener la posición de los orgánulos Características: Estructuras tubulares largas y huecas Diámetro externo 25 nm Sección transversal: anillos formado por 13 subunidades globulares Pared de grosor aproximadamente 4-5 nm Pared: hileras de proteínas globulares: protofilamentos  alineados en paralelo con respecto al eje longitudinal La polaridad estructural de los microtúbulos es un factor importante en el crecimiento de estas estructuras y en su capacidad para participar en actividades mecánicas dirigidas.

Protofilamentos Bloques diméricos formados por una subunidad de proteína tubulina alfa y una de tubulina Beta. Tubulina alfa y tubulina beta de estructura tridimensional similar. En consecuencia son asimétricos: con una tubulina alfa en un extremo y una de tubulina beta en el otro. Todos los protofilamentos de un microtúbulo con la misma polaridad.

En mamíferos existen como mínimo 6 formas distintas de tubulina alfa y otras tantas de tubulina beta. La secuencia de aa es muy semejante en todos los microtúbulos de todas las células de todas las especies animales.

Protofilamentos  heterodímeros

-

Extremo más 0 terminado en fila de subunidades Beta Extremos menos = terminado en fila de subunidades alfa Cada heterodímero lleva unidos dos guanosin-nucleótidos: GTP en tubulina alfa, que no se hidroliza y no es intercambiable GDP en tubulina Beta que se intercambia por GTP antes de ensamblarse en el polímero

Sin embargo el GDP que se une a la beta tubulina se puede hidrolizar y queda transformado en GTP. Eso implica que se polimericen, en fase de elongación del microtúbulo a medida que se van asociando los dímeros, y finalmente se hidroliza el GDP en GTP. Cuando esto ocurre el microtúbulo tiende a desestabilizarse. Tendería por el extremo – a desensamblarse continuamente. Una vez que se hidroliza el GDP tendería a desensamblarse la estructura, por tanto son lábiles, se ensamblan y se desensamblan con mucha facilidad (power 22) No son estables, sino que durante su crecimiento tienden a desestabilizarse y romperse. Porque el cambio de GDP a GTP provoca eso. Resumen: Los microtúbulos están formados por las Tubulinas, que forman dímeros (van de dos en dos) subunidades de alfa y beta Tubulinas. Las Tubulinas se asocian longitudinalmente formando los protofilamentos, y formando la estructura tubular. Los dos tipos de tubulina son polares, alfa tubulina tiene una carga negativa y la beta tiene la positiva. Un protofilamento siempre va a terminar en alfa tubulina y el otro extremo será positivo, de beta tubulina. Todos los protofilamentos tendrán un extremo positivo y otro negativo, cuando se pliegan entre sí tendremos un microtúbulo polar. Esta polaridad hace que los microtúbulos sean importantes carriles que permiten ser reconocidos por proteínas motores que llevan a cabo el transporte celular. La polaridad viene determinada por la despolarización por el GTP asociado a la alfa tubulina, que no se hidroliza y no es intercambiable, siempre se mantiene en forma de GTP.

Propiedades dinámicas de los microtúbulos -

La hidrólisis de GTP vuelve a los microtúbulos inestables Podrían desarmarse poco después de su formación

-

-

El crecimiento de los microtúbulos en la célula en condiciones fisiológicas se ve favorecido por las MAP, el cAMP (que participa en la fosforilación de las MAP), una concentración adecuada de Ca2+ y, sobre todo, por los centros organizadores de microtúbulos (MTOC) Factores estabilizadores: MAP

Link: Microtubule avi.

Proteínas asociadas a microtúbulos (MAP) Las proteínas asociadas a los microtúbulos (MAP) son las más conocidas y algunas de ellas son enzimas implicadas en el ensamblaje de los dímeros para formar los microtúbulos. Estabilizan el microtúbulo, por ejemplo las gamma Tubulinas que se asocian a microtúbulos y les confieren estabilidad. Proteínas MAP y proteínas tau se fijan al microtúbulo impidiendo que se desensamble. (*)Las Tubulinas siempre se incorporan por el extremo positivo del microtúbulo. La parte más vieja es el extremo negativo, que es la parte que se va a ir desensamblando con facilidad. -

Cada proteína tiene un dominio por el que se une al microtúbulo confiriéndole estabilidad Otro dominio puede proyectarse hacia fuera, por el que se puede interactuar con otros componentes celulares

Aunque tienen una morfología similar presentan diferencias marcadas en su estabilidad. Son lábiles (susceptibles a desarmarse), pero gracias a la asociación con proteínas estabilizadoras o centros organizadores de microtúbulos se consigue un cierto grado de estabilidad. Los microtúbulos lábiles son los que forman el citoesqueleto general de la célula, en citoesqueleto se ensambla y se desensambla teniendo en cuenta las necesidades fisiológicas de la cédula. Son encargados del transporte de orgánulos, de vesículas y macromoléculas  de mantener la posición de compartimentos celulares (RE, Golgi) Son los que determinan la polaridad del huso mitótico. Van a formar las fibras de Laster y el huso acromático, bien para la mitosis bien para la meiosis, y por tanto son los que forman el citoesqueleto funcional durante el ciclo de vida celular. Microtúbulos medianamente lábiles  en las neuronas maduras. Las dendritas regidas por el citoesqueleto de actina. Todo el citoesqueleto interior que permite que se mantenga toda la estructura del axón se mantiene gracias a los microtúbulos medianamente estables. Microtúbulos totalmente estables – una vez que se ensamblan no se desensamblan más. De aquellas estructuras que le confieren motilidad a la célula  los cilios y los flagelos. Una vez que la espermátida sufre espermiogénesis, a partir de su centriolo se van a formar fibras de microtúbulos que conformarán el flagelo, que no se desensamblarán más. Los centriolos están formados por alfa y beta tubulina, estructuras que no se desensamblan, y al contrario contribuyen a la formación del huso acromático, confiriéndole a la estructura más estabilidad. Organización de los ...