ELEMENTOS DEL CITOESQUELETO PDF

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ELEMENTOS DEL CITOESQUELETO Estos elementos se encuentran en todas las células y son: -

Actina y microtúbulos: con movimiento extracelular e intracelular además del soporte. Filamentos intermedios: función de soporte.

Los filamentos de actina o Microfilamentos están formados por una proteína globular, la actina globular. En realidad los filamento están formados por dos cadenas enrolladas que conforman un diámetro de unos 7 nm. Estos filamentos tienen polaridad estructural (un extremo positivo y el otro negativo). A ellos pueden unirse nucleótidos de ATP. Intervienen en la contracción muscular, el movimiento ameboide, la locomoción celular, el crecimiento del citoplasma, la división celular y en el mantenimiento de la forma de células animales. Los microtúbulos está formados por subunidades que son dímeros de timina (formados por una alfa y una beta tubulina, que polimerizan formando protofilamentos y luego ya los microtúbulos). Son cilindros huecos formados por 13 protofilametos. Su diámetro es de 25nm y 15 nm. También están polarizado y se encuentran en el axonema, interviniendo en el movimiento celular, en el citoplasma, e intervienen en la organización de la forma celular animal, en el movimiento de cromosomas y en la disposición y movimientos de orgánulos. También a ellos se unen nucleótidos, en este caso de GTP. Los filamentos intermedios están formados por varias proteínas, que conforman gruesos protofilamento unidos final con final, de unos 8 o 12 nm. No tiene polaridad conocida y se encargan del soporte estructural, de mantener la forma de células animales, de la formación de la lámina nuclear, de mantener en orden las fibras musculares y están también en el axón de células nerviosas.

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El citoesqueleto bacteriano: proteínas homólogas. En procariotas hay algunas proteínas similares a las que tienen los eucariotas, con un tipo de función similar.

El único elemento del citoesqueleto presente en un una bacterial espirilo es la proteína de división celular parecida a la histona denominada FtaZ, la cual se localiza en el anillo central de la célula en división, recluta otras proteínas de la división y define el plano de división. Muchas rod bacterias también contienen otra proteína: actina-like MreB hommólogas, las cuales tienen unos patrones de localización similares a las histona-like y son esenciales para el control de la anchura celular. Y al comienzo de la división celular, el anillo FtsZ se forma y define el plano de división. C. crescentus, una bacteria vibriode, contiene un tercer elemento del citoesqueleto, el filamento similar al intermedio crescentín, requerido para la curvatura celular y localizado en la zona interior de la curvatura celular. En su división celular, MreB exhibe la relocalización dependiente de FtsZ desde la parecida a la hélice hasta el patrón anillo-like en la FtsZ localización de anillo.

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MICROFILAMENTOS DE ACTINA Están presentes en todas las células eucariotas y son esenciales para muchos movimientos de la superficie celular: desplazamientos a lo largo de la superficie celular, fagocitosis, citocinesis,… Y tienen un importante papel en la forma de la célula. Se asocian a un elevado número de proteínas (ABPs) que se unen los filamentos de actina, las cuales son responsables de modular sus funciones. Muchos de ellos son inestables y forman estructuras celulares temporales, como el anillo contráctil (produce la división celular, y hay un movimiento de la actina gracias a la miosina), y otros están estabilizados y forman estructuras celulares permanentes como las microvellosidades.

Tiene un papel en la forma de la célula porque forma el córtex celular que recorre la membrana plasmática y que están adheridos gracias a proteínas transmembranales que las fijan. Diferentes tensiones en el córtex deforman la membrana y da una forma determinada. Están formados por ACTINA o actina globular que forma un sol en el que se puede unir ATP en un agujero. No es redonda y tiene dos extremos diferentes. Forman filamentos de uno 7 nm de diámetro, y están polarizados, debido a la disposición ordenada de las moléculas de actina que siempre se acoplan con la misma orientación. Un microfilamento de actina es la polimerización de dos tipos de actina globular, la alfa y la beta, unidas en forma F. Dos filamentos F se juntarán formando un microfilamento: se juntan pies-cabeza (actina f es la que forma el filamento y un microfilamento son dos fibras). Una fibra de actina f es diferente porque empieza en los pies y acaba en una cabeza y se unen 2 formando el

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microfilamento.

Polimerización in vitro.

La polimerización se realiza in vitro y se demuestra que la polimerización tiene 3 fases: 1. Nucleación: es una fase lenta; diferentes actinas G se asocian formando un núcleo que normalmente son 3 actinas G a partir de las cuales se promueve la formación de los microfilamentos. A partir del núcleo, los filamentos crecerán tanto por una banda como por la otra. Se colocan los trímeros y ya empieza la elongación 2. Elongación: rápida; crecimiento por las 2 bandas que son estructuralmente diferentes. Cuando comienza a crecer el crecimiento no es idéntico en los 2 lados. Una banda polo positivo crece más rápidamente que la el polo negativo (5 veces más rápido que el negativo). Esto sucede porque las subunidades son diferentes y cuando una Actina g se inserta en un filamento cuando entra en el positivo el cambio conformacional para entrar al filamento es muy pequeño, pero cuando entra al negativo hay un cambio conformacional muy grande y muy lento. Cuando la actina G se une a ATP tienen más afinidad con otras actina ATP por lo que promueve la polimerización del 4

microfilamento. Por contra la ATP de la actina se hidroliza al cabo de un tiempo y cuando la actina del filamento se une a ADP la subunidad tienen menos afinidad por ellas mismas y promueven la despolimerización. Para despolimerizar tiene que estar unida a ADP. casquete de ATP-subunidad tiene más afinidad por ellas, se polimeriza. En el polo negativo el cambio es más lento y cuando la actina g unida a ATP unida entra en el filamento se está hidrolizando el ATP y por tanto tiene menos afinidad por lo que tiene una tendencia más baja a despolimerizarse. 3. Equilibrio: el número de subunidades en el filamento es fijo (se equilibra la cantidad que entra y la que sale por los polos--> cada polo está en equilibrio). Llegamos a la fase de equilibrio cuando el número de unidades que se añaden al filamento es igual al número de unidades que se va; este equilibrio se da a una concentración de actina denominada, concentración crítica. Si bloqueamos el polo negativo y no dejamos de polimerizar ni despolimerizarse, la concentración crítica se va. La concentración crítica del polo positivo es distinta que el del polo negativo: el positivo crece a una concentración de actina globular más pequeña. Si la concentración de actina que hay es menor que la crítica, el filamento se despolimerizará. Intercambio rotatorio. Consiste en un fenómeno en el que la longitud del microfilamento no crece ni decrece, pero hay un flujo de subunidades que entran por el polo positivo, fluyen por todo el filamento y despolimerizan por el negativo. Ocurre cuando la [actina globular] en el medio está en el punto medio entre la crítica del polo positivo y la crítica del polo negativo. Tenemos actina unido a GDP que forman un centro de... a medida que pasa hay una hidrólisis de ATP unido a nuestra proteína. En la fase de equilibrio las unidades que entran y que salen de un polo y otro, son equivalentes; entonces hablamos de concentración crítica. Cuando la concentración está por encima de la crítica, el microfilamento crece, y cuadno está por debajo, decrece. Hay muchas sustancias para mirar al microscopio los microfilamento: FALOIDINA: se une a los microfilamentos y los estabiliza y si esta está unida a un fluorocroma, puedes ver todo; CITOCALASINA B: bloquea la citocinesis, y obtenemos células binucleadas, para analizar procesos de segregación. In vivo: proteínas de unión a la actina. En vivo, la [actina] en la célula (0.5 mM) es mucho más grande que la crítica de cada uno de los polos, lo que quiere decir que la actina dentro de la célula se encontraría polimerizada,

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pero encontramos que en realidad una parte está como actina g y otra parte como microfilamentos; esto es porque unas proteínas se unen a la actina y modulan su actividad. La formación de los microfilamentos depende del equilibrio dinámico del pool de monómeros de actina G. Del total de actina, el 50% está en filamentos el otros 50% libre, porque las ABPs impiden la polimerización. La timosina se une a las AG globulares unidas a ARP y las actinas no pueden entrar en el microfilamento y bloquea la polimerización. Profilina: se unen a la AG y promueve la polimerización: induce el intercambio de ADP por ATP, y por lo tanto prepara la actina para poder entrar en el microfilamento (la actina siempre ha de entrar unida a ATP). La timosina se une a la AG evitando que forme microfilamentos, la profilina hace el intercambio de nucleótidos y promueve la polimerización,... Es decir que hay proteínas que modifican la polimerización y despolimerización de filamentos de actina. Y además hay proteínas nucleadoras que facilitan la nucleación de filamentos de actina: -

Complejo arp Forminas Proteínas que aceleran la despolimerización Proteínas que bloquean los polos Proteínas que las estabilizan lateralmente. Proteínas capaces de estructurar los microfilamentos en haces o redes que pueden adquirir estructuras al interior de la célula (microvellosidades).

Los microfilamentos pueden asociar proteínas motoras para el movimiento.

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POLIMERIZACIÓN DE ACTINA: la actina no tienen ningún centro nucleador de actina, sino que se encuentra libre en el citosol de forma que el inicio de la polimerización es muy lento, porque se ha empezar a formar ellos mismos. Al principio cuesta mucho que tres o cuatro microfilamentos de actina se asocien entre ellos de manera estable, pero una vez asociados, se crea un propio centro nucleador al cual se van añadiendo más monómeros de actina y se comienza a formar el filamento de actina rápidamente. El extremo positivo se denomina así porque es en el que predomina la polimerización, ya que se asocian las moléculas de actina y la polimerización es, por tanto, más rápida. Pero por el extremo negativo, también hay una polimerización, aunque es mucho más lenta. Proteínas de nucleación de filamentos de actina. La nucleación es lenta, por tanto estas proteínas la facilitan. Hay dos mecanismos: - Polimerización de microfilamentos gracias al complejo de la formina: la formina está formada por dos dominios: F2 (dímero azul, que en la de la derecha es la roja) y que tiene dos brazos; esta formina promueve la polimerización, gracias a que está asociada a la profilina (otra proteína que promueve el intercambio de ADP por ATP, y cuando las subunidades de AG están unidas a ATP tienen más afinidad por ellas mismas. Por tanto en los brazos de la formina hay profilina que se une a la AG y cambia el nucleótido, y la F. va poniendo las AG en el filamento, y a medida que va poniendo las subunidades, se va moviendo de manera que está siempre situado en el polo positivo, para que se generen filamentos largos. - Nucleación en forma de redes: complejo ARP. Está formado por ARP y la WASp; el complejo ARP sin las WASp no es funcional, sino que necesita que WAPs se activen y se una al complejo ARP, y se inicia la polimerización. Esta polimerización es sobre microfilamentos ya existentes, y se lleva a cabo la formación de nuevos microfilamentos con un ángulo de 70º sobre otro ya formado; queda de la forma de la imagen; típica de lamelipodios.

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Proteínas motodas de microfilamentos de actina. Las miosinas son proteínas motoras asociadas a los microfilamentos de actina. Solo salen tres pero hay bastantes más. Las miosinas están formadas por subunidades pesadas (azul) y otras ligeras (naranjas):  

Miosina i o minimiosina: una ligera y otra pesada. M II: una pesada y dos ligeras.

Las miosinas tienen capacidad ATPasa: se unen al ATP y los hidrolizan, lo que conlleva un cambio conformacional que da el movimiento. Así que su actividad ATP asa recae en las cabezas de las miosinas. En las cabezas con capacidad ATPasa y por tanto de mvto, se unen a los microfilamentos; la cola puede unirse a otras estructuras: una membrana, una vesícula, otro microfilamento,... En la miosina I o minimiosina: cabeza se une al microfilamento, y la cola se une a otro microfilamento, y cuando las miosinas hidrolicen ATP, habrá un deslizamiento de uno sobre otro. En la segunda imagen, la miosina II se ha unido por la cola a una vesícula, de tal forma que esta será transportada a lo largo del microfilamentos. Las miosinas siempre se mueven hacia el polo positivo de un microfilamento. La miosina V se encarga básicamente del transporte vesicular; cuando se estudió el mvto de esta miosina (con m. fluorescencia) demostraron que los pasos de una miosina V a lo largo de un microfilamento eran de 72, lo que demostraba que primero pasa una cabeza, luego la otra le pasa, la otra le pasa (como cuadno andas). Las miosinas son muy procesivas, no abandonan nunca el microfilamento.

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La miosina II es la más importantes, está en el sarcómero. Tiene la capacidad de formar filamentos bipolares de miosina. Cuando las cabezas se fosforilan, se despliega, y permiten la formación de filamentos, bipolares RAUL. Si ponen dos miosinas II bipolares entre dos microfilamentos, harás que los microfilamentos de actina se deslicen uno sobre el otro. los filamentos bipolares de miosinas en sarcómeros, banda de adhesión, anillo contractil,... EL movimiento de las cabezas de miosina, hace que la hidrolisis de ATP provoca un cambio conformacional en la estructura de la miosina. En ausencia de nucleótido, la miosina está unida el microfilamento de actina, cuadno llega el ATP la miosina se libera del microfilamento, una vez se hidroliza el ATP hace que la cabeza se mueva hacia delante, y ahora la cabeza se una a una actina más cercana al polo positivo. Ahora se liberará el fosfato y vuelve a su situación inicial, que hará que la cabeza se desplace hacia atrás, llevando al desplazamiento de todo el microfilamento de actina.

Células musculares esqueléticas. Las células musculares tienen en su interior las miofibras: un conjunto o secuencia de sarcómeros unos delante de otros; un sarcómero muscular es una seria de microfilamentos de actina estabilizados por dos bandas, y unos microfilamentos bipolares de miosina, situados entre los haces paralelos de actina. Además hay muchas mitocondrias para dar al ATP necesario para el 9

desplazamiento de la miosina por los filamentos de actina. La contracción es el desplazamiento de miosinas encima de la actinas (microfilamentos antiparalelos: polo + en la zona z). En el sarcómero cuando haya ATP y calcio las miosinas caminaran sobre las actinas cada una hacia el polo positivo del filamento bipolar no es flexible de manera que cuando vaya al polo + el sarcómero muscular será más corto. Cuando no hay calcio, el lugar de unión entre ( ) está tapado por la troponina; cuando hay calcio, se une a la ( ), se mueve el complejo que bloqueaba el sitio de unión a la actina miosina y se puede dar la contracción.

En la musculatura lisa, la organización es distinta. Células musculares. En las células no musculares: hay muchas proteínas que se unen a los microfilamentos que darán lugar a unas estructuras celular según la organización -

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Microfilamentos que se unen formando haces paralelos contráctiles. Se forman porque hay proteínas como la alfa actina que los coloca unos sobre otros; esto permite que los bipolares están en medio En haces que forman redes. La fimbrina promueve el solapamiento; están tan juntos que no hay miosina en medio, no capacidad de mvto. Entrecruzados formando redes.

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Estructuras formadas por microfilamentos Estas estructuraciones de los filamentos de la actina en la célula puede ser permanentes o transitorias. Hay células que tiene estructuras estables como el cinturón celular o uniones de adhesión. También tenemos estructuras siempre presentes pero que no son estables, sino que presentan una reorganización constante: son una serie de filamentos de actina que recorren constantemente la superficie. Hay una serie de estructuras formadas por microfilamentos de actina no estables y esporádicos como el anillo contráctil; filipodios y lamelipodios, solo presentes cuando la célula se mueve por un sustrato; las fibras de estrés, presentes en las células adheridas a superficie. 11

-Bandas de adhesión: filamentos de actina paralelos por debajo de las microvellosidades y de las uniones estrechas. Acaban con una serie de proteínas transmembranales. Filamentos bipolares de actina. Formación del tubo neural, gastrulación embrionaria (para dar lugar a los tres tipos de células) gracias a la contracción de bandas de adhesión.

- Fibras de estrés: Filamentos paralelos de actina contráctiles entre dos contactos focales (unión dependiente de actina entre célula y matriz extracelular). Las placas de adhesión donde llega el citoesqueleto a unos receptores transmembranales (integrinas) que se unen a la fibroneptina de la matriz extracelular. Desde cada contacto focal a otro, se generan unos haces paralelos de actino, que son las fibras de estrés, que recorren por encima la célula. Entre ellas están filamentos bipolares de miosina.

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Anillo contráctil: es una estructura temporal que solo se forma al final de la mitosis. Haces paralelos de actina entre los que está la miosina, con capacidad de contracción, que hacen que se estreche la célula hasta que se separa en dos. Generación: necesitamos generar los haces de actina y los bipolares de miosina; ha de haber un mecanismo para esto. Rho (GTPasa monomérica) actúa en dos lados: por un lado activa la formina (proteína nucleadora de microfilamentos de actina, por lo que al activarla se general filamentos de actina) y por otro lado fosforila la cadena ligera de las miosinas, lo que hace que se actina la formación de filamentos bipolares de miosina II.

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Microvellosidades: filamentos no contráctiles, estructura rígidas y estables.

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Córtex celular: red dinámica de actina formada por haces que se entrecruzan.

Movimientos celulares. Movimiento de una célula en un frasco de cultivo: las células están adheridas al sustrato por placas de adhesión; para que se desplace ha de generar unas prolongaciones que se harán que se estire la membrana plasmática, que se produce gracias a la polimerización de los filamentos de actina por debajo de la membrana plasmática; esto lleva a la formación de una prolongación, y para que no se vaya para atrás, la célula se desplaza hacia delante (formación de nuevas fibras de estrés) formando un nuevo contacto focal y rompiendo los de atrás, impulsando todo el citoplasma hacia delante. Esto se consigue gracias a los filopodios y los lamelipodios. Contracción de la miosina II de la parte que se mueve.

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Los lamelipodios son redes de filamentos de actina, y los filopodios son haces paralelos de microfilamentos, y sobresalen más. Los filamentos hacen como de uñas que se unen al sustrato, permitiendo que se generen nuevas fibras de estrés. En las partes finales, las fibras de estrés junto con la miosina II intercalada hacen una contracción que impulsa a la célula para que se mueva hacia delante. Los lamelipodios se forman gracias a los complejos ARP.

Faloidina (rojo) marca todos los microfilamentos, por lo que sabemos que se une a todos los microfilamentos y los estabiliza. Las ARP de verde, que se encuentran solo se encuentran en el frente de avanzada. En la de arriba coifilina no en el frente de avance; la coifilina fragmenta los microfilamentos. Modelo: yo genero unos lamelipodios gracias a los c...