TEMA 8. Movimientos Celulares PDF

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TEMA 8. MOVIMIENTOS CELULARES 1. PROTEÍNAS MOTORAS Las proteínas motoras se unen a filamentos del citoesqueleto, de actina o microtúbulos. Se unen también a distintas ‘cargas o cargo’, como vesículas de secreción, orgánulos como las mitocondrias, los ribosomas los van moviendo por todo el citoplasma… Actúan gracias a la hidrólisis de ATP, y pueden hacerlo en distintas direcciones, tanto hacia el extremo +, como al extremo -. Su estructura consiste en: 

Dominio motor → Es la cabeza. ~ Es la zona que se une a la proteína que va a recorrer. ~ Permite el reconocimiento del tipo de filamentoal que se va a unir (identidad de la pista). ~ Determina la dirección en que lo que recorre → Hacia el extremo + o –. ~ Tiene lugar la hidrólisis de ATP.



Cola→Se une a la partícula/molécula a transportar. (Es la carga o cargo).

Las funciones de las proteínas motoras son: ~ Transporte de vesículas membranosas y ARNm. ~ Cambio de formas de estructuras citoesqueléticas. ~ Comportamientos celulares complejos. 1.1 MIOSINAS (UNIÓN A FILAMENTOS DE ACTINA). La miosina II se une a los filamentos de actina para permitir movimientos celulares (se desplaza sobre filamentos de actina hacia el extremo +). La miosina II se une a otras miosinas II para formar el filamento grueso de miosina. Está formada por: ~ 2 cadenas pesadas→ Forman el extremo N-terminal (cabeza). ~ 4 cadenas ligeras unidas 2 a cada cadena pesada. ~ 2 filamentos en hélice→ Forman el extremo Carboxi-terminal (cola). Varias de estas proteínas se asocian de manera que las cabezas quedan orientadas a los extremos del complejo (uniones cabeza-cola), y en la zona central queda una zona desnuda, donde sólo hay colas (uniones cola-cola).

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Los filamentos de actina interaccionan con las cabezas de la miosina, y gracias a la hidrólisis del ATP y el cambio conformacional de la miosina (las cabezas se flexionan), los filamentos de actina se deslizan5nm hacia la zona desnuda. Después, la desfosforilación de las cabezas provoca que éstas vuelvan a su conformación inicial. La sucesión de este proceso genera la contracción. Las interacciones entre actina y miosina II tienen diversas utilidades: ~ Actividades contráctiles en las células musculares. ~ Otras actividades en todo tipo de células:  Citocinesis (anillo contráctil, formado por actina y miosina, los filamentos de actina se deslizan sobre los de miosina, estrechándose la estructura del anillo y dividiéndose así el citoplasma).  Migración celular.  Adhesión celular (desmosomas en banda, uniones focales…).  

Miosina I→ Llevan a cabo funciones de unión a la membrana. Unen los filamentos de actina a la membrana plasmática. Miosina V→ En su cola llevan unidas vesículas y orgánulos (transporte de los mismos), por lo que llevan a cabo movimientos internos. (Al mismo tiempo que recorre hace el extremo +, se mueve la vesícula).  SARCÓMERO – CONTRACCIÓN MUSCULAR

Las fibras musculares (célula muscular) están formadas por la unión de diversas células, para formar una mayor y polinucleada. En el citoplasma de esta gran célula hay diversas miofibrillas, y cada una de ellas está compuesta por sarcómeros. Cuando hay calcio, la miosina se une a la actina y se produce la contracción muscular porque se tira de la titina y se unen los discos Z, pero cuando la señal de calcio cesa, la miosina deja de unirse a la actina y la titina vuelve a su posición inicial, alejándose los discos Z. Los sarcómeros son filamentos de actina y miosina II superpuestos. Son los elementos encargados de la contracción muscular. Se diferencian:   

Banda A→ Región donde están situados los filamentos de miosina II. Es electrodenso a microscopía electrónica. Banda I→ Región donde están situados los filamentos de actina. Tienen un disco Z en su región central. Línea M→ Región desnuda, donde sólo hay colas de miosina II, éstas están dispuestas de forma antiparalela. Pero las colas de las últimas miosinas se unen en

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una zona, interaccionan de forma antiparalela las colas, no hay cabezas. La cola derecha tira hacia la izquierda, y la izquierda hacia la derecha. Titina→ Proteína helicoidal que devuelve la posición original al sarcómero después de la contracción (en la relajación). Nebulina→ Proteína estabilizadora de los filamentos de actina. Tropomiosina→ Proteína estabilizadora de los filamentos de actina. Protegen las zonas de unión de la actina para evitar su unión a la miosina. Con la presencia de Ca2+, sufren un cambio conformacional y permiten la unión actina-miosina. CAP’sZ → Proteína estabilizadora de los filamentos de actina. Se unen al extremo +de los filamentos de actina y evitan su crecimiento. Tropomodulina→ Proteína estabilizadora de los filamentos de actina. Se une al extremo – y evita su crecimiento. Disco Z→ Región que separa un sarcómero de otro. Tiene unidos los extremos + de filamentos de actina, a través de sus CAP’s Z.

En la contracción, ambos discos Z se acercan hacia la línea M, ya que las cabezas de la miosina II tiran del extremo – de los filamentos de actina. Los sarcómeros forman las estrías del músculo esquelético y cardíaco.  LOCOMOCIÓN CELULAR Los movimientos sobre sustrato sólido los realizan diversos tipos celulares (excepto espermatozoides pues poseen un flagelo y no necesitan desplazarse por movimientos ameboides), como los axones de las células neuronales (uniones célula a célula, si las que van a dar lugar al tubo neural y al sistema nervioso se contraen, se deforman esos cinturones, desmosomas, van a dar lugar a las crestas neurales, y van a hacer movimientos sobre sustratos sólidos, durante la formación de la placa neural en la embriogénesis, los macrófagos y neutrófilos, durante la remodelación ósea, los fibroblastos están unidos por contactos focales célula- matriz en los tejidos pero los pueden romper para moverse sobre el tejido, durante la metástasis de las células tumorales (si éstas no pueden reorganizar la actina y no tiene movimiento, va a ser más difícil que produzca metástasis), en la formación del axón, el cono de crecimiento es lo 1º en respuesta a señales que hay en el medio (quimiotaxis), dirigiéndose hacia donde esté la señal, dicha protusión, hace que se incorporen más membranas, dando lugar a lamelipodios… Son movimientos ameboides, que consisten en la emisión de filopodios que se unen a proteínas de la matriz extracelular y se fijan a ellas, para después acercarse, y así sucesivamente. Es un proceso complejo e integrado que se compone de 3 fases: 

Protrusión (empuje hacia fuera). Polimerización de actina. Empuje de la membrana.

Reorganización de los filamentos de actina (el córtex de actina se reorganiza) para formar: ~ Filopodios (tubos) o microespículas→ Conos de crecimiento de los axones y fibroblastos. 1º GRADO EN MEDICINA / Mª INMACULADA CIDONCHA LOZANO (20152016)

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~ Lamelipodios (láminas) → Fibroblastos y células epiteliales. El lamelipodio se ancla al sustrato y se produce el movimiento. ~ Pseudópodos (amorfos, tridimensionales) → Amebas, neutrófilos y macrófagos. 

Adhesión

Fijación de los filamentos de actina al sustrato mediante contactos focales en la zona de evaginación. Cuanto mayor sea la adhesión, menor será la rapidez del movimiento. 

Tracción (la parte rezagada es arrastrada hacia delante).

Determinadas señales se envían a la región posterior de la célula para: ~ Deshacer los contactos focales de esta región posterior. ~ Formación de haces contráctiles de actina y miosina II para generar una contracción. Esto provoca el avance de la célula. 1.2 DINEÍNAS Y QUINESINAS Son proteínas motoras que interaccionan con microtúbulos. Transporte anterógrado o centrífugo (se transportan sustancias desde el interior al exterior de la célula). Transporte retrógrado o centrípeto (se transportan sustancias desde el exterior al interior de la célula). En función de la dirección de su recorrido hay varios tipos: ~ Dineínas→ Recorren los microtubulos hacia el extremo ~ Quinesinas→ Se unen a microtúbulos. Recorren los microtubulos hacia el extremo + generalemente. Son una gran familia, y están formadas por 2 cadenas pesadas y 2 ligeras. ~ Quinesina I → Estructura similar a la miosina II. Una ‘cuerda’ une ambos extremos (aminoterminal/cabeza, y carboxiterminal/cola). ~ Quinesina 3 →Sólo tiene una cabeza pesada. ~ Quinesina V →Aleja los microtúbulos. Recorren los microtúbulos a la vez. ~ Quinesina XIII →Es un factor de catástrofe, ya que su unión fomenta la despolarizaciónrápida de los microtúbulos, acortándolos. ~ Quinesina XIV → El extremo carboxiterminal corresponde a la cabeza, y el aminoterminal a la cola (al revés). Actúa como una dineína, moviéndose hacia el extremo -, aercando los microtúbulos. Cuando queremos mover una vesícula de exocitosis hacia el exterior celular, ésta ha de unirse a la cola de las quinesinas, ya que recorren el microtúbulo hacia el extremo +, que está orientado hacia el exterior celular. En cambio, cuando queremos mover una vesícula endocítica hacia el interior celular, ésta ha de unirse a la cola de una dineína, ya que recorren el microtúbulo hacia el extremo -. 1º GRADO EN MEDICINA / Mª INMACULADA CIDONCHA LOZANO (20152016)

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En el caso de las células neuronales, en las dendritas los microtúbulos están orientados al revés, con su extremo + hacia el interior celular, y el extremo – hacia la periferia.

 QUINESINAS Las funciones de las quinesinas son:   

Movimiento de vesículas. Ensamblaje del huso mitótico. Segregación de cromátidas.

El ciclo de estas proteínas motoras es: ~ Hay 2 sitios de unión al microtúbulo, uno unido firmemente (contiene ATP), y otro débilmente (contiene ADP). ~ Tiene lugar la hidrólisis del ATP, lo que provoca la separación de esta unión. El fosfato liberado se une al ADP de la otra unión y forma ATP, de manera que ahora se une firmemente. ~ La unión que ha sufrido la hidrólisis se desplaza sobre el microtúbulo.  DINEÍNAS (recorren el microtúbulo hacia el extremo -). Tienen 2 ó 3 cadenas pesadas (dominio motor). Nº variable de cadenas pesadas, según las dineínas. Hay 2 tipos de dineínas dependiendo de la función: 

Dineínas citoplasmáticas→ Son homodímeros (2 dímeros, 2 cadenas pesadas iguales), y tienen2 dominios motores. ~ Tráfico de vesículas. ~ Localización del Aparato de Golgi.

 Dineínas ciliares/axonémicas (el axonema está en el interior del microtúbulo de cilios y flagelos)/axonemales→ Son heterodímeros(2 dímeros, 2 cadenas pesadas diferentes), y heterotrímeros (3 dímeros, 3 cadenas pesadas diferentes) , teniendo2 ó 3 dominios motores. ~ Deslizamiento de microtúbulos. El dominio motor hidroliza ATP para sufrir cambios conformacionales, y así permitir el movimiento hacia el extremo – del microtúbulo. La cabeza de la dineína está próxima al microtúbulo, y cuando hidroliza el ATP se produce una unión fuerte a éste y un cambio de conformación que produce su avance. Al unirse ATP nuevamente, vuelve a su conformación original pero en una posición más avanzada.  TRANSPORTE INTRACELULAR DE VESÍCULAS 1º GRADO EN MEDICINA / Mª INMACULADA CIDONCHA LOZANO (20152016)

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Movimientos centrípetos/retrógrados→ Lo llevan a cabo las dineínas, ya que mueven las vesículas hacia el interior celular.  Movimientos centrífugos/anterógrados→ Lo llevan a cabo las quinesinas, ya que mueven las vesículas hacia el exterior celular.

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 ORGANIZACIÓN DE ORGÁNULOS Las dineínas y quinesinas permiten que los orgánulos alcancen su localización correspondiente para llevar a cabo su función de forma correcta. La despolarización de microtúbulos es producida por determinados fármacos, como la colchicina y el nocodazol. ~ Aparato de Golgi → Se anclan a dineínas para mantenerse en el centro de la célula, se dirigen hacia el centrosoma. ~ Retículo endoplásmico → Se anclan a quinesinas. Las quinesinas se anclan a los orgánulos de forma directa, pero las dineínas utilizan un complejo proteico denominado dinactina: ~ Los orgánulos se unen mediante glucoproteínas a filamentos de actina. ~ Los filamentos de actina, mediante una proteínas mediadoras se unen a la dineína. ~ La dineína se une al microtúbulo y se lleva a cabo el movimiento del orgánulo.

2. CILIOS Y FLAGELOS La estructura interna y el funcionamiento es igual en ambas estructuras, pero se diferencian en: ~ Los flagelos son más largos y escasos, y tienen un movimiento ondulante (espermatozoides), y los cilios son más cortosy abundantes. ~ Los flagelos sirven para desplazamientos en fluidos, como los espermatozoides, y los protozoos, y los cilios sirven para crear corrientes en los medios fluidos, como en el tracto respiratorio, y en el oviducto (conducto o hueco que hay en el interior de la trompa de Falopio y comunica el ovario con el útero), y para el desplazamiento como el paramecio. Son estructuras muy estables, cuya estructura consiste en: 

Corpúsculo basal→ Región interna, tiene la misma estructura que los centriolos (9 tripletes de microtúbulos – 9x3) ~ En su región proximal/basal hay láminas radiales que unen los tripletes a una estructura central. Se le denomina ‘rueda de carro’. ~ En su región distal NO hay estas proteínas, sólo los 9 tripletes. ~ Los tripletes están formados por 1 microtúbulo completo (A) y 2 incompletos (B y C).

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Zona de transición→ 9 dobletes de microtubulos (9x2). Cada microtúbulo tiene 13 protofilamentos. Cada doblete está conectado a otro por la nexina.

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Axonema/tallo→ Región externa. Formados por 9 dobletes de microtúbulos con 2 microtúbulos centrales, además de proteínas accesorias (9x2 + 2). ~ 2 microtúbulos centrales están rodeados por una vaina. ~ Los 9 dobletes de microtúbulos están compuestos por un microtúbulo completo (A)→ 13 protofibrillas, y otro parcial (B)→ 11 protofibrillas, unido al completo.

~ Fibras radiales→ Unen los microtúbuloscompletos (A) a la vaina central. Marrones. ~ Dineínas→ Hay cada 24 nanómetros (nm). Se unen a los microtúbuloscompletos (A). Rojas. ~ Nexinas→ Unen los microtúbulos completos (A) a los microtúbulos parciales (B) próximos. Verdes que unen los microtúbulos A con los B siguientes. La nexina no se mueve.  DINEÍNA CILIAR  

Unión al microtúbulo A por la cola, independiente de ATP. Unión al microtúbulo B próximo por la cabeza, dependiente de ATP. Dentro del axonema, los microtúbulos van desde la base con el extremo -, hasta el exterior mediante el extremo +. Gracias a la hidrólisis del ATP, la dineína transporta la carga que lleva en la cola (microtúbulo A) y lo intenta mover hacia el extremo –.

Debido a la presencia de las nexinas, este movimiento no se puede dar → En lugar de generar el desplazamiento de los microtúbulos, provoca que éstos se tensen y se doblen. Estos movimientos pueden ser:  Pendular → Cilios rígidos (generan varias corrientes).  Unciforme → Como un garfio (batida fuerte generando corriente, y luego recogida).  Infundibuliforme → Embudo (como dibujando un círculo). 1º GRADO EN MEDICINA / Mª INMACULADA CIDONCHA LOZANO (20152016)

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Ondulante → Ondas desde la base, típico de los flagelos.

Además, estos movimientos son sincrónicos (en los microtúbulos en perpendicular) y metacrónicos, se genera el mismo movimiento pero en diferentes fases, como una ola, movimientos de batida y recogida (asincrónico), (sincronizados por columnas pero no con la de al lado), (en los microtúbulos del frente de avance). El mal funcionamiento de los flagelos puede provocar, en concreto, debido a la ausencia de dineínas, que los flagelos no se mueven. ~ Infertilidad (porque los espermatozoides no se mueven bien, y no se produce la fecundación). Esperma inmóvil. ~ Infecciones respiratorias (> susceptibilidad a las infecciones pulmonares porque los cilios están paralizados). Se acumula el moco (parecido a los pacientes con fibrosis quística). ~ Síndrome de Kartagener → Los órganos están invertidos (situsinversus)→ Desplazamientos durante la gastrulación. Por ejemplo (tener el estómago girado hacia el lado izquierdo, el hígado en el lado izquierdo, y el corazón en el derecho. No todos los tienen, porque los cilios que se encargan de organizar la posición de los órganos, en las personas que no tienen éste síndrome funcionan bien, pero en los que lo tienen, al no funcionar éstos cilios, se pueden posicionar los órganos bien, o no, según el azar (50%)).

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