El Citoesqueleto
Definición: Red compleja de filamentos proteicos que se extiende por todo el citoplasma y es fundamental para el mantenimiento y modificación de la forma celular, el movimiento, la división y las interacciones de las células
Está constituido por tres tipos de filamentos proteicos: Filamentos intermedios, Microtúbulos, Filamentos de actina
Tienen diferentes propiedades mecánicas y están formados por miles de subunidades proteicas (vimectina, tubulina y actina) que se ensamblan formando “hebras”
Es una estructura dinámica que se reorganiza de forma continua a medida que la célula cambia de forma, se divide o responde a su entorno.
Constituye “huesos” y “músculos” de la célula.
Responsable directo movimientos a gran escala como la contracción de las células musculares o los cambios de forma celular que constituyen el desarrollo embrionario.
El interior de la célula experimenta movimientos permanentes:
Traslados de orgánulos de un sitio a otro
La segregación de los cromosomas
La separación de las dos células hijas tras la división
El citoesqueleto es la maquinaria que posibilita estos movimientos intracelulares
Funciones generales del citoesqueleto
Mantenimiento de la arquitectura celular
Movilidad celular
División celular
Unión intercelular
Transporte intracelular
Determinación de zonas citosólicas funcionalmente independientes
ESTRUCTURA
Microscopía óptica: Célula cutánea (fibroblasto) fijada y teñida con Azul de Coomasi (tiñe específicamente las proteínas). Se observa un entramado filamentoso que se extiende por toda la célula.
Microscopía electrónica Estructuras fibrilares de diferentes tipos:
Fibras de 10 nm de diámetro similares a cuerdas FILAMENTOS INTERMEDIOS
Tubos cilindricos largos y rectos de 25 nm de diámetro MICROTÚBULOS
Estructuras más finas con 7 nm de diámetro. FILAMENTOS DE ACTINA /MICROFILAMENTOS
Cada tipo de fibra del citoesqueleto (Filamentos intermedios, microtúbulos y filamentos de actina) está constituida por:
Una proteína mayoritaria (monómero= actina ,tubulina, IF) que polimeriza formando estructuras grandes. Las subnidades se mantienen unidas por enlaces covalentes.
Proteínas accesorias: Son responsables del control de la polimerización y organización tridimensional de las fibras.
Estos elementos forman los protofilamentos que se enrollan unos sobre otros de forma helicoidal para formar la fibra.
FILAMENTOS INTERMEDIOS
Características generales:Se identificaron en las células musculares y se denominaron intermedios por tener un diámetro (10 nm) “intermedio” entre los filamentos finos de actina y gruesos de miosina.
Función general: Su misión fundamental es proporcionar a la célula resistencia al estiramiento mecánico. Son los más resistentes y estables de los tres elementos del citoesqueleto tienen mucha fuerza tensional.
Distribución: En el citoplasma de la mayoría de las células animales, no existen en las células vegetales.
Existen varios tipos de F.I con distinta ubicación
Forman la lámina nuclear (bajo la membrana nuclear interna) Distribuidos por el citoplasma formando una red que rodea al núcleo *Uniones intercelulares (distribución de fuerzas en tejidos epiteliales).
Estructura: Aunque existen diferentes tipos todos ellos muestran una estructura similar.
Son como cuerdas, formadas por hebras más finas largas y retorcidas de proteínas.
Las subunidades de la “cuerda” son proteínas fibrosas alargadas compuestas por:
Una cabeza globular en el extremo carboxilo
Un dominio central con forma de bastón. Es en realidad una región alfa-hel icoidal que permite que dos subunidades proteicas formen dímeros estables al enrollarse unos sobre otros.
Los dímeros se alinean de dos en dos formando un tetrámero Los tetrámeros se unen por sus extremos
Los tetrámeros se ensamblan y dan lugar a una estructura helicoidal que contiene ocho cadenas de tetrámeros que constituyen el filamento intermedio
Además,.hay proteinas que refuerzan y estabilizan a los filamentos intermedios, son proteinas accesorias que forman uniones cruzadas entre los haces filamentosos dando lugar a una red. Una de ellas PLECTINA es muy importante ya que une los FI con los microtúbulos, con los filamentos de actina a estructuras adherentes en los desmosomas,
FUNCION*. Confieren resistencia a la tensión mecánica
Predominan en células sometidas a estrés mecánico: Axones de las neuronas; células epiteliales cutáneas, células musculares.
Al estirarse distribuyen de forma más uniforme la fuerza mecánica ejercida sobre la célula evitando su rotura por tensión
CLASIFICACIÓN: Existen cuatro categorías de filamentos intermedios:
Filamentos de Queratina : En células epiteliales
Filamentos de Vimentina: Neuroglía, tejido conectivo, células musculares.
Neurofilamentos: Neuronas
Filamentos que constituyen las láminas nucleares: Proporcionan resistencia a la membrana nuclear de las células animales.
Los filamentos intermedios tapizan la cara interna de la envuelta nuclear forman una red bidimensional que constituyen la lámina nuclear. Están formados por un tipo de proteínas llamadas LAMININAS.
Estos filamentos se desensamblan y reconstituyen durante cada división celular (los del citoplasma no) cuando la envoltura nuclear se rompe en la mitosis y se reorganiza en las células hijas.
Proporcionan sitios de enlace para la cromatina
El ensamble y el desensamble de la lámina nuclear está controlado por la fosforilación y desfosforilación de las LAMININAS.
MICROTÚBULOS
Definición: Son estructuras cilindricas largas y huecas formados por la proteína TUBULINA. Tienen un diámetro externo de 25 nm
Son más rígidos que los filamentos intermedios o los filamentos de actina. Sin embargo, son estructuras dinámicas con continuas polimerizaciones y despolimerizaciones.
Uno de sus extremos está siempre unido al centro organizador de microtúbulos denominado CENTROSOMA
Funciones:
La forma celular
Trans porte intracitoplasmatico
Movimiento celular (cilios /flagelos )
La división celular (huso mitótico)
Guías movimiento de orgánulos
Estructura:Están formados por subunidades de TUBULINA. Cada una de ellas es un dímero formado por dos proteínas globulares muy parecidas unidas firmemente por enlaces no covalentes. a-Tubulina y p-Tubulina.
Los dímeros se apilan formando un protofilamento, dónde se alternan la a-Tubulina y la [b-Tubulina. La unión de 13 protofilamentos constituye el MICROTÚBULOS
Proteínas asociadas a los microtúbulos (MAP): Participan en el ensamblaje de los dímeros, estabilización de los microtúbulos y en su relación con otros adyacentes.
Cada protofilamento que integra el microtúbulo tiene una polaridad estructural: Siempre en un extremo está la
a-Tubulina y en el otro la b-Tubulina.
Esto determina la existencia de un extremo denominado mas (f>-Tubulina) y otro denominado menos en el microtúbulo.
Esta polaridad, es esencial para que puedan cumplir sus diferentes funciones.
Por ejemplo: La polaridad determina la dirección para el transporte celular.
ENSAMBLAJE DE MICROTÚBULOS
Los microtúbulos se ensamblan a partir de centros organizadores especializados que controlan el número, localización y orientación citoplasmática de los microtúbulos.
En las células animales crecen desde una estructura denominada CENTROSOMA situada al lado del núcleo cuando la célula no está en mitosis. El centrosoma también existe en células vegetales
Comprende en la mayoría de los casos los centríolos y un agregado de moléculas necesarias para la formación de los microtúbulos).
Desde el centrosoma, los microtúbulos en formación se extienden hacia la periferia celular, creando un sistema de “rieles” para que los orgánulos e inclusiones se muevan por la célula
nucleación: Los centríolos (estructuras cilindricass formadas por micootúbulos) ubicasdos dentro del centrosoma son un misterio, ya que no son necesarios para la formación de los microtúbulos. No existen en células vegeta les Sólo se necesita la gama tubulina y los dímeros.
Polimerización y despolimerización de los microtúbulos
Una vez que el microtùbulo se ha nucleado (se asocia a gama tubulina) su extremo positivo crece hacia la periferia durante varios minutos agregando de dímeros de tubulina.
De repente, ocurre un cambio brusco y comienza a perder sus dímeros desde su extremo libre. A partir de este momento, puede comenzar a crecer nuevamente o desaparece por completo.
Este comportamiento se denomina inestabilidad dinámica.
Se debe a la capacidad intrínseca de las moléculas de tubulina de hidrolizar GPT
Esta instabilidad, hace posible un remodelado rápido que resulta vital para su función.
Por ejemplo el HUSO MITÓTICO (sistema de microtúbulos que guía a los cromosomas durante la mitosis) se mantiene por un equilibrio constante entre la adicción y la pérdida de subunidades de tubulina. Para que el uso mitótico funcione los microtúbulos deben ser capaces de ensamblarse y desensamblarse.
FUNCIONES
Organizan el citoplasma celular. Para ello se asocian entre si, y con componentes de la superficie celular, la envoltura nuclear y orgánulos por medio de proteínas asociadas (MAP). La posición de las mitocondrias, RE y CG se ha relacionado con los microtúbulos.
Intervienen en el cambio de forma y polarización celular:
Axones y dendritas de las neuronas: Haces de microtúbulos longitudinales que cumplen una función citoesquelética y de transporte de sustancias.
Células epiteliales: Junto con los filamentos intermedios contribuyen al mantenimiento de la forma y de la polaridad de las células.
Transporte intracelular: Junto con filamentos de actina forman carriles para la distribución de partículas y orgánulos en el interior de la célula.
Para ello, las MAP se asocian con PROTEÍNAS MOTORAS que poseen actividad ATPasa (hidrólisis del ATP). Utilizan la energía derivada de ciclos repetidos de hidrólisis de ATP para desplazarse de forma continua y unidireccional a lo largo del filamento de actina o del microtúbulo. De forma simultánea, se unen a otros componentes celulares y los transportan.
Hay decenas de proteínas motoras que se diferencian por el tipo de filamento al que se unen, el material que transportan y la dirección.
Las que se asocian a microtúbulos pertenecen a dos familias:
Cinesinas: Se desplazan hacia el extremo más
Dineinas: Se desplazan hacia el extremo menos.
Ambos tipos tienen dos cabezas globulares fijadoras de ATP y una cola que se une a algún componente celular.
Transporte intracelular: Microtúbulos
DIVISIÓN CELULAR
Forman las fibras del huso acromático para separar los cromosomas durante la mitosis CILIOS Y FLAGELOS
definición:Los cilios y los flagelos se encuentran en células de organismos eucariotas salvo en las plantas superiores.
Se sitúan en superficies libres de la célula pero siempre enfundados por la membrana plasmática. Función general:
Desplazamiento en el medio: dinoflagelados, espermatozoide
Desplazamiento del medio: para movilizar las sustan cias nocivas (tráquea) o renovar las sustancias necesarias para la respiración (branquias).
Estructura: La estructura de cilios y flagelos es muy similar aunque los cilio son por regla general numerosos y cortos y los flagelos escasos, gruesos y largos
CILIOS: Estructuras piliformes de 0,25 jL/m de diámetro cubiertas de membrana plasmática que parten de la superficie celular.
Cada cilio esta formado por:
Porción central formada por un haz de microtúbulos
Cuerpo basal del que provienen los microtúbulos, está localizado en el citoplasma y actúa como un centro organizador del cilio
Movimiento: Es como un remo Ciclos repetidos
Su principal función es desplazar el agua sobre la superficie de una célula o propulsar células aisladas a través de un medio líquido.
Protozoos: para nutrirse o para moverse
Tracto respiratorio: Eliminar partículas de polvo y células muertas
Pared de las trompas de falopio: Desplazamiento del óvulo.
FLAGELOS: Aunque la estructura interna es muy similar a la de los cilios, por regla general son mucho más largos.
Función: Están diseñados para desplazar a toda la célula.
A diferencia de los cilio no crean una corriente a su alrededor, crean un movimiento ondulante regular que se propaga por toda su extensión y sirve para impulsar a la célula por un medio líquido.
En las bacterias, no están constituidos por microtúbulos sino por subunidades de una proteína llamada FLAGELINA
ESTRUCTURA DE CILIOS Y FLAGELOS
Los microtúbulos de cilios y flagelos son ligeramente diferentes a los del citoplasma y tienen una disposición muy particular.
Corte transversal:
Nueve dobletes de microtúbulos dispuestos en forma anular alrededor de un par de microtúbulos aislado (9+2). Esta estructura 9+2 es característica de prácticamente todos los cilios y flagelos de las células eucariotas. Además existen proteínas asociadas a los microtúbulos:
Unas mantienen los microtúbulos unidos entre si (Nexina)
Otras generan la fuerza que permite el movimiento del cilio o flagelo. La más importante la Dineína que genera una fuerza deslizante entre dos microtúbulos
FILAMENTOS DE ACTINA / MICROFILAMENTOS
Características: Los filamentos de actina, se encuentran en todas las células eucariotas y son esenciales para muchos de sus movimientos.
Sin filamentos de actina la célula no podría fagocitar ni tampoco dividirse.
Son polímeros helicoides de la proteína ACTINA con una estructura flexible de 7 nm de diámetro.
Se organizan formando haces lineales, redes bidimensionales y geles tridimensionales.
Aunque están dispersos por toda la célula, se concentran en la capa de citoplasma situada inmediatamente por debajo de la MP.
Los filamentos de actina, se asocian con diferentes proteínas fijadoras de actina que los estabilizan y permitiendo que cumplan con sus funciones celulares.
Estructura: Los filamentos de actina son hebras de 7 nm cada una de ellas es una cadena trenzada de moléculas globulares de actina orientadas todas ellas en la misma dirección
Como los microtúbulos, tienen polaridad estructural con un extremo mas y uno menos. Los monómeros de actina se añaden por los dos extremos aunque el crecimiento es mayor en el más. Son más delgados, cortos, flexibles y mucho más abundantes que los microtúbulos.
Cada monómero de Actina libre porta una molécula de ATP fuertemente unida que se hidroliza a ADP poco después de su unión al filamento en crecimiento.
La hidrólisis del ATP promueve la despolimerización y ayuda a la célula a desensamblar los filamentos después de su formación.
Este proceso no es continuo, está regulado gracias a otras proteínas como la Timosina que retiene a los monómeros de actina del citoplasma impidiendo su unión hasta que la célula requiera más filamentos
Hay muchas proteínas fijadoras de actina en las células la mayoría se unen a filamentos ensamblados y controlan su comportamiento.
En las microvellosidades hay proteínas que mantienen los filamentos en haces paralelos.
Existen proteínas motoras que se asocian a los filamentos para formar haces contráctiles como en las células musculares.
Según su asociación con diferentes proteínas, los filamentos de actina pueden dar lugar a la formación de:
Estructuras rígidas y relativamente permanentes:
Las microvellosidades intestinales
Los haces contráctiles del citoplasma que se contraen y actúan como los “músculos” de la célula.
Estructuras temporales:
El anillo contráctil que separa el citoplasma en dos durante la división de las células animales.
Funciones:
Responsables del deslizamiento celular : Muchas células se deslizan por superficies (amebas, leucocitos neutrófilos), los mecanismos que controlan este deslizamiento son muy desconocidos pero se sabe que hay tres hechos relacionados de gran importancia:
La célula envía proyecciones (lamelipodios). Contienen una densa red defilamentos de actina.
Las proyecciones se adhieren a la superficie por la que se desliza la célula
El reto de la célula es llevado a dicha superficie por tracción usando estos puntos de apoyo.
Los tres procesos requieren de la participación de la actina.
Microfilamentos de las microvellosidades intestinales:
Las microvellosidades del las células epiteliales del intestino contienen entre 34 y 40 microfilamentos de actina dispuestos paralelamente al eje principal.
Estos microfilamentos, forman haces no contráctiles ya que las microvelloidades no tienen por que contraerse para realizar su función.
Por el contrario, deben mantenerse separadas unas de otras para ue a través de su superficie tenga lugar la absorción intestinal.
Por este motivo deben ser rígidas.
Formación del anillo ecuatorial en la citocinesis animal:
Al final de la mitosis cuando los cromosomas se han repartido y se están formando los núcleos hijos (telofase) las células animales comienzan a estrangularse en el plano ecuatorial. En dicho plano se encuentra un material denso que contiene microtúbulos y microfilamentos.
Es un anillo contráctil que va estrangulando el citoplasma y permitirá la división de las dos células hijas.
Participación en la contracción muscular:
La contracción de las fibras musculares depende de haces de actina y miosina. Durante la contracción muscular, los filamentos de actina se deslizan sobre los filamentos de miosina.
Las miosinas, son proteínas motoras que usan la energía de la hidrólisis del ATP para desplazarse a lo largo del filamento de actina, haciendo que los estos se deslicen unos sobre otros.