CITOESQUELETO
Y MOVILIDAD
CELULAR
M. en C. Carlos Gerardo Castillo
Sosa
FMVZ-BUAP
Primavera 2012
El Citoesqueleto
•Compuesto de tres estructuras filamentosas
bien definidas:
•Microtúbulos
•Microfilamentos
•Filamentos intermedios
•Son polímeros de subunidades proteicas
unidas por enlaces no covalentes
Revisión de las funciones del citoesqueleto
•Un andamio dinámico que brinda soporte
estructural
•Un marco interno que establece las posiciones
de los organelos
•Una red de rieles
•El aparato generador de fuerza que mueve la
célula de un sitio a otro
•Componente esencial para la división celular
Microtúbulos
•Son estructuras tubulares huecas
•Forman huso mitótico y centro de cilios y
flagelos
•La pared esta constituida por hileras
longitudinales llamadas protofilamentos
•Cada protofilamento esta ensamblado por
bloques dimericos
•Tubulina α y tubulina β
Microtúbulos
•Un extremo del microtúbulo termina con
una fila de subunidades beta y se llama
extremo mas
•El extremo contrario termina con
subunidades alfa y se llama extremo
menos
Las MAP
•Proteínas asociadas a microtúbulos
(
Microtubules Asociated Proteins)
•Incrementan la estabilidad de los microtúbulos
y promueven su ensamble
•La actividad de las MAP se controla
principalmente con la adición y el retiro de
grupos fosfato
Microtúbulos como soportes y organizadores
estructurales
•La distribución de los microtúbulos ayuda
a determinar la forma de la célula
•También participan en el mantenimiento
de la organización interna de la célula
Microtúbulos como agentes de motilidad
intracelular
• Transporte axónico
• La mayor parte de los materiales de una neurona
motora, como moléculas neurotransmisoras, se
incluyen en compartimentos dentro de vesículas
membranosas
• Luego se transportan por toda la longitud del axón
• 0.5 µm por segundo
• Dirección anterógrada
Proteínas motoras
• Estas proteínas convierten la energía química (ATP)
en energía mecánica
• Transportan: vesículas, mitocondrias, lisosomas y
otros filamentos del citoesqueleto
• Tres grandes familias:
• Cinesinas
• Dineínas
• Miosinas
• Los filamentos intermedios no tienen motores
proteicos
• Las proteínas motoras se mueven por pasos en una
sola dirección a lo largo del riel de citoesqueleto
• Sufre un cambio de conformación: ciclo mecánico
• Ciclo químico:
• Unión de una molécula de ATP con el motor,
• Hidrólisis del ATP
• Unión a una nueva molécula de ATP
• Proporciona un “golpe” que mueve el motor
Cinesinas
•Las proteínas motoras mejor estudiadas
•Tetramero, dos cadenas ligeras y dos pesadas
•Tienen un par de cabezas globulares que se
unen al microtúbulo y actúan como
“maquinas” generadoras de fuerza
•Hidrolizan ATP
•Cabeza, cuello y cola con forma de abanico
Cadena pesada
Cadena ligera
Bisagra flexible
Cabezas
Cuello
Tallo
Cola
• Una sola molécula de cinesina se mueve por un solo
protofilamento de un microtúbulo
• Velocidad proporcional a la concentración de ATP
• 0.1 µm por segundo
• El movimiento es muy progresivo
• Superfamilia de proteínas conocidas como KLP
• Los mamíferos producen hasta 45 KLP distintas
•Las porciones motoras de las KLP tienen
secuencias de aminoácidos relacionadas
•Las colas de las KLP tienen secuencias diversas
•La cinesina y la mayoría de las KPL se mueven
hacia el extremo mas del microtúbulo
Dineinas
• Es una proteína muy grande, formada por dos
cadenas pesadas idénticas y varias cadenas
intermedias y ligeras
• Cada cadena pesada consiste en una cabeza globular
grande con dos proyecciones alargadas (tallo)
• Actúa como una maquina generadora de fuerza
• Tiene una proyección larga, conocida como pie, que
esta relacionada con el cargamento
• La dineína se mueve hacia el extremo menos del
microtúbulo
• Dos funciones principales:
• Un agente generador de fuerza para el
posicionamiento del huso y el movimiento de los
cromosomas durante la mitosis
• Un motor microtubular dirigido al extremo menos
para el movimiento de organelos y vesículas
Centros organizadores de los microtúbulos
•La función de un microtúbulo en la célula
dependerá de su localización
•Ensamble de microtúbulos en dos fases:
•Nucleación, fase lenta
•Elongación, fase rápida
•Relacionadas con los centros organizadores de
microtúbulos (MTOC)
•Los MTOC tienen funciones similares en todas
las células
•Controlan el numero de microtúbulos
•Su polaridad
•Numero de protofilamentos
•Momento y localización de su ensamble
•Tubulina gamma
Función de la tubulina gamma en el
ensamblaje de los microtúbulos
Las propiedades dinámicas de los microtúbulos
•Presentan diferencias en su estabilidad
•Los microtúbulos del huso mitótico son muy
lábiles
•Los microtúbulos de las neuronas son mucho
menos lábiles
•Los de cilios y flagelos son muy estables
•La labilidad refleja el hecho de que los
microtúbulos son polímeros formados por
enlaces no covalentes
• Los microtúbulos del citoesqueleto están sujetos a
despolimerización y repolimerizacion
• Para el ensamble se necesita GTP
• El GTP se une con la tubulina beta
• La incorporación del dímero no necesita de la
hidrólisis de GTP
• El GTP se hidroliza poco después y el GDP resultante
permanece unido al polímero permanentemente
Disposiciones de los microtúbulos durante el ciclo celular de una
célula vegetal
Filamentos intermedios
•Son fibras fuertes, similares a cuerdas
•Proporcionan fuerza mecánica a las
células que se someten a tensión física
•Neuronas
•Células musculares
•Células epiteliales de cavidades
Filamentos intermedios
•Se han identificado solo en células animales
•Se conectan con otros tipos de filamentos por
medio de una proteína llamada plectina
•Estructuralmente heterogéneo
•Cinco clases principales de subunidades
•De acuerdo a su distribución tisular
Ensamble y desensamble de los filamentos
intermedios
•Unidad básica formada por un tetrámero
•El filamento ensamblado carece de polaridad
•Menos sensibles a otros agentes químicos
•Mas difíciles de disolver
•Tienen un comportamiento dinámico in vivo
Tipos y funciones de los filamentos intermedios
• Los filamentos de queratina constituyen las
principales proteínas estructurales de las células
epiteliales
• Hepatocitos
• Células epidérmicas
• Células acinares pancreáticas
• En neuronas, neurofilamentos
• Formados por 3 proteínas distintas: NF-L, NF-H y NF-M
•Ratones modificados genéticamente
•Delecion en el gen que codifica para K14
• Polipéptido de queratina, encontrado en células
de epidermis
•Muy sensibles al mas mínimo traumatismo
•Epidermolisis ampollar simple
•Miopatía relacionada con desmina
•Enfermedad de Lou Gehrig o esclerosis lateral
amiotrofica
Microfilamentos
• Miden alrededor de 8 nm de diámetro
• Compuesto de subunidades globulares de una
proteína llamada actina
• Un filamento de actina tiene dos estructuras
helicoidales
• Cada filamento tiene un extremo + y otro –
• Según el tipo de célula y la actividad, los filamentos
pueden organizarse en conjuntos ordenados, en
redes laxas o en haces anclados con firmeza
Microfilamentos
•La actina se reconoce como una proteína
principal en todos los tipos de células
eucariotas
•Las especies animales y vegetales tienen varios
genes codificadores de actina
•Las actinas se han conservado de manera
notable a lo largo de la evolución
•Moléculas de actina de distintas fuentes
pueden polimerizarse juntas
Ensamble y desensamble de Microfilamentos
•Un monómero de actina debe unirse a un ATP
•La actina funciona como una ATP-asa
•La función del ATP, es similar a la de GTP
•El ATP unido al monómero de actina se
hidroliza después de su incorporación al
filamento de actina
•El filamento consiste en subunidades ADPactina
• Las células mantienen un equilibrio dinámico entre
las formas monomericas y polimericas de la actina
• El ensamble y desensamble de los filamentos
dependerá de varias proteínas “accesorias”
• Cambios locales en una región particular de la célula
• La reorganización ese necesaria para los procesos
como locomoción celular
Miosina
• Todos los motores conocidos que funcionan con
actina pertenecen a la superfamilia de la miosina
• En general la miosina se mueve hacia el extremo mas
del filamento
• La miosina se encuentra en:
•
•
•
•
Tejido muscular esquelético
Tejido muscular liso
Tejido muscular cardiaco
Tejido extramuscular
Miosina
• Tienen un dominio motor característico (cabeza)
• La cabeza tiene un sitio para unirse a la actina y otro
para el ATP
• Los dominios de cabeza son similares, los de la cola
son muy diversos
• Se dividen en dos grupos:
• Miosinas convencionales o Tipo II
• Miosinas no convencionales Tipos I y III al XVIII
Miosinas no convencionales
• Varias se relacionan con diversos tipos de vesículas
citoplasmáticas (miosinas I, V y VI)
• Algunas vesículas contienen motores basados en
microtúbulos y motores basados en Microfilamentos
• Cooperación entre microtúbulos y microfilamentos
estudiada en células pigmentarias
• Transporte de melanosomas
• Síndrome de Griscelli
Interacciones entre la miosina y la cinesina
Zona de
oclusión
Micrografía electrónica de barrido de células vellosas de la cóclea de ratón
Proteínas de unión a actina
•La organización y el comportamiento de los
filamentos de actina dependen de las
proteínas de unión
•Afecta el ensamble y desensamble, sus
propiedades físicas y su interacción
•Las proteínas de unión a actina pueden
dividirse en varias categorías según su función
en la célula
Proteínas de unión a actina
• Proteínas de nucleación
• La nucleación requiere la unión de por lo menos dos o
tres monómeros de actina en la orientación
apropiada
• Las células tienen un complejo proteico el complejo
Arp2/3
• “Arp” actin-related proteins
• El complejo Arp2/3 debe activarse para comenzar la
nucleación
• Formación de molde
Proteínas de unión a actina
• Proteínas para secuestro de monómeros
• Timosinas, se unen con los monómeros de actinaG
• Proteínas para bloqueo de extremos (tapaderas)
• Regulan la longitud de los filamentos
• Proteínas polimerizadoras de monómeros
• Profilina
• Proteínas despolimerizadoras de actina
• Cofilina, locomoción celular y fagocitosis
Proteínas de unión a actina
• Proteínas que forman enlaces cruzados
• Pueden alterar la organización tridimensional del
filamento
• Proteínas cortadoras de filamentos
• Puede unirse con un filamento ya formado y
romperlo en dos
• Proteínas de unión con membrana
• Vinculina, unión indirecta de los filamentos con la
membrana plasmática
Arp2/3
Vinculina
Filamina
Fimbrina
Timosina
Cofilina
Profilina
Locomoción celular
•Necesaria para muchas actividades en
vertebrados superiores
•Desarrollo de órganos y tejidos
•Formación de vasos sanguíneos
•Desarrollo de axones
•Cicatrización de heridas
•Diseminación de tumores cancerosos
Locomoción celular
1) El movimiento inicia por una protrusión de una
parte de la superficie celular en la dirección en que
la célula va a moverse
2) Una parte de la superficie inferior de la protrusión
se adhiere al sustrato y forma un anclaje temporal
3) La mayor parte de la célula se impulsa hacia el
frente sobre los contactos adhesivos, que al final
se convierten en la parte posterior de la célula
Locomoción celular
4) La célula rompe los contactos traseros con
el sustrato, lo que causa la retracción del
margen final o cola
• Lamelipodio
• Protrusión ancha, semejante a un velo
Locomoción celular
•Leucocito, recibe una señal química
•Una vez recibido el estimulo, inicia la
polimerización localizada de actina
•Tiene una familia de proteínas llamada WASP
que activa el complejo Arp2/3
•Síndrome de Wiskott-Aldrich
Lamelopodio
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Citoesqueleto y movilidad celular