Citoesqueleto y Microtubulos Dra. Flora Arana USAC 2016

El Citoesqueleto Son polímeros de subunidades proteicas, unidas por interacciones no covalentes Están constituídos por múltiples protofilamentos Las subunidades se ensamblan y desensamblan espontáneamente en solución acuosa Hace estructuras resistentes Esto los hace estructuras dinámicas y adaptables Estas tres clases de filamentos tienen en común importantes características

CITOESQUELETO Complejo de filamentos y túbulos interconectados que se extienden a lo largo del citosol, desde el núcleo hasta la cara interna de la membrana plasmática organizan especialmente el citoplasma de las células eucariotas

El Citoesqueleto El citoesqueleto es una red compleja de filamentos proteicos que se extienden a través del citoplasma, FUNCIONES: 1- Es la maquinaria de los movimientos intracelulares Fibroblasto en cultivo teñido con Azul de Coomasie, colorante específico de proteínas Traslado de organelas Segregación de cromosomas 2- Proporciona resistencia mecánica a las células 10μm 3- Permite el movimiento celular y la modificación de zonas superficiales

Funciones del citoesqueleto Proporciona estructura arquitectónica a las células Aporta un nivel de organización interna Permite que la célula asuma y mantenga formas complicadas

Citoesqueleto Filamentos de actina Filamentos intermedios Microtúbulos Compuesto por 4 tipos principales de filamentos proteicos Filamentos de actina Filamentos intermedios Microtúbulos Red microtrabecular

Propiedades de los elementos del citoesqueleto Microtúbulos Filamentos intermedios Microfilamentos Estructura Tubo hueco con pared formada por 13 protofilamentos 8 protofilamentos unidos extremo a extremo (escalonados) 2 cadenas de actina entrelazadas Diámetro Exterior: 25 nm Interior: 15 nm 8-12 nm 7 nm Monómeros Tubulina a Tubulina b Varios tipos de proteínas G- actina

Propiedades de los elementos del citoesqueleto Microtúbulos Filamentos intermedios Microfilamentos Polaridad Extremos (+), (-) Sin polaridad conocida Funciones Axonema: motilidad celular Citoplasma: organización y mantener forma Movimiento cromosomas Movimiento de organelos Soporte estructural Mantener forma célula Lámina nuclear Reforzar axones Fibras musculares en registro Contracción muscular Movimiento Ameboide Locomoción celular Corriente citoplásmica Citocinesis

Tipos de filamentos A B C Microfilamentos (actina), microtúbulos (tubulina), filamentos intermedios.

Funciones del citoesqueleto A diferencia de un esqueleto, el citoesqueleto tiene una naturaleza dinámica y plástica

El citoesqueleto en general tiene como funciones: Definir la forma y arquitectura (distribución) celular Permitir el movimiento y transporte intracelular (por medio de proteínas motoras) Mediar procesos de endocitosis y exocitosis Participar activamente en la mitosis Participar en los procesos de modulación de receptores de superficie (define la conformación y función de los receptores) Participar en los procesos de interacciones intercelulares.

El citoesqueleto está formado por tres tipos de estructuras bien definidas: Los microtúbulos Los microfilamentos (filamentos de actina) Los filamentos intermedios. Los microfilamentos se proyectan dentro de las vellosidades, dando forma a la superficie celular. Los microtúbulos crecen del centrosoma a la periferia de la célula. Los filamentos intermedios conectan células adyacentes a través de desmosomas. Cada una de estas estructuras posee proteínas asociadas características.

Microtubulos Microfilamentos Filamentos intermedios Pueden observarse por medio de ME. Sin embargo, actualmente pueden observarse en MO mediante el uso de inmunocitoquímica contra alguna de sus proteínas. En A se utilizó un anticuerpo contra actina (microfilamentos), en B contra microtúbulos y en C contra filamentos intermedios.

Microtúbulos

El sistema de microtúbulos de las células animales se forma principalmente a partir del centrosoma, que contiene un par de centriolos dispuestos perpendicularmente rodeados por el material pericentriolar. En ella se encuentran los anillos de γ-tubulina a partir de los cuales polimerizan los microtúbulos. 

Las subunidades tubulina-α y tubulina-β se autoensambla para originar  a los microtúbulos en un proceso dependiente de GTP.

Un dímero de tubulina se asocia y va formando protofilamentos que a su vez se organizan formando un tubo 13 subunidades de protofilamentos.

dímeros de tubulina unidas a GTP o unidas a GDP. En el citosol se da la conversión de dímero-GDP en dímero-GTP, mientras que en el micróbulo ocurre el proceso contrario en el denominado frente de hidrólisis. Un microtúbulo despolimeriza cuando los dímeros-GDP se encuentran ocupando el extremo más, mientras que polimeriza cuando en el extremo más está formado por los dímeros-GTP, formando el denominado casquete de GTPs. 

En una célula se produce un recambio continuo de la red de microtúbulos. La vida media de un microtúbulo individual es de 10 minutos, mientras que la vida media de una molécula de tubulina, desde su síntesis a su degradación proteolítica, es de más de 20 hrs.

Los microtúbulos individuales crecen hacia la periferia celular a una velocidad constante durante cierto periodo de tiempo y entonces de repente acortan rápidamente hacia el centrosoma. Pueden acortarse parcialmente y entonces continuar el crecimiento, o desaparecer por completo, siendo substituídos por un microtúbulo distinto. Este comportamiento, llamado inestabilidad dinámica, juega un papel muy importante en el posicionamiento de los microtúbulos en la célula.

Algunas de sus funciones Microtúbulos son: Actuar como andamio para determinar la forma celular. Proveen un conjunto de pistas para que se muevan las organelas y vesículas. Forman las fibras del huso para separar los cromosomas durante la mitosis. Participan dentro de flagelos y cilios, para la locomoción

centrosomas, donde participa también Los MTCO son puntos de anclaje Se originan en los centros organizadores de microtúbulos,MTOC principalmente en los centrosomas, donde participa también la tubulina-γ (gamma), adoptando una organización radial en las células interfásicas. Los MTCO son puntos de anclaje

Centríolos: Implicados en formación corpúsculos basales importantes en formación de cilios y flagelos El centrosoma contiene cientos de proteínas con forma de anillos llamada gama tubulina. Este anillo sirve como centro de nucleación, como punto de partida, para la formación de un microtúbulo. El extremo que se asocia a la gama tubulina se llama NEGATIVO, el extremo contrario POSITIVO. El crecimiento se realiza sólo hacia el lado positivo

Son estructuras altamente dinámicas, estabilizadas por un grupo de proteínas denominadas proteínas asociadas a microtúbulos (MAPs). Las mayor caracterizadas son la MAP-1, MAP-2 y Tau, en células neuronales y MAP-4 en todas las células. Además de evitar su despolimerización estas proteínas asocian a los microtúbulos con otros componentes de la célula

Efectos de la polaridad de los microtúbulos en su orientación dentro de las Células animales

Movimientos dependientes de los microtúbulos Intracelular Celular (cilios y flagelos) De cromosomas

Proteínas asociadas a los microtúbulos Motoras: transportan cargas a lo largo de los microtúbulos Kinesinas (hacia extremo +) Dineinas (hacia extremo -) No motoras: MAP 2 Tau MAP1B (estabilizan microtúbulos) Dirigen la localización de organelas delimitadas por membranas y de otros componentes celulares

Cilios y flagelos

Estructura de cilios y flagelos   Corte transversal Están formados por 9 dupletas microtubulares y un par de microtúbulos centrales esta estructura se conoce como axonema y se describe como 9 + 2 Brazos de dineina adosados a los microtubulos sirven como motores moleculares.

Los cilios son estructuras digitiformes que pueden moverse en sincronía Los cilios se encuentran en epitelios especializados en eucariontes. Por ejemplo, cilios barren los fluidos sobre células estacionarias en el epitelio de la traquea y tubos del oviducto femenino. 

Movimiento celular externo El  movimiento celular se logra por medio de cilias y flagelos. 

Los flagelos son apéndices como látigos que ondulan para mover las células. Son más largos que los cilios Brazos de dineina defectuosos causan infertilidad en el macho y también conducen a problemas del tracto respiratorio y los senos respiratorios. Abajo hay dos cortes transversales de la cola de un espermatozoide

Centríolos y cuerpos basales Otro tipo de estructura formada por microtúbulos son los centríolos y cuerpos basales que se forman por la agrupación de 3 semimicrotúbulos en 9 paquetes distintos, sin microtúbulos en su interior, creando la forma 9 + 0

Los Centriolos a partir de los cuales se forma el cuerpo basal, actúan como puntos de anclaje para las proeteinas, que a su vez anclan los microtúbulos en los centrosomas, un tipo de centro organizativo de microtúbulos. Estos microtúbulos proporcionan la estructura y facilitan el movimiento de las vesículas y orgánulos dentro de muchas células eucarióticas. Los cuerpos basales, sin embargo, son específicamente bases para los cilios y flagelos que se extienden fuera de la célula.

Componentes Diámetro Principal proteína Participan de: Microfilamentos  ~5nm Actina  Contracción muscular, endocitosis , migración celular r Filamentos Intermedios   ~10nm Citoqueratina Vimentina Neurofilamentos Sustentación , desmosomas , hemidesmosomas Microtúbulo ~25nm  Tubulina-a e Tubulina-b Formación del huso mitótico transporte de vesículas

Enumere las funciones del citoesqueleto cuales son los movimientos asociados a microtúbulos Que relación tiene con centrosomas y centriolos que proteínas transportadoras se asocian a los microtúbulos y en que dirección se mueven

1. Definir la forma y arquitectura (distribución) celular Permitir el movimiento y transporte intracelular (por medio de proteínas motoras) Mediar procesos de endocitosis y exocitosis Participar activamente en la mitosis Participar en los procesos de modulación de receptores de superficie (define la conformación y función de los receptores) Participar en los procesos de interacciones intercelulares. 2. cromosomas, intracelulares, cilios y flagelos 3. El sistema de microtúbulos de las células animales se forma principalmente a partir del centrosoma, que contiene un par de centriolos dispuestos perpendicularmente rodeados por el material pericentriolar. En ella se encuentran los anillos de γ-tubulina a partir de los cuales polimerizan los microtúbulos. 4. Son estructuras altamente dinámicas, estabilizadas por un grupo de proteínas denominadas proteínas asociadas a microtúbulos (MAPs). Las mayor caracterizadas son la MAP-1, MAP-2 y Tau, en células neuronales y MAP-4 en todas las células.