Citoesqueleto y movimiento no muscular Dra. Judith García de Rodas Salón 207

Objetivos El estudiante al final de la actividad podrá: Diferenciar los filalmentos del citoesqueleto por su estructura química y función. Explicar la organización de las moléculas que conforman el citoesqueleto. En el laboratorio: Describir la forma microscópica de las células que se mueven por flagelos o cilios. Diferenciar células flageladas y ciliadas.

¿Qué es el CITOESQUELETO? Un 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

Funciones del citoesqueleto: Mantiene la estructura arquitectónica a las células, Es responsable de manteter la organización interna de la célula, Permite a la célula adoptar diferentes formas, Favorece el movimiento celular, organelos y moléculas Adherencia celular

Otras funciones del citoesqueleto Mantiene la posicion y ayuda al movimiento organelos dentro del citosol Desplazamiento en microtúbulos Corriente citoplasmática Desplazamiento de vesículas Contracción de fibra muscular Relacionado a procesos de señalización celular Relacionado con las uniones entre células

Características del citoesqueleto A diferencia de un duro y fijo esqueleto, el cito esqueleto tiene una naturaleza dinámica y plástica

Principales elementos estructurales del citoesqueleto Microtúbulos Sus monomenoros o proteínas estructurales son las tubulinas Filamentos Intermedios Constituidos de una gran varidad de proteínas fibrosas Microfilamentos: Cuyos monómeros o proteínas estructurales son la actina y miosina Microtúbulos Filamentos intermedios Microfilamentos

Características 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

Similitudes y diferencias 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

Filamentos Intermedios (IF) Diámetro aproximado: 8-12 nm, Dan soporte estructural y resistencia a la tracción mecánica , Más estables y menos solubles que los otros componentes del citoesqueleto, por lo que sirven de andamiaje para el soporte del mismo. Se agrupan en diferentes clases en base a similitud de la secuencia de aminoácidos de las proteínas que los estructuran, Utilidad: diagnóstico del cáncer, las células tumorales mantienen sus filamentos intermedios (IF) característicos del tejido donde se ha originado

Importancia de los IF Son dinámicos Se localizan en lugares sometidos a estrés mecánico (resistentes a la tensión) desmosomas y hemidesmosomas Son dinámicos Lámina nuclear se fosforila y la envoltura nuclear se desensambla durante mitosis o meiosis

Clases de Filamentos intermedios Proteína del IF Tejido Función I Citoqueratinas ácidas epitelial Resistencia mecánica II Citoqueratinas básicas III Vimentina Fibroblastos, células de origen mesenquimal, cristalino Mantener la forma de la célula Desmina Células musculares (m. liso) Soporte estructural Proteína GFA Células gliales y astrocitos Mantener la forma de la célula IV P. de neurofilamentos (L, M y H) Sistema nervioso central y periférico Rigidez y determinar tamaño de axón V Láminas nucleares (A, B y C) Todos los tipos celulares Forma al núcleo y andamiaje cromat. VI Nestina Células madre nerviosas (embrionario) desconocida

Formación de dimeros de FI 2 polipéptidos se enrollan uno sobre otro y forman una hélice, 2 dímeros se alinean lateralmente, forman un protofilamento tetramérico Los protofilamentos se alinean por sus extremos Se forma el filamento ensamblado con 8 protofilamentos

Los Microtúbulos Ensamblaje de los microtúbulos Elementos más grandes del citoesqueleto Son cilindros rectos y huecos Pared formada por 13 protofilamentos Protofilamento formado por hetero dímeros de a y b tubulina Ensamblaje de los microtúbulos La orientación de los dímeros de tubulina es la misma en todos los protofilamentos del microtúbulo, esto les confiere polaridad (extremo + y -)

Inestabilidad dinámica de microtúbulos Para la polimerización, los heterodímeros deben estar unidos a GTP Se forma un casquete de tubulina GTP y ocurre mayor polimerización Extremo menos Terminación Acortamiento de los microtubulos Si la concentración de tubulina es baja, se favorece hidrólisis de GTP a GDP Desaparece el casquete GTP El microtúbulo se acorta Gran concentración de tubulina

Ensamblaje de los microtúbulos Comprende 3 momentos: Nucleación: Dímeros de tubulina se agregan para formar oligómeros que constituyen un núcleo Etapa lenta

2. Elongación El microtúbulo crece por la adición de tubulinas en sus extremos Más rápida 3. Equilibrio: Ocurre polimerización y despolimerización a igual velocidad (rápida)

Resumen del ensamblaje de los microtúbulos Fase de nuclaciòn Fase de elongación Fase de nucleación Subundades de microtúbulos estabilizándose Extremo menos Extremo mas Dimeros de alfa y bera tubulina Unión de dímeros

Origen de los microtúbulos En la mayoría de células, los microtúbulos parten de un centro organizador microtubular (COMT) que puede ser el centrosoma o cuerpo basal, que funciona como: Lugar donde inicia ensamblaje de microtúbulos Punto de anclaje para el extremo menos del microtúbulo (polaridad de la célula)

Centros organizadores de microtúbulos Centrosoma En células animales y vegetales inferiores cerca del centro de la célula (centrosfera) Compuesto por 2 centriolos (diplosoma) rodeados de material pericentriolar

Centros organizadores de microtúbulos Centrosoma En células animales y vegetales inferiores, se localiza cerca del centro de la célula (centrosfera) Compuesto por 2 centriolos (diplosoma) rodeados de material pericentriolar

Polaridad de los microtúbulos en las células Comprende el polo negativo de donde se origina (extremo -) y el positivo todo cuanto se alarga (extremo +) Estremo + Cuerpo basal centrosoma Microtúbulos del citoesqueleto del glóbulo rojo Célula epitelial Axón de la neugona Centrosoma

Citoesqueleto y microtúbulos Dra. Judith García de Rodas Salón 207

Centriolo: Formado por 9 tripletes de microtúbulos, giran sobre sí mismos y tienen polaridad (extremos distal y proximal) Los tripletes se unen mediante la proteína nexina (A con C) En el extremo proximal tiene una estructura de nueve radios (rueda de carro) Microtúbulo Centriolo Estructura del centriolo Nexina une a microtúbulos

Cuerpo basal Origina microtúbulos que estructuran a los cilios y flagelos de las células eucariotas Poseen la misma estructura que los centriolos

MAPS motoras (dineinas y Cinescinas) Moléculas Función típica Dineína citoplásmica Movimiento hacia el extremo menos del microtúbulo Dineína del axonema Activación del deslizamiento en los microtúbulos flagelares Quinesinas Movimiento hacia el extremo más del microtúbulo

Gama tubulina (g) El ensamblaje de microtubulos requiere de tubulina g (tubulina gama) En vegetales superiores no existen centriolos, sus microtúbulos parten del material pericentriolar Los centriolos no son imprescindibles para la formación de COMT g

MAPS motoras Se movilizan utilizando hidrólisis de ATP Poseen cabeza globular con función de ATPasa La dineína requiere de un adaptador para unirse al orgánulo o vesícula

MAPS motoras (dineinas y Cinescinas) Moléculas Función típica Dineína citoplásmica Movimiento hacia el extremo menos del microtúbulo Dineína del axonema Activación del deslizamiento en los microtúbulos flagelares Quinesinas Movimiento hacia el extremo más del microtúbulo

Movimientos dependientes de los microtúbulos Intracelular Movimieto de sustancias Celular (cilios y flagelos) De cromosomas Desplazamiento de vesículas y organelos

Movimiento intracelular Los microtúbulos permiten el desplazamiento de vesículas y organelos. El trabajo mecánico depende de proteínas motoras asociadas a los microtúbulos (MAPS motoras)

Movimiento anafásico de cromosomas Célula interfásica Durante la división celular , los microtúbulos de la interfase se disgregan y se reensamblan para formar el Huso mitótico. La duplicación del centrosoma forma 2 centros organizadores de microtúbulos, que migran hacia polos opuestos del huso mitótico. 1 centrosoma Núcleo interfásico Duplicación Del centrosoma

Tipos de microtúbulos Centrosoma Microtúbulos cinetocóricos cinetocoro Microtúbulos astrales Centrosoma Mictrotúbulos polares Cromosoma

Microtúbulos del huso mitótico Tipo de microtúbulo Funciones Cinetocórico Unirse al cromosoma y desplazarlo Astral Atraer a los centrosomas hacia los polos Polar Estabiliza el huso y separar los centrosomas

MAPS motoras: Se movilizan utilizando hidrólisis de ATP Microtúbulo Quinesina Dineína Se movilizan utilizando hidrólisis de ATP Poseen cabeza globular con función de ATPasa

Dineina: requiere de un adaptador para unirse al orgámulo o vesícula Proteína formada por 9-12 cadenas polipeptídicas Posee actividad ATPasa: actúa como enzima hidrolítica frente al ATP en presencia de Ca2+ y Mg2+ El brazo de dineína conecta al microtúbulo A con el microtúbulo B del doblete y lo mueve Desplazamiento hacia el extremo menos

Quinesina Otra proteína ATPasa asociada a microtúbulos, Mueve organelos, moléculas y vesículas en dirección al extremo mas, Su estructura es parecida a la dineina, No rquiere adaptador

Tipos de microtúbulos del huso Microtúbulos cinetocóricos Une al cromosoma y lo desplaza Astrales: Atraen cromosomas a los polos Polar: estabiliza el huso y separa los cromosomas

Complejo cinetocoro Constituido por la unión de la proteína dineina localizada en el extremo menos de los micro túbulos. Dineina

Movimiento Ciliar y flagelar Estructuras flexibles en forma de pelos, que tienen un núcleo formado por un haz de microtúbulos capaz de desarrollar movimientos de flexión regulares, que requieren consumo de energía Se originan de un centro organizador de microtúbulos llamado corpúsculo basal (similar al centrosoma). Presentan básicamente la misma estructura (axonema), la diferencia es que los cilios son, generalmente muchos y cortos, mientras los flagelos son pocos, más grueso y largos

Estructura del Axonema o Filamento Axial Proviene de un centro organizador de MT llamado cuerpo basal Formado por 9 dobletes de microtúbulos que forman la pared y 2 microtúbulos en el centro arreglo 92 +2 (Subfibras A y B) Cada doblete posee 2 microtúbulos El cuerpo basal tiene una estructura 93 +0

Organización del axonema Los 9 dobletes que forman la pared del axonema se unen por filamentos de nexina, que evita el deslizamiento de los microtúbulos, excepto cuando son traccionados por los brazos de dineína 9 dobletes forman la pared, Proviene de un centro organizador de MT llamado cuerpo basal, que tiene una estructura 93 +0 mientras que el axonema posee 92 + 2

Estructura del cuerpo basal y del axonema Brazo externo de dineina Cuerpo Basal Fibra radial Nexina Brazo interno de dineina

Movimiento de los microtúbulos mediante dineína Dobletes aislados: la dineína permite el deslizamiento de los microtúbulos Dobletes en flagelos: la dineína solo dobla a los microtúbulos

Cilios Células que revisten el tracto respiratorio y los oviductos en vertebrados tienen en la superficie numerosos cilios que impulsan líquidos y partículas en una dirección determinada.

Flagelos Existen en los gametos masculinos (espermatozoides) les permite desplazarse El espermatozoide tiene una vaina mitocondrial, La vaina mitocondrial con mitocondrias permiten generar el ATP para el movimiento

Movimiento ciliar y flagelar Célula flagelada y ciliada, para enlentecer su movimiento utilizamos lagrimas artificiales. Cilios del aparato respiratorio

PREGUNTAS Muchas gracias por su atención

LABORATORIO: Observación de células ciliadas en cultivo de microorganismos (agua de charco), a 400 diámetros, Observación de células espermáticas de animal, (movimiento del flagelo)