Citoesqueleto de la fibra muscular Microfilamentos Dra. Judith de Rodas Salón 207

Competencias: Al finalizar la actividad los y las estudiantes estarán en capacidad de: Diferenciar por su estructura y función específica, las variedades de filamentos del citoesqueleto, Describir las características del músculo liso, esquelético y cardíaco. Explicar el proceso de la contracción del músculo liso y estriado, Responder correctamente preguntas del tema en un examen corto y en el parcial.

Filamentos Intermedios (IF) Diámetro aproximado: 8-12 nm Dan soporte estructural y resistencia a la tracción mecánica del citoesqueleto, Son más estables y menos solubles que los otros componentes del citoesqueleto, por lo que funcionan como el andamiaje que soporta dicha estructura, Parecen no tener polaridad.

Clasificación Se agrupan en diferentes clases en función de la similitud en la secuencia de los 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

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

Ensamble de IF 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

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

Microfilamentos Funciones: Diámetro: 7 nm Contracción muscular Movimiento ameboide Movimiento celular sobre sustratos Corriente citoplásmica Citocinesis Unión célula-célula y célula-matriz extracelular Mantienen la forma celular Proveen rigidez estructural a la superficie celular Facilitan cambios de forma y movimiento celular Diámetro: 7 nm Presentes en casi todas las células eucariotas

Monómeros de los microfilamentos Actina – G (globular-monomérica) Muy abundante en eucariotas Siempre unida a la miosina Se pliega en forma de “U” Cavidad central para unir ATP o ADP Se polimeriza y origina Filamentos de actina (actina F)

Ensamblaje de Microfilamentos La polimerización de actina-G es reversible Ocurre en etapas: Nucleación (lento) Elongación (rápido) Estabilización (por proteínas de casquete) Los filamentos están compuestos por 2 hebras de actina F Presentan polaridad

Polimerización de actina G Nucleación: inicio de la unión de actinas G Elongación: polimerización de la actina para formar el filamento (actinaF) Estabilización depende de otras proteínas asociadas a la actina: timosina, profilina, gelsosina y del casquete Z.

Los filamentos de actina se organizan en dos tipos generales de estructuras denominadas: Haces de actina Redes de actina

Organización de los microfilamentos en haces Estructuras no ramificadas Brindan estructura a microvellosidades y estereocilios (haces paralelos) Forman estructuras de adhesión de la célula al sustrato (fibras de estrés o haces contráctiles)

Proteínas Formadoras de Haces: se entrelazan los filamentos de actina en haces, los haces que forman pueden ser de dos tipos: 1. Alineados en paralelo, sostiene a las proyecciones de la membrana (microvellosidades), La proteína es Fimbrina 2. Más espaciados y que son capaz de contraerse, tales como en los anillos contráctiles en la mitosis. La proteína es la alfa-actinina.

Fibras de Estrés

Microvellosidades Protuberancias Invaginaciones Los haces de filamentos de actina se encuentran en los fibroblastos formando las denominadas fibras de estrés y placas de adhesión.

Organización de microfilamentos en redes: En las redes los filamentos de actina se mantienen unidos mediante proteínas de unión a la actina como la Filamina

Membrana plasmática del eritrocito Cimentada por una red de filamentos de espectrina, entrecruzados con cadenas cortas de actina Conectados a la membrana plasmática por proteinas llamadas de la Banda 4.1 y Anquirina

Movimientos mediados por filamentos de actina Cambios de forma y movimiento celular Corriente citoplásmica Citocinesis Contracción muscular Movimiento ameboide Los microfilamentos participan en 2 variedades de movimientos: a. muscular y b. no muscular

Proteína motora asociada a actina Miosina Proteína contractil dependiente de ATP 18 clases diferentes las mas conocidas son I, II,V Cadena pesada: Cabeza globular (ATPasa) Cola (variable) y permite formar dímeros Cadenas ligeras (regulación)

Eventos donde participan Miosinas Migración celular Contracción muscular Fagocitosis Citocinesis Estructura de microvellosidades (une actina a membrana) Movimiento de organelos y vesículas Mantenimiento de estructuras necesarias para la audición (estereocilios) Cabeza de miosina unida a actina

Migración celular En células no musculares Desplazamiento sobre sustrato Prolongaciones de la membrana (filipodios, lamelipodios)

Migración celular Formación de protrusión en extremo frontal Unión de protrusión al sustrato (contacto focal y fibras de estrés) Generación de tensión que empuja célula hacia delante Liberación de uniones y retracción de la cola

Córtex sometido a tensión Movimiento de la actina no polimerizada Córtex de actina Lamelipodio Sustrato Córtex sometido a tensión La polimerización de la actina en los extremos más extiende el lamilipodio Movimiento de la actina no polimerizada Retraimiento Contactos focales

Tipos de protrusiones Lamelipodio Estructura en forma de red (gelatinosa o laxa) Filipodio Estructura delgada (haces)

Organización de los microfilamentos en forma de redes: Presentes en células que se desplazan Formadas por filamentos de actina enlazados transversalmente (filamina) Estructura laxa por debajo de la membrana plasmática Filamentos de actina en lamelipodios

Microfilamentos y movimiento ameboide Pseudópodos Amebas, mohos y leucocitos Capa externa del citoplasma gelatinoso y espeso (ectoplasma) Capa interna de citoplasma fluido (endoplasma) Permiten el desplazamiento y fagocitosis

Microfilamentos y Corriente citoplasmática Ciclosis Flujo celular de organelos alrededor de las vacuolas en células vegetales Permite la movilización de agua y nutrientes (similar a vasos sanguíneos)

Anillo de contracción Haces contráctiles de actina y miosina II que se forma por debajo de la membrana plasmática durante la mitosis y permite la citocinesis Desaparece después de la citosinesis y los monómeros de actina reensamblan el citoesqueleto de actina

Células musculares y movimiento Existen tres tipos de músculo: Esquelético unido a los huesos mediante tendones, responsable del movimiento de los miembros (voluntario) Cardiaco responsable de la contracción del corazón (involuntario) Liso responsable de la peristalsis de las vísceras y vasos sanguíneos (involuntario)

Apariencia microscópica del músculo estriado Con microscopio óptico únicamente se observan estrias Músculos estriado esquelético Músculo estriado cardíaco Fibras del músculo liso

Fibra mMIOFIBRILLAS: El sarcómero: formado por Cada fibra está formada por muchas miofibrillas de 1-2 mm de diámetro, que se extienden a lo largo de la fibra muscular Miofibrilla se estructura de una cadena de sarcómeros, que son las unidades contráctiles El sarcómero: formado por haces de filamentos gruesos de miosina II y microfilamentos Los filamentos finos (actina) , se organizan alrededor de los filamentos gruesos(hexagonal)

Haz de fibras musculares Músculo Haz de fibras musculares Miofibrillas Núcleo Tendones Miofibrilla individual Fibra muscular individual (1 célula) Estructura del sarcómero: Filamentos gruesos de miosina Filamentos delgados de actina Proteinas acsesorias: titina, nebulina y discos Z, Linea M Bandas A Bandas I Sarcómero Porción de Miofibrilla Filamentos gruesos Filamentos delgados

La célula muscular es polinucleada, resulta de la unión de miocitos Haz de fibras musculares Músculo Fibra muscular (célula muscular) Núcleo Membrana plasmática Miofibrilla Disco Z Banda A Disco Z La célula muscular es polinucleada, resulta de la unión de miocitos Sarcómero

Estructura del sarcómero Filamentos gruesos de miosina Filamentos delgados de actina Proteinas acsesorias: titina, nebulina y discos Z, Linea M Bandas A Bandas I Linea M: acercamiento de bandas I Zona H: separación bandas de actina Disco Z: separación entre sarcómeras

Filamentos de miosina interactuan con actina: Formados por miosina II, con diámetro 15 nm , que consta de 2 cadenas pesadas idénticas (200 kDa) y 2 pares de cadenas ligeras (20 kda), se une con otra cadena pesada y forman un dímero con las colas enrolladas (coiled-coil) Las cadenas ligeras se asocian a la región globular (cabeza) de cada cadena pesada Cabeza globular con función ATPasa 2 cadenas pesadas Cola alfa hélice 2 cadenas ligeras

Miosina II principal proteína motora asociada a actina Proteína contráctil dependiente de ATP 18 clases diferentes Cadena pesada: Cabeza globular (ATPasa) Cola (variable) y permite formar dímeros Cadenas ligeras (regulación) Cadenas ligeras Función ATPasa Dos cadenas pesadas

Troponina posee 3 sitios: C, I, y T

Interacción de la actina y miosina: Para que la cabeza de la miosina traccione a la actina, la tromonina debe ser activada con calcio (sitioC). La troponina activada mueve a la tropomiosina (sitio T): y deja libre el sitio I donde interactúa la actina y miosina para que ocurra el acercamiento de bandas claras (contracción)

Estructura del sarcómero Línea Z Línea Z Miomesina Titina Línea M Filamento grueso (miosina) Tropomodulina Extremo - Filamento delgado Extremo + Filamento delgado Filamento delgado (actina) Nebulina Tropomodulina: proteína reculadora del movimiento muscular depandiente de Calcio.

Funciones de las proteínas del sarcómero Función Actina Componente principal de filamentos finos Miosina Componente principal de filamentos gruesos Tropomiosina Interactúa con los filamentos finos en toda su longitud Troponina Regulación de la contracción mediada por Ca2+ Titina Une filamentos gruesos al disco Z Nebulina Une filamentos finos al disco Z Miomesina Se une a la miosina localizada en la línea M a-actinina Une filamentos finos en forma de haz, a los discos Z Ca2+ATPasa Transporta Ca2+ al REL para relajar músculo Cap Z Une filamentos de actina al disco Z Tropomodulina Mantiene longitud y estabilidad de filamentos gruesos

Eventos de la contracción muscular Despolarización del sarcolema y transmisión del potencial de acción a través de los túbulos en T, Apertura de canales de Ca2+ del retículo, e interacción de estos cationes con la troponina modificando su conformación, lo que altera a su vez la estructura de la tropomiosina, que recubre el sitio activo de la actina, permitiendo el establecimiento de los enlaces cruzados miosina-actina Aumento de la concentración citosólica de Ca2+ Movimiento las cabezas de miosina sobre los filamentos delgados, por la actividad ATPasa de las cabezas de miosina, hace que los filamentos de actina hacia el disco Z, Captura del Ca2+ por parte del retículo sarcoplásmico, que cambia la conformación de la tropomiosin, lo cual inhibe la interacción actina-miosina.

Proteinas asociadas a la actina Intervienen en la polimerización y despolimerización de la actina, estabilidad, organización en haces o redes, fragmentación y destrucción. Timosina B4 impide la incorporación de los monómeros al polímero en crecimiento, Profilina: facilita el intercambio de nucleótidos ATP por ADP, favorece la polimerización, Gelsolina y Cofilina: regulan la longitud de los microfilamentos Cap Z: recubren los extremos de la actina F a fin de estabilizarlos La tropomodulina es esencial como estabilizador de la actina F presente en las miofibrillas de los sarcomeros del músculo, Calmodulina/calcio en la fibra muscular lisa.

MUSCULO LISO: tejido conjuntivo fibroso que contiene vasos sanguíneos Constituido por fibras de contracción lenta y sostenida. Se organiza en grupos de haces de fibras, rodeados de tejido conjuntivo fibroso que contiene vasos sanguíneos Sus fibras no se estructuran de sarcómeros No contienen troponina ni tropomodulina El citoplasma ocupado por abundantes miofilamentos de actina y menor proporción de miofilamentos gruesos, un citoesqueleto de filamentos intermedios formados por desmina. Existen, también, numerosos cuerpos densos, estructuras que anclan a los filamento finos.  

Proceso de contracción del músculo liso Es activado por iones de calcio y la energía por hidrólisis de ATP, Los filamentos de actina están unidos a los cuerpos densos, unidos por puentes intercelulares de proteína que proveen la fuerza de contracción, Los numerosos filamentos de actina se intercalan con unos pocos de filamentos gruesos de miosina, La fuerza de contracción es mas potente que la del estriado, por el prolongado anclase de los puentes transversos de actina y miosina, La regulación de la contracción no depende de la troponina sino del complejo calcio calmodulina, mas la fosforilación de las cadenas ligeras de miosina Esta influenciado por descargas del sistema nervioso autónomo La membrana contiene más canales de Calcio que el estriado El calcio no se libera del reticulo liso, sino entra del líquido extracelular, La alfa actiinna es uno de los componentes de los cuerpos densos El rol de los cuerpos densos es similar al de los discos Z de las miofibrillas.

Dudas o preguntas ?????? Temas a evaluar: Regulación de la expresión génica, Retículo y Golgi Lisosomas y microcuerpos Citoesqueleto: microtúbulos, micro filamentos y filamentos intermedios. Movimiento por microtúbulos y actina Examen corto de laboratorio, con valor de 1 punto.