Citoesqueleto

Tema 9

Toda la porción citoplasmática que carece de

estructura y constituye la parte líquida del

citoplasma, recibe el nombre de citosol por

su aspecto fluido

Consiste en una serie de fibras

que da forma a la célula, y

conecta distintas partes

celulares, como si se tratara

de vías de comunicación

celulares.

Red de filamentos proteicos

que se extienden a través del

citoplasma de todas las células

eucariotas

Se refiere a un grupo de estructuras

citoplasmáticas formadas por

proteínas filamentosas

La organización interna y el

movimiento celular dependen de los

elementos del citoesqueleto que

constituyen algo equivalente a los

músculos y los huesos de la célula

La mayoría de las células eucariotas

tienen forma definida y un alto grado

de organización interna pero pueden

cambiar de forma en su interior a fin

de redistribuir diversos organelos y

en ocasiones migrar de un sitio a

otro

Funciones del citoesqueleto

Durante el desarrollo embrionario los órganos se forman por migración de células simples o grupos de células de partes distantes del embrión

En el organismo adulto se da el movimiento de células simples en respuesta a un agente extraño (infección) o la migración celular descontrolada (cáncer)

Motilidad: uno de los logros mas importantes de la evolución

Forma celular:

La contracción de las células muscularesLa elongación de los axones nerviososLa formación de caveolas en la superficie celularLa citocinesis durante la división celular.

Movimientos que ocurren en el citoplasma:

• La ciclosis• Transporte de vesículas

Motilidad:

CITOESQUELETO: actina, filamentos intermedios y microtúbulos

Fibroblastos humanos en cultivo. Inmunodetección de fibronectina (FITC, fluoresceína, verde), tinción de actina (faloidina-TRITC, rodamia, rojo), y núcleos (Hoechst, azul).

Microfilamentos: Estructura

-–

+

–

+

Microfilamentos: Recambio molecular in vitro

Microfilamentos: Recambio molecular in vitro

“Treadmilling”

Microfilamentos: Recambio molecular in vivo

MICROTUBULOS

Responsables de varios movimientos celulares:

• Cilios y flagelos• Transporte de vesículas en el citoplasma• Movimientos amiboideos• Movimientos anafásicos

Estructura de los microtúbulos

ESTRUCTURA DE CILIOS Y FLAGELOS

MOVIMIENTO DE CILIOS Y FLAGELOS

Axonema

PROTEINAS MOTORAS DE MICROTUBULOS: ESTRUCTURA DE DINEINAS Y KINESINAS

LAS PROTEINAS MOTORAS DE MICROTUBULOS Y LA DISTRIBUCION DE ORGANELOS

RETICULO ENDOPLASMICO GOLGI

MICROTUBULOS

GOLGI

MBoCAlberts 3rd Edition

Azul: MicrotúbulosRojo: MitocondriasVerde: Núcleo

Verde: MicrofilamentosRojo: MitocondriasAzul: Núcleo

MICROFILAMENTOS, MICROTUBULOS Y LA DISTRIBUCION DE ORGANELOS

MICROTUBULOS

-ESTRUCTURA, ENSAMBLADO E INESTABILIDAD DINAMICA: Se forman por polimerización reversible de dímeros de tubulina (). Pueden sufrir continuos ciclos de ensamblado y desensamblado como resultado de la hidrólisis de GTP tras la polimerización (inestabilidad dinámica).

-Los microtúbulos se extienden desde el centro organizador de microtúbulos (centrosoma), situado en el centro de la célula. En células animales éste contiene un par de centríolos rodeados de material pericentriolar, en el que se inicia el crecimiento de los microtúbulos (extremo -).

Movimiento anafásico

- Dos familias principales. Las KINESINAS, que se mueven hacia el extremo +, y las DINEINAS, hacia el extremo -. Intervienen en el transporte vesicular, de orgánulos y en la separación de cromosomas en la anafase.

- CILIOS Y FLAGELOS: Son extensiones permamentes de la membrana plasmática edificadas a partir de microtúbulos. Su movimiento resulta de el deslizamiento de microtúbulos adyacentes, impulsado por la acción de dineínas.

PROTEINAS MOTORAS DE MICROTUBULOS

PROTEINAS MOTORAS DE MICROTUBULOS: DINEINAS Y KINESINAS

Mecanismos que permiten el movimiento en el citoplasma

Desplazamiento en melanóforos

MICROTUBULOS

- Durante la mitosis, los microtubulos se reorganizan y forman el huso mitótico, responsable de la separación de los cromosomas.

- Estabilización de los microtubulos y POLARIDAD CELULAR: Los microtubulos se pueden estabilizar selectivamente por union a proteínas, lo cual determina la forma y polaridad de la célula (ej. axones).

Filamentos de Actina

Proteínas asociadas a filamentos de actina

CITOCINESIS

Anillo contractil (Actina y miosina II)

Miosina no muscular

Desplazamiento en fibroblastos

Cell crawling

Microfilamentos: Haces y redes de actina

Haces contráctiles Redes Haces paralelos

Haces y redes de actina

Filamina (280 kd)

Fimbrina (68 kd) -actinina (102 kd)

40 nm14 nm

Distribución de los elementos del citoesqueleto

Redes de actina: Unión a la membrana plasmática

Dominio de unión a actina

Cadena

Cadena Dominio de unión a Ca2+ Espectrina (240kd y 220 kd)

Distrofina

Cateninas

Cadherina

Microfilamentos

Membranaplasmática

Haces de actina: Unión a la membrana plasmática

-actinina

Filamento de actina

Vinculina

Talina

Matriz extracelular

Membranaplasmática

Integrina

Haces de actina: Unión a la membrana plasmática

MICROVELLOSIDADES

Haces y redes de actina: Protusiones temporales

ESTRUCTURA Y ORGANIZACION DE LOS MICROFILAMENTOS

- Ensamblado y desensamblado de los microfilamentos: Los microfilamentos se forman por polimerización (cabeza-cola) de actina G formando una hélice de doble cadena. Diversas proteínas que interaccionan con la actina regulan el ensamblado y desensamblado de microfilamentos en la célula.

- Organización de los microfilamentos: En las células, los filamentos de actina son entrecruzados por proteínas de unión a actina formando haces o redes 3D.

ESTRUCTURA Y ORGANIZACION DE LOS MICROFILAMENTOS

- Asociación de microfilamentos los con la membrana plasmática: Esta membrana esta recubierta en su parte interna por una red de filamentos de actina y otras proteínas del citoesqueleto que determinan la forma de la célula. Los haces de actina se unen a la membrana en regiones de contacto intercelular o de adhesión a sustratos.

- Protuberancias de la membrana plasmática: Los microfilamentos soportan las protuberancias permamentes (ej. microvilli) o transitorias (ej., en fagocitosis, gemación, locomoción).

LA MIOSINA II EN LA CONTRACCION MUSCULAR

ACTINA, miosina y movimiento celular

-CONTRACCION MUSCULAR: En las células musculares, la Miosina II es una proteína motora que utiliza ATP para generar fuerzas mecánicas y movimiento. La contracción muscular resulta del deslizamiento en direcciones opuestas de los microfilamentos y filamentos de miosina.

- ENSAMBLADOS CONTRACTILES DE ACTINA Y MIOSINA II EN CELULAS NO MUSCULARES: Son responsables de diversos movimientos celulares (ej, citocinesis).

ACTINA, miosina y movimiento celular

-MIOSINAS NO CONVENCIONALES: No actúan en procesos de contracción. Sirven para transportar vesículas de membrana u orgánulos a lo largo de microfilamentos y generar corrientes citoplasmáticas (ej., miosina I, miosina V).

- "GATEO CELULAR" (cell crawling): Proceso complejo en el que se forman extensiones de la membrana plasmática mediante polimerización de microfilamentos en el borde de avance de la célula. Estas extensiones se unen después al sustrato y el borde posterior se retrae sobre el cuerpo celular. En ambos procesos parecen estar implicados motores tipo miosina.

CARACTERISTICAS COMUNES A MICROFILAMENTOS Y MICROTUBULOS

1) Tanto los microfilamentos como los microtúbulos están constituidos por proteínas globulares con actividad NTPasa (ATPasa y GTPasa, respectivamente).

2) En ambos casos, ~ 50% de la proteína constituyente se encuentra en forma soluble y el 50% en forma de filamentos.

3) Forman estructuras MUY DINAMICAS, con un intercambio rápido de subunidades entre el "pool" soluble y el insoluble (filamentoso).

CARACTERISTICAS COMUNES A MICROFILAMENTOS Y MICROTUBULOS

4) Tanto los microfilamentos como los microtúbulos son estructuras "polarizadas” (extremos distintos).

5) Las estructuras formadas por microtúbulos y/ó microfilamentos, poseen las capacidades de transportar y generar fuerzas, por lo que es justo referirse a ellos como "Citomusculatura".

FILAMENTOS INTERMEDIOS

LOS FILAMENTOS INTERMEDIOS EN LAS INTERACCIONES CELULA-CELULA Y CÉLULA-MATRIZ

EXTRACELULAR

Desmosomas

Los desmosomas son uniones célula-célula formadas por proteínas de adhesión asociadas al citoesqueleto de filamentos intermedios (intracelular). Mantienen la resistencia mecánica.

Hemidesmosomas

Los hemidesmosomas son uniones que mantienen las células epiteliales unidas a la membrana basal.

Uniones estrechas

Las uniones estrechas sellan las cavidades y restringen el paso de sustancias entremedio de células. Son muy comunes en el epitelio intestinal.

Uniones de hendidura

Las Uniones de Hendidura conectan citoplasmas de células vecinas mediante canales. El tránsito de moléculas es regulado.

Uniones intercelulares


- COMPOSICION: Son polímeros de más de 50 proteínas diferentes y característicos de tipos celulares. Parecen proporcionar soporte mecánico a células y tejidos y no están implicados en el movimiento celular.

- ENSAMBLADO: Los filamentos intermedios se forman a partir de dímeros de 2 polipéptidos que forman un helicoide enrollado. Estos se agrupan a su vez en tetrámeros antiparalelos y en protofilamentos. La agrupación de 8 protofilamentos forma un filamento intermedio de 10 nm, con una estructura similar a la de una cuerda.

-


- ORGANIZACION INTRACELULAR: Con cierta frecuencia (aunque no siempre) tienen una distribución coincidente con la de los microtúbulos. Forman una red que se extiende desde la zona nuclear hasta la membrana plasmática. En celulas epiteliales, se unen a la membrana en regiones especializadas de contacto (desmosomas y hemidesmosomas). Juegan tambien papeles especializados en celulas nerviosas y musculares. Las láminas nucleares están también formadas por filamentos intermedios

Distrofias musculares:DucheneBecker

Está formado por una red compleja de filamentos de proteínas.

- Proporciona un marco estructural a la célula, funcionando como un andamiaje molecular que determina el tamaño y forma de la célula, así como la organización general del citoplasma.

Es, en general, una estructura dinámica que regula los movimientos celulares y la distribución y movimientos de los orgánulos y otras estructuras citoplasmáticas.

Compuesto por tres tipos principales de filamentos protéicos:

Filamentos de actina (microfilamentos) 7 nm Filamentos Intermedios 10 nm Microtúbulos 25 nm

se unen a la membrana plasmática, a los organelos y entre sí mediante proteínas adaptadoras.

Resumen

Sus principales funciones del citoesqueleto son:

Proporcionar el medio para el movimiento celular y del movimiento intracelular de organelas y otros componentes del citosol

Proporcionar el soporte estructural para la membrana plasmática y los orgánulos celulares

Proporcionar el soporte para las estructuras celulares móviles especializadas, como cilios y flagelos, responsables de la propiedad contráctil de las células en tejidos especializados como el músculo

Compuesto por 4

tipos principales de

filamentos proteicos

Filamentos de actina

Filamentos intermedios

Microtúbulos

Red microtrabecular

Finas fibras de proteínas como un hilo de 7

nm de diámetro.

Abundantes en células musculares,

nerviosas y epiteliales

Compuestos predominantemente de un tipo

de proteína contráctil llamada actina.

Principal proteína del citoesqueleto de la

mayoría de las células

La actina es una proteína que se asocia espontáneamente entre si para formar un polímero lineal denominado filamento de actina

Se organizan en estructuras mas complejas formando paquetes o redes

Son mas abundantes debajo de la membrana plasmática (forman red) Soporte mecánico Forma celular Movimiento (migración) Fagocitosis División

Las moléculas individuales de actina son proteínas globulares

Cada monómero de actina (actina [G] globular) se une a otras dos moléculas iguales

Los monómeros de actina polimerizan (reversible) formando filamentos (actina [F] filamentosa

Los filamentos de actina están organizados en 2 tipos de estructurasPaquetes de

actina Arreglos paralelos

Redes de actina Fibras

entrecruzadas

Hay dos paquetes de actina distintos funcional y estructuralmente, que contienen diferentes proteínas de enlaceEl primer tipo

contiene filamentos de actina alineados en paralelo Sostiene proyecciones

de la membrana plasmática

Microvellos

El segundo tipo de de paquete de actina está compuesto por filamentos mas espaciados

El > espaciamiento entre filamentos permite a la miosina (proteína motor) interactuar con los filamentos de actina en esos paquetes

Permite la contracción del paquete

La superficie de

muchas células

tiene extensiones

basadas en

filamentos de actinaMovimiento

Fagocitosis

Absorción de

nutrientes

Las extensiones de la

superficie celular basadas

en actina mejor

caracterizadas son los

microvellos involucrados en

la absorción

Células epiteliales de la

superficie intestinal

1000 por célula (brocha)

Aumentan la superficie

expuesta del área disponible

para la absorción hasta 10 a

20 veces

A diferencia de los microvellos, muchas extensiones de la superficie celular se forman en respuesta a estímulos fuera de la célula

PseudópodosFagocitosisSu formación y

retracción se basa en el ensamble y desensamble de filamentos de actina

Macrófago englobando célulastumorales durante la fagocitosis

Los filamentos de actina usualmente están asociados con miosina Responsables de muchos tipos de movimiento celular

La miosina es el prototipo de un motor molecular Proteína que convierte la energía química en forma de

ATP a energía mecánica Genera fuerza y movimiento

Las interacciones entre actina y miosina también son responsables de otros tipos de movimiento en células no musculares División celular

Las células musculares están altamente especializadas para una sola acción Contracción

Músculo esquelético Movimientos voluntarios

Músculo cardiaco Bombeo de sangre del

corazón Músculo liso

Movimientos involuntarios

Intestino Estómago Útero, etc.

El músculo

esquelético

Paquetes de fibras

musculares (células

únicas)

El citoplasma

consiste en

miofibrillas

Paquetes cilíndricos

de dos tipos de

filamentos

Miosina (densos)

Actina (finos)

Cada miofibrilla está

organizada como

una cadena de

unidades contráctiles

Sarcómero

Los sarcómeros poseen varias regionesDisco Z (extremos)Banda A (obscura) Banda I (clara)

Corresponden a la presencia o ausencia de filamentos de miosina

Las bandas I contienen actina

Las bandas A contienen actina y miosina

Los filamentos de

actina (anclados en el

disco Z) y miosina se

traslapan en los

extremos de la banda A

La región central

Zona H

Contiene solo miosina

Los filamentos de

miosina están anclados

en la línea M

Durante la contracción muscular cada sarcómero se acorta acercando los discos ZNo hay cambios en la banda ALas bandas I y H casi desaparecen

Esos cambios se explican porque los filamentos de actina y miosina resbalan unos sobre otros

Los filamentos de actina se mueven sobre la banda A y la zona H

El movimiento de células a través de una superficie es una forma básica de locomociónMovimiento de amibasCélulas embrionarias durante el desarrollo Invasión de tejidos por glóbulos blancos

para controlar infecciónFagocitosis (ver archivo)Movimiento de células cancerosas

(metástasis) Todos estos movimientos se basan en las

propiedades del citoesqueleto de actina, además de los microtúbulos y filamentos intermedios

Los microtùbulos son tubos cilíndricos de 20-25 nm en diámetro.

Están compuestos de subunidades de la proteína tubulina, estas subunidades se llaman alfa y beta.

Formados por tubulina, en sus dos formas y , que al unirse, forman un heterodímero, unidad básica de los microtúbulos.

Cada microtubulo se compone de de 13 protofilamentos, que es una larga fila hecha de heterodímeros

actúan como un andamio para determinar la forma celular

proveen pistas para que se muevan los organelos citoplásmicos

forman las fibras del huso mitótico y miótico

Forman el esqueleto de cilios y flagelos

Los filamentos intermedios tienen cerca de 10 nm en diámetro

proveen fuerza de tensión a la célula. formados por un conjunto de proteínas

específicas para cada tipo celular. En las células epiteliales existen filamentos

intermedios formados por vimentina y por queratinas

en células musculares predominan los filamentos de desmina

A nivel del tejido nervioso, las proteínas que forman los filamentos intermedios (neurofilamentos)

En las células epiteliales del intestino, los tres tipos de fibras están presentes.

Los microfilamentos se proyectan dentro de las vellosidades.

Los microtubulos crecen del centrosoma a la periferia de la célula.

Los filamentos intermedios conectan células adyacentes a través de desmosomas.

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.

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.

El movimiento celular se logra por medio de cilias y 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

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

Componentes

Diámetro

Principal proteína Participan de:

Microfilamentos

~5nm Actina

Contracción muscular, endocitosis , migración celular r

FilamentosIntermedios

~10nm

CitoqueratinaVimentinaNeurofilamentos

Sustentación , desmosomas , hemidesmosomas

Microtúbulo ~25nm Tubulina- e Tubulina-

Formación del huso mitótico transporte de vesículas

Esquema de los elementos del citoesqueleto y el centríolo

Gartner y Hiatt, 1997

Microtúbulos. Citoesqueleto. Transporte de sustancias hacia la periferia. Forman el huso microtubular. Constituyen los componentes móviles

Microfilamentos. Citoesqueleto. Movimiento y estabilización de la membrana. Cito adherencia

Centríolos. Organizan la red citoplamática. Organizan el desarrollo de cilios móviles

Citoesqueleto

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