Biología Celular: Miosina y Microtúbulos

Biología Celular: Bloque 2, Estructura y Función de las Células, Unidad Didáctica 7: Citoesqueleto y Movimiento Celular

• El citoesqueleto es una red de filamentos de proteína que se extiende por el citoplasma.
• Proporciona un armazón estructural a la célula, determinando su forma y organización.
• Es responsable de los movimientos celulares, el transporte de orgánulos y otras estructuras intracelulares (como cromosomas mitóticos) a través del citoplasma.
• Es una estructura dinámica que se reorganiza continuamente según las necesidades de la célula.
• Está constituido por tres tipos principales de filamentos de proteína: filamentos de actina (microfilamentos), microtúbulos y filamentos intermedios.
• Los microfilamentos son fibras finas, flexibles, de aproximadamente 7 nm de diámetro, y se organizan en haces o redes tridimensionales que forman un gel semisólido.
• La actina es la proteína citoesquelética más abundante en la mayoría de las células y es la responsable de una gran variedad de movimientos celulares.
• La actina polimeriza formando filamentos (microfilamentos) que se asocian con otras estructuras celulares para regular funciones celulares como la interacción con la membrana plasmática, el transporte de otras proteínas y el sostén mecánico de la célula.
• Los filamentos de actina crecen mediante la adición reversible de monómeros, con una gran velocidad en el extremo protuberante (+), y con menor velocidad en el extremo (-) puntiagudo.
• El ensamblaje y desensamblaje de los filamentos de actina están regulados por proteínas de unión.
• Entre estas proteínas se encuentran la formina que son esenciales para el inicio de la polimerización y la profilina, que promueve la nucleación o proceso inicial de polimerización. También se incluyen las proteínas de caperuza que evitan la despolimerización en los extremos (+) o (-), o las cofilinas que cortan los filamentos.
• El ensamblaje y desensamblaje de los filamentos de actina están regulados por proteínas de unión a la actina, como la Arp2/3 que forman las ramas de los filamentos de actina.
• La actina participa en la formación de haces o redes tridimensionales.
• En las células eucariotas existen varios tipos de actina, codificados por genes diferentes, y en los mamíferos existen 6 tipos, algunos se concentran en los músculos esqueléticos, cardíacos y lisos, y otras en resto de células.
• Los monómeros de actina son proteínas globulares que interaccionan cabeza con cola para formar filamentos (actina filamentosa F).
• Los filamentos de actina se encuentran orientados en la misma dirección, de ahí que tengan polaridad, y esta polaridad es esencial para su función.
• La actina constituye entre un 5-10% de las proteínas totales de las células eucariotas, aunque puede ser del 20% en las células musculares.
• Las células se mueven en respuesta a señales de otras células o del entorno mediante señales GTP de la familia Rho, que activan a miembros de la familia WASP, estimulando el complejo Arp2/3 e iniciando el crecimiento de filamentos de actina ramificados.
• Las forminas, estimulan el crecimiento de filamentos de actina ramificados y lineales.
• La cofilina acelera la despolimerizacion de los filamentos de actina.

Organización de los filamentos de actina

• Los filamentos de actina se organizan en haces y redes.
• Los haces son pequeños y rígidos que mantienen los filamentos estrechamente juntos.
• Las redes contienen filamentos largos y flexibles que forman una malla tridimensional.
• La organización de los filamentos depende de las proteínas de entrecruzamiento.
• Existen dos tipos de haces de actina, el paralelo y el contráctil, distinguidos por la distancia entre los filamentos.
• La filamina es una proteína que une los filamentos de actina formando una malla tridimensional debajo de la membrana plasmática.

Microtúbulos

• Son estructuras tubulares huecas, rígidas y dinámicas (25nm de diámetro) constituidas por una proteína globular llamada tubulina (dímero a-tubulina y ẞ-tubulina).
• Participan en el movimiento celular en procesos de transporte de orgánulos.
• Forman parte del huso mitótico, esenciales para la separación de los cromosomas durante la mitosis y la meiosis.
• Están unidos y estabilizado por proteínas de asociación a microtúbulos (MAP).
• El extremo menos del microtúbulo se estabiliza para evitar la despolimerizacion.
• Los extremos más están asociado a polimerasas que estimulan el crecimiento del filamento.
• Los extremos menos están asociados a despolimerasas que ralentizan el crecimiento o la polimerización del filamento.
• El centrosoma es el lugar de nucleación de los microtúbulos.

Motores microtubulares y movimiento

• Las proteínas motoras, tales como las quinesinas y las dineínas son esenciales para el transporte de vesículas y orgánulos, y el movimiento celular en las células, a través de los microtúbulos a lo largo del extremo más (+) o menos (-).
• Las quinesinas se mueven hacia el extremo más mientras que las dineínas, se mueven hacia el extremo menos.
• Los cilios y flagelos están formados por los microtúbulos del axonema, que son esenciales para el movimiento de estas estructuras en los organismos.
• Los microtúbulos se reorganizan durante la mitosis, que es dirigida por centrosoma. Los cromosomas se alinean en el huso mitótico, separados a los polos opuestos de la célula. Una variedad de proteínas motoras dirigen el movimiento cromosómico en cada fase de la mitosis.

Filamentos Intermedios

• Contribuyen a la estructura y la fuerza mecánica de los tejidos.
• No están directamente implicados en el movimiento celular, pero son importantes para la organización de procesos celulares.
• Son unas fibras intermedias (10-12 nm de diámetro).
• Tipos: Queratinas, Vimentina, Desmina, Neurofilamentos, Laminas Nucleares.

Miosina

• Es un tipo de motor molecular que convierte la energía química del ATP en energía mecánica.
• La miosina juega un papel crucial en la contracción muscular y otros movimientos celulares, como el transporte de organelos y vesículas.
• Existen varios tipos de miosina que difieren en su estructura y función.
• La contracción de los musculos requiere de la miosina y actina que se deslizan mutuamente.

Células Musculares

• Existen tres tipos distintos, dependiendo de la estructura y función (esqueléticas, lisas, cardíacas).
• Las miofibrillas están compuestas por filamentos gruesos (miosina) y delgados (actina) ordenados en sarcómeros.
• Las proteínas asociadas a la actina y miosina se encargan de las interacciones entre ambas proteínas.
• Los sarcómeros son las unidades contráctiles de las células musculares, que están organizadas en estructuras transversales.