Biología Celular Examen Final PDF

Biología Celular Examen Final Teoría de Oparin y Haldane 1921 Alexander Oparin, origen abiótico de los compuestos orgánicos, generación de los coacervados. 1924 John B.S Haldane, componentes de la atmósfera primitiva + radiación uv + Ph básico + Temperatura, sopa primigenia/caldo primordial. Experimentos Milley y Urey 1953, Al exponer los gases existentes en la atmósfera primitiva a descargas eléctricas se forman aminoácidos Descubrimiento de las células Zacharias y Hans Jansen 1590, invención del microscopio. Robert Hooke 1665, corcho formado por células. Antonnie Van Leeuwenhoek 1674-1687, Animoiculos Teoría celular Matthias Schleiden y Theodor Schwann 1839, todos los organismos están compuestos por una o más células. Rudolf Virchow 1855, toda célula viene de una célula preexistente. Membrana Funciones Barrera de permeabilidad selectiva Compartamentalizacion subcelular Reconocimiento celular Transporte de sustancias Comunicación intercelular Componentes -Glicoproteinas -Colesterol -Lípidos 40-50% -Carbohidratos -Proteína integral -Proteínas 50% -Glicolipidos -Proteína periférica -Carbohidratos 5-10% Fosfolipidos y Fosfogliceridos Estructura Moléculas antipáticas Cabeza hidrofila: contiene un grupo de fosfato Colas hidrofobas: 2 cadenas de ácidos grasos Función: son los componentes principales de las membranas celulares, forman la bicapa lipidica, creando una barrera selectiva entre el interior y el exterior de la célula. Propiedades: permiten la fluidez de la membrana y faciliten el paso de moléculas. Los fosfogliceridos son un tipo de fosfolipidos basados en glicerol, escenciales para la organización estructural de las membranas celulares. Asimetría de los lípidos de la membrana Fosfatidilcolina Fosfatidilserina Fosfatidiletanolmina Fosfatidilinositol Efingomielina Los lípidos que contienen ácidos grasos instaurados incrementan de forma similar a la fluidez de la membrana, la presencia de dobles enlaces introduce curvaturas en las cadenas de ácidos grasos, haciendo difícil que se empaqueten juntas. Ácidos grasos saturados: no contienen dobles enlaces entre los átomos de carbono de sus cadenas. Ácidos grasos instaurados: tienen uno o más dobles enlaces en sus cadenas. Los ácidos grasos instaurados aumentan la fluidez de las membranas. 1. Espacio molecular: los dobles enlaces crean “codos” en las cadenas, impidiendo que los lípidos se empaqueten estrechamente. 2. Menor rigidez: reducen la temperatura a la membrana pasa de rígida a fluida. 3. Interacciones débiles: las cadenas insaturadas tienen menos interacciones fuertes entre ellas, lo que favorece la flexibilidad. Colesterol El colesterol también es un factor clave para determinar la fluidez de la membrana. Altas temperaturas: el colesterol estabiliza la membrana celular y aumenta su punto de fusión. Bajas temperaturas: se inserta entre los fosfolipidos y evita que se agrupen o interfieran entre sí, previniendo la agregación. Fluidez de la membrana Grados de movimiento que presentan los lípidos de la membrana celular Temperatura Composición lipidica (% colesterol) Grados de saturación de los lípidos Proteínas de la membrana Proteínas integrales Proteínas periféricas Proteínas ancladas a lípidos Proteínas integrales Las partes de estas proteínas que atraviesan la membrana son regiones a -helicoidales de entre 20 a 25 aminoácidos no polares. Las cadenas laterales hidrofobas de estos aminoácidos interaccionan con las cadenas de ácidos grasos de los lípidos de membrana y la formación de una a-hélice neutraliza el carácter polar de los enlaces peptidicos. Transporte a través de la membrana - Bicapa lipidica (estructura lipoproteica) - Presenta fluidez - Semipermeable - Separa un medio químico de otro - Regula el paso de sustancia a través de ella - Regula el contenido interno de la célula o de un organelos membranoso Gradiente de concentración Diferencia de concentración de solutos o sustancias disueltas entre 2 medios separados por una membrana Transporte pasivo: a favor del gradiente Transporte activo: en contra del gradiente Transporte pasivo Difusión simple Difusión facilitado: canal ionico, carrier o permeasa Osmosis Transporte activo Mediado por proteínas carrier o bombas Mediado por vesículas o transporte en masa: Endocitosis, Fagocitosis, Pinocitosis, Mediada por receptor, Exocitosis Difusión A favor del gradiente de concentración No gasta ATP Alcanza el equilibrio Las membranas son altamente permeables a moléculas inorganicas pequeñas Difusión de agua Las moléculas de agua exhiben una velocidad mayor al moverse a través de una membrana. Osmosis Movimiento de moléculas de agua a favor de su gradiente de concentración No utiliza ATP El agua se moviliza a través de la bicapa de fosfolipidos y de canales llamados acuaporinas Solución hipotonica: ganancia de agua, la célula se expande Solución hipertonica: pérdida de agua, la célula se encoge Solución isotonica: sin pérdida ni ganancia Difusión de iones a través de membranas La bicapa es permeable a las sustancias cargadas incluidos los iones pequeños canales ionicos específicos desde una concentración Difusión facilitada Cambio conformacional Movimiento de solutos en ambas direcciones Flujo neto dependiente de la concentración de soluto Transporte activo Requiere energía Contra el gradiente Proteínas transportadas Impulsa el movimiento de iones en una sola dirección Receptores celulares Son proteínas ubicadas en la superficie o dentro de una célula que pueden unirse a moléculas de señalización conocidas como ligandos El ligando puede provenir de: contacto directo a través de uniones estrechas Señalización, endocrina y paracrina (a través de hormonas) señalización sináptica (a través de neurotransmisores) Señalización Comunicación dentro de organismos multicelulares. Las células responden a cambios en su entorno monitoreando su ambiente interno y externo. Tanto organismos unicelulares como multicelulares ajustan su comportamiento ante variaciones en nutrientes, toxinas, u otras señales. En los organismos multicelulares las células detectan señales internas y externas que regulan su crecimiento, división, desarrollo y funciones en los tejidos adultos. Las proteínas reguladoras generan señales químicas que se envían y procesan para asegurar una comunicación efectiva dentro y entre las células. resultados finales de vía de transducción de señales Alteración de la expresión génica Apertura o cierre de productos celulares al líquido extracelular o al torrente sanguíneo Contracción muscular Cada célula está programada para responder a una combinación específica de señales extracelulares. Clasificación Receptores de superficie celular (Transmembrana) Receptores intracelulares Receptores de superficie celular Situados dentro de la membrana plasmatica consta de 3 dominios: - Dominio de unión a ligando extracelular - Dominio hidrofóbico dentro de la membrana plasmatica - Dominio intracelular El dominio intracelular comunica la señal dentro de la célula a través de modificación coavalente de otras moléculas, generalmente, a través de fosforilacion desencadena una cascada de fosforilacion. Cascada de fosforilacion: secuencia de varios pasos en la que un grupo fosfato pasa de una molécula a la siguiente mediante una serie de enzimas conocidas como quinasas. Generación de 2dos mensajeros - Adenosin monofosfato cíclico - Guanosin monofosfato cíclico - Trifosfato de inositol - Diacilglicerol - Iones de calcio (m 4 tipos de receptores - Canales ionicos regulados por ligandos - Asociados a proteínas G - Asociados a enzimas - Intracelulares (citoplasmáticos o nucleares) Canales ionicos regulados por ligandos Activados al unirse al ligando Iones específicos (sodio, magnesio, calcio) - Neuronas (dendritas) - Cambios en el potencial de membrana - Receptores de glutomato - Receptores nicotinicos de acetilcolina Acoplados a proteínas G Activan proteínas G como resultado de unión a su ligando Proteínas de unión a guanina: - Heterotrimericas - 7 alfa hélice transmembranal - Dominio de unión a ligando - Dominio terminal acoplado a proteína G Asociados a enzimas Actividad enzimatica intrínseca, receptores con actividad Tirosina-Cinasa Intracelulares (citoplasma o nucleares) Localizados dentro de la célula, pueden estar en el citoplasma y núcleo. Consta de 3 dominios: - Domingo de unión al ligando - Dominio de unión al ADN - Dominio que interactúa con otros factores de transcripción Intracelulares (citoplasma o núcleo) Unión al ligando hidrofóbicos o moléculas muy pequeñas, Ubicados en el citoplasma - Traslocación al núcleo - Unión a regiones reguladoras del ADN - Control de la expresión genética Los ligandos suelen ser pequeñas moléculas hidrofóbicas que pueden atravesar la membrana celular. Ejemplos de receptores intracelulares: - Receptores nucleares de hormonas esteroideas - Receptor de vitamina D - Guanilato ciclasa (el receptor de óxido nitrico que funciona como una enzima, generando, guanosin monofosfato cíclico) Biología celular Segundo parcial Citoesqueleto El citoesqueleto es una red de filamentos de proteína en el citoplasma de todas las células eucariotas. Funciones estructurales: -Actúa como un andamio que determina la forma celular y organiza el citoplasma. - Sostiene y organiza los orgánulos dentro de la célula. Funciones dinámicas: Es una estructura dinámica que se reorganiza continuamente. Responsable de movimientos celulares y el transporte interno de orgánulos y cromosomas. Componentes principales: Filamentos de actina. Filamentos intermedios. Microtúbulos. Funciones en procesos celulares: Movilidad celular. Transporte de orgánulos. División celular y otros movimientos intracelulares. El citoesqueleto está constituido por tres tipos principales de filamentos de proteína: filamentos de actina, filamentos intermedios y microtúbulos, que se mantienen juntos y unidos a los orgánulos intracelulares y a la membrana plasmática mediante varias proteínas accesorias Filamentos de actina Movilidad celular: Las células tienen una notable capacidad de moverse. Desarrollo embrionario: Las células de la cresta neural migran para formar estructuras como pigmento, dientes y cartílago mandibular. Glóbulos blancos: Patrullan tejidos para eliminar restos y microorganismos. Cierre de heridas: Proyecciones de células epiteliales móviles ayudan a sellar heridas. Crecimiento de axones: La actina guía el crecimiento hacia objetivos sinápticos. Funciones de la actina: Facilita el movimiento de vesículas, fagocitosis y citoquinesis. Es clave en el transporte de vesículas y organelos en células vegetales. Determina la forma celular y da soporte estructural. Composición y tamaño: La actina forma filamentos delgados y flexibles. Diámetro: 7 nm, longitud: varios micrómetros. Estructura: Filamentos organizados en haces y redes tridimensionales. Forman una estructura semisólida. Estructura molecular: G-actina (actina globular): Proteína globular de 375 aminoácidos (43 kDa). F-actina (actina filamentosa): Se forma por la polimerización de los monómeros de G-actina. La estructura del filamento es una hélice de doble cadena, con los monómeros girados 166° entre sí. Los filamentos tienen polaridad, con dos extremos diferenciados: Extremo protuberante (+): Crece de 5 a 10 veces más rápido. Extremo puntiagudo (-): Crece más lentamente. Distribución: Abundan bajo la membrana plasmática. Proporcionan soporte mecánico. Función principal: Determinan la forma celular. Permiten el movimiento de la superficie celular. Facilitan procesos como migración, fagocitosis y división celular. Regulación: Reguladas por proteínas de unión a la actina. Estas proteínas controlan su ensamblaje y desensamblaje. La polimerización de la actina es espontánea en condiciones fisiológicas (aumenta la fuerza iónica). o El primer paso es la nucleación, donde se forma un pequeño agregado de tres monómeros. o ATP desempeña un papel importante: o La G-actina une ATP, que se hidroliza a o ADP tras la polimerización. o Los monómeros con ATP polimerizan más rápido que aquellos con ADP. Función de la Actina en la Polimerización y Treadmilling Propiedades dinámicas: Los filamentos de actina se ensamblan y desensamblan según las necesidades de la célula. Hay una concentración crítica de monómeros libres de actina: Si la concentración es alta, la polimerización es mayor que la despolimerización. Si es baja, predomina la despolimerización. El crecimiento es asimétrico, ya que el extremo protuberante crece más rápido que el puntiagudo. Rol de la Actina: La actina, una proteína clave, ayuda a las células a utilizar la energía almacenada en ATP. Durante este proceso, ATP se convierte en ADP. Estructuras de Filamentos: Tras la conversión de ATP a ADP, se forman dos tipos de estructuras en los filamentos de actina: Filamentos con ATP y Filamentos con ADP. Diferencias en el Crecimiento: -La energía liberada durante la conversión se almacena en el filamento. -Las subunidades de ADP son más fáciles de liberar que las de ATP. Esto provoca que el filamento "encogerse" en el extremo ADP y crezca en el extremo ATP. Treadmilling: Se refiere al fenómeno donde el filamento crece en un extremo (positivo) y se acorta en el otro (negativo). Este proceso es esencial para el movimiento celular y la morfología celular. Concentración Crítica: El extremo negativo necesita más subunidades para crecer que el extremo positivo. La polimerización continua hasta que se alcanza un equilibrio, manteniendo una longitud constante. Regulación del Ensamblaje de Filamentos de Actina Proteínas de Unión a Actina: o Diversas proteínas regulan el ensamblaje y desensamblaje de los filamentos de actina. Estas proteínas pueden: o Estabilizar los filamentos. o Establecer enlaces cruzados entre ellos o Prevenir la disociación de monómeros. o Desensamblar filamentos o estimular su despolimerización. o Controlar el ensamblaje de actina monomérica mediante el intercambio de ATP por ADP. Nucleación de Filamentos: o La nucleación es el paso inicial y limitante en la formación de filamentos de actina. o Requiere que los monómeros interaccionen adecuadamente. o Forminas y Complejo Arp2/3 son clave en la nucleación. Forminas: o Grandes proteínas que se unen a los extremos protuberantes de los filamentos. o Nucleadas inicialmente y luego se desplazan a lo largo del filamento, añadiendo monámeros en crecimiento. o Forman filamentos largos y no ramificados, como los que se encuentran en las fibras de estrés. Complejo Arp2/3: o Nucleador de filamentos de actina densamente empaquetados y ramificados. o Se une cerca del extremo protuberante de un filamento existente, formando nuevas ramas. o Contiene siete proteínas, dos de las cuales son similares a la actina Proteínas de Unión a Actina: o Modifican y remodelan los filamentos existentes. Familia ADF/Cofilina: o Promueve la disociación de monómeros de actina/ADP del extremo puntiagudo. o Capaz de escindir filamentos de actina. o Se une preferentemente a ADP/actina, secuestrando monómeros de actina y evitando su reincorporación en filamentos. Profilina: o Revierten el efecto de la cofilina. o Estimula el intercambio de ADP por ATP, facilitando la incorporación de monómeros de actina en filamentos. o Disocia los monómeros de actina/ATP de la cofilina. Interacción con Forminas: o Algunas forminas aceleran la polimerización al unirse a la profilina y monómeros de actina/ATP. Regulación de la Polimerización: o Las actividades de ADF/cofilina, profilina y complejo Arp2/3 están controladas por mecanismos de señalización celular. o Permiten la adecuada regulación de la polimerización de actina en respuesta a estímulos ambientales. Importancia Funcional: o renovación de los filamentos de actina y remodelación del citoesqueleto. o Necesarias para diversos movimientos celulares y cambios en la forma celular. o En algunos tipos celulares, el ensamblaje y desensamblaje de microfilamentos representa hasta el 50% de la hidrólisis de ATP. Tipos de Estructuras de Actina: Haces de Actina: -Filamentos unidos por puentes cruzados en estructuras paralelas y estrechamente agrupadas. -Proporcionan soporte a proyecciones de la membrana plasmática (ej. microvellosidades). Redes de Actina: Filamentos dispuestos de forma ortogonal, formando mallas tridimensionales con propiedades de gel semisólido. Haces de actina: Haces de actina estrechos Estructura: Filamentos alineados en paralelo, agrupados estrechamente. Todos con la misma polaridad (extremos hacia la membrana plasmática). Función: Soportan proyecciones como las microvellosidades. Proteína formadora: Fimbrina (68 kDa): Posee dos dominios de unión a la actina. Estabiliza la estructura de los haces estrechos. Haces de actina contráctiles Estructura: Filamentos más espaciados, con disposición holgada. Función: Pueden contraerse, como el anillo contráctil que divide células durante la mitosis. Proteína formadora: α-Actinina (102 kDa): Funciona como dímero con un sitio de unión a la actina. Separa filamentos (40 nm entre ellos), permitiendo interacción con proteínas motoras como la miosina, esencial para la contracción. Diferencias clave Haces estrechos: Mayor estabilidad, menos separación (14 nm). Haces contráctiles: Menor estabilidad, más separación (40 nm), permite contracción. Asociación de los filamentos de actina con la membrana plasmatica Definición: El córtex celular es una red tridimensional de filamentos de actina y proteínas asociadas que se localiza justo debajo de la membrana plasmática. Funciones Principales: Determinación de la forma celular: Proporciona soporte estructural, lo que permite a la célula mantener su forma. Movilidad celular: Interviene en procesos como la migración celular y la deformación durante la división celular. Localización: Se sitúa en la periferia de la célula, formando una estructura que se adapta a diversas formas celulares. Composición Filamentos de actina: Componen la estructura básica del córtex y son responsables de la contractilidad. Proteínas de unión a la actina: Incluyen espectrina, anquirina y proteína 4.1, que establecen conexiones entre los filamentos de actina y la membrana plasmática. Espectrina: Estructura: Formada por un tetrámero de cadenas α y β, que se ensamblan para crear una red que ancla los filamentos de actina. Función: Proporciona estabilidad a la membrana y permite la deformación de los eritrocitos. Anquirina: Conexión: Une la espectrina con el dominio citoplasmático de la proteína transmembrana banda 3, crucial para la integridad del córtex celular. Proteína 4.1: Rol adicional: Refuerza la conexión entre la red de espectrina-actina y la membrana al interactuar con glicoforina. Distrofina:Importancia Clínica: Su ausencia o alteración está relacionada con distrofias musculares de Duchenne y Becker, lo que resalta su papel en la estabilidad muscular. Mecanismo: Actúa como un enlace entre el citoesqueleto y las proteínas transmembrana, facilitando la conexión con la matriz extracelular. Implicaciones: La interacción entre distrofina y el citoesqueleto es fundamental para la estabilidad durante la contracción muscular, evitando la degeneración celular Adhesión focales y fibras de estrés Fibras de Estrés: Estructura: Formadas por haces de actina que están entrelazados por α-actinina y estabilizados mediante tropomiosina, permitiendo la contracción. Conexión a la Membrana: Ancladas en las adhesiones focales mediante integrinas, que son proteínas transmembrana. Función: Anclaje y Tensión: Proporcionan puntos de anclaje que permiten a la célula adherirse a sustratos y generar fuerzas tensionales, esenciales para la migración y la morfología celular. El citoesqueleto de actina se ancla en uniones de adherencia, regiones de contacto célula-célula. En células epiteliales, estas uniones forman un cinturón de adhesión continuo alrededor de cada célula. Un haz contráctil de filamentos de actina subyacente se une a la membrana plasmática en estas zonas. El contacto entre células en las uniones de adherencia está mediado por cadherinas, proteínas transmembrana. Las cadherinas forman un complejo con cateninas, proteínas citoplasmáticas que anclan los filamentos de actina a la membrana. Protuberancias de la superficie celular Diversas extensiones celulares participan en: Movimiento celular Fagocitosis Absorción de nutrientes organizados en haces o redes (estables o reorganizables rapidamente). Microvellosidades Extensiones digitiformes de la membrana plasmatica. Abundantes en células epiteliales que tapizan el intestino (células absorbentes). Forman el borde en cepillo en la superficie apical. Aumentan de 10 a 20 veces la superficie de absorcion. Esterocilios (formas especializadas de microvellosidades): Detectan vibraciones sonoras en las celulas auditivas. Estructura de las microvellosidades Contienen 20-30 filamentos de actina agrupados en haces paralelos. Proteínas formadoras de haces de actina: Fimbrina: entrelaza los filamentos en varios tipos de celulas. Villina: proteína clave en celulas intestinales y renales (95 kDa). Los filamentos de actina estan unidos a la membrana plasmatica mediante: Calmodulina (proteína fijadora de calcio). Miosina I, que puede facilitar el movimiento de la membrana. En la base, los filamentos se anclan en la red terminal rica en espectrina, que estabiliza las microvellosidades. Protuberancias transitorias A diferencia de las microvellosidades, muchas estructuras superficiales son transitorias, formadas en respuesta a estímulos ambientales. Estas estructuras estan implicadas en la locomoción celular. Tipos de estructuras transitorias Pseudópodos: Extensiones de ancho moderado. Basados en una red tridimensional de filamentos de actina. Responsables de la fagocitosis y el movimiento en amebas. Lamelipodios: Extensiones laminares anchas en el borde apical de los fibroblastos. Contienen una red de filamentos de actina. Filopodios: Proyecciones delgadas de la membrana plasmatica. Sostenidas por haces de actina. Dinámica de las estructuras: La formacion y retraccion de pseudopodos, lamelipodios y filopodios depende del ensamblaje y desensamblaje regulado de los filamentos de actina. Actina, miosina y movimiento celular o Los filamentos de actina asociados con miosina son responsables de diversos movimientos celulares. o Miosina: motor molecular que convierte energía química (ATP) en energía mecánica, generando fuerza y movimiento. Contracción muscular Las células musculares están altamente especializadas en la contracción. Esta especialización las convierte en un prototipo para el estudio del movimiento a nivel celular y molecular. Existen tres tipos de células musculares en vertebrados: Músculo esquelético: responsable de movimientos voluntarios. Músculo cardíaco: encargado de bombear la sangre desde el corazón. Músculo liso: responsable de movimientos involuntarios en órganos como el estómago, intestinos, útero y vasos sanguíneos. Tanto el músculo esquelético como el cardíaco presentan estructuras contráctiles organizadas, que crean un patrón de estriaciones transversales. El estudio del músculo esquelético ha permitido comprender los mecanismos moleculares de la contracción muscular y otros movimientos celulares basados en la actina. Los músculos esqueléticos están formados por haces de fibras musculares, células grandes (50 µm de diámetro, varios cm de longitud) formadas por la fusión de muchas células Los músculos esqueléticos estan formados por haces de fibras musculares, celulas grandes (50 µm de diametro, varios cm de longitud) formadas por la fusión de muchas células.El citoplasma de estas fibras esta compuesto principalmente por miofibrillas: haces cilíndricos de dos tipos de filamentos: Filamentos gruesos de miosina (15 nm de diametro). Filamentos delgados de actina (7 nm de diametro). Las miofibrillas se organizan en sarcómeros, unidades contractiles responsables de la apariencia estriada de los musculos esqueletico y cardíaco. Los sarcómeros miden aproximadamente 2,3 µm de longitud y estan delimitados por los discos Z. Las regiones del sarcomero observadas al microscopio electronico: Bandas A (anisotropas): contienen filamentos de miosina y son las regiones oscuras. Bandas I (isotropas): contienen solo filamentos de actina y son las regiones claras. Zona H: contiene solo filamentos de miosina, en la parte intermedia de la banda A. Los filamentos de actina se anclan a los discos Z, que contienen α-actinina. Los filamentos de miosina se unen en la línea M, en el centro del sarcomero Titina y nebulina son proteínas que contribuyen a la estructura y estabilidad del sarcomero. Titina es una proteína extremadamente grande (3.000 kDa) que se extiende desde la línea M hasta el disco Z. Actua como un muelle, manteniendo los filamentos de miosina centrados en el sarcomero. Ayuda a mantener la tensión de reposo y permite al musculo retraerse si se estira en exceso. Nebulina esta asociada con los filamentos de actina. Se cree que regula el ensamblaje de los filamentos de actina. Actua como una regla, determinando la longitud de los filamentos de actina. La miosina II es el tipo de miosina presente en el musculo y es una proteína grande (500 kDa). Esta formada por: Dos cadenas pesadas identicas (200 kDa cada una). Dos pares de cadenas ligeras (20 kDa cada una). Cada cadena pesada tiene: Una cabeza globular. Una cola larga en forma de α-hélice. Las colas en α-helice de las dos cadenas pesadas se enrollan en espiral (coiled-coil) para formar un dímero. Los filamentos gruesos del musculo estan formados por varios cientos de moléculas de miosina.Las moleculas de miosina estan unidas por interacciones entre sus colas en una disposicion paralela escalonada. Las cabezas de miosina se unen a los filamentos de actina, formando puentes cruzados. La orientacion de las moleculas de miosina y actina se invierte a partir de la línea M del sarcomero.La actividad motora de la miosina mueve las cabezas hacia el extremo protuberante de la actina, deslizando los filamentos hacia la línea M, causando la contracción muscular.Las cabezas de miosina fijan e hidrolizan ATP, lo que proporciona la energía para el deslizamiento de los filamentos.La hidrólisis del ATP provoca ciclos repetidos de interaccion entre miosina y actina, causando el movimiento de las cabezas de miosina. El "golpe de potencia" ocurre cuando ADP es liberado y la miosina vuelve a su conformacion inicial. La contracción muscular es disparada por impulsos nerviosos que liberan Ca²⁺ del retículo sarcoplásmico.El aumento de la concentracion de Ca²⁺ permite que las proteínas accesorias (tropomiosina y troponina) regulen la interaccion entre actina y miosina.A altas concentraciones de Ca²⁺, la troponina C se une al calcio, lo que permite que la miosina acceda a la actina, facilitando la contraccion Ciclo de los puentes transversales de actomiosina En el músculo relajado, la tropomiosina bloquea los sitios de unión de la miosina en las moleculas de actina. Tras la estimulación nerviosa, se libera Ca²⁺ en el sarcoplasma.El Ca²⁺ se une a la troponina, que actua sobre la tropomiosina para exponer los sitios de unión en la actina. Con los sitios de union expuestos, las cabezas de miosina pueden interactuar con la actina, formando puentes cruzados. Esto permite que los filamentos de actina y miosina se deslicen uno sobre el otro, causando la contracción muscular El acortamiento muscular implica interacciones repetidas entre actina y miosina, moviendo los filamentos delgados sobre los gruesos. La primera etapa del ciclo es la adhesión, donde la cabeza de miosina se une fuertemente a la actina en ausencia de ATP. En esta etapa, la cabeza de miosina esta en su conformación erguida u original. Esta disposicion es conocida como configuración de rigidez. La rigidez muscular tras la muerte (rigor mortis) se debe a la falta de ATP, lo que impide la separacion de los puentes cruzados. En un musculo en contraccion, esta etapa termina con la unión de ATP a la cabeza de miosina, lo que desencadena el ciclo. La separación es la segunda etapa del ciclo de contraccion muscular. La cabeza de miosina se desacopla del filamento de actina. El ATP se une a la cabeza de miosina, provocando cambios de conformación en su sitio de union a la actina. Esta conformacion reduce la afinidad de la cabeza de miosina por la actina, permitiendo su desacoplamiento. La flexión es la tercera etapa del ciclo de contraccion muscular. Esta etapa "reinicia" el motor de la miosina.Como resultado de la hidrólisis del ATP, la cabeza de la miosina asume su posición previa al golpe de fuerza. Se producen cambios de conformación en el sitio de fijacion del ATP, lo que provoca la flexión y rotacion del brazo de palanca de la miosina. El ATP se divide en ADP y fosfato inorgánico (Pi), pero ambos permanecen unidos a la cabeza de miosina. Esta etapa tambien es conocida como "golpe de recuperación", y genera un desplazamiento de aproximadamente 5 nm. La generación de fuerza es la cuarta etapa del ciclo de contraccion muscular. La cabeza de miosina libera el fosfato inorgánico (Pi), lo que desencadena el golpe de fuerza. La cabeza de miosina se fija débilmente a un nuevo sitio de union en la actina.La liberacion del Pi incrementa la afinidad de union entre la miosina y la actina. La miosina genera una fuerza al regresar a su posicion erguida, impulsando el movimiento del filamento de actina. Durante el golpe de fuerza, se pierde el ADP de la cabeza de miosina. La citocinesis es el ejemplo mas notable de contraccion mediada por actina-miosina en celulas no musculares. Ocurre tras la mitosis en celulas animales. Se forma un anillo contráctil de actina y miosina II bajo la membrana plasmatica. La contraccion del anillo tira de la membrana hacia adentro, estrangulando la célula hasta dividirla en dos. El grosor del anillo permanece constante mientras se contrae, lo que sugiere que los filamentos de actina se desensamblan progresivamente. Despues de la division, el anillo se disgrega por completo. En celulas vegetales, aunque el mecanismo es distinto, la actina también está involucrada en la division celular. La funcion de la actina en la division celular es evolutivamente antigua, compartida con la proteína bacteriana MrB. Miosinas no musculares no forman filamentos contractiles. Participan en procesos como: Transporte de vesículas y orgánulos a lo largo de filamentos de actina. Fagocitosis y extension de pseudópodos. Miosina I es mas pequena que la miosina II y Carece de larga cola. Se une a estructuras como vesículas u organulos para transportarlas. Forma brazos laterales que conectan actina con la membrana plasmatica, permitiendo su movimiento. Existen al menos 12 clases de miosinas no musculares (miosinas III a XIV). Miosinas con una cabeza (como miosina I). Miosinas con dos cabezas (como miosina II). Funciones aun no completamente determinadas. Algunas miosinas clave: Miosinas V y VI: importantes en el transporte de orgánulos. Miosina III: involucrada en la visión. Miosinas VI y VII: participan en la audición. Miosina VI: unica, ya que se mueve hacia los extremos puntiagudos de los filamentos de actina. Otras miosinas reorganizan los filamentos de actina o los anclan a la membrana plasmatica. El movimiento celular sigue un ciclo coordinado que incluye: Polarización inicial de la celula. Extensión de pseudopodos, lamelipodios o filopodios. Adhesión al sustrato. Retracción del frente celular. La extensión del frente depende de Ramificación y polimerización de filamentos de actina. La inhibicion de este proceso bloquea la formacion de extensiones celulares. Las celulas responden a señales ambientales como en el proceso de cicatrizacion.Las senales activan receptores de membrana, reclutando proteínas que interactuan con la actina.El complejo WASP/Scar activa el complejo Arp2/3, que inicia la ramificacion de filamentos de actina para extender la membrana celular.La ADF/cofilina media el desensamblaje de los extremos puntiagudos de los filamentos de actina.Proteínas como twinfilina y profilina ayudan a la extension de nuevos microfilamentos.Microtúbulos reorganizados y nuevos crean rutas para transportar vesículas y proteínas hacia las zonas de extension celular.En neuronas, la miosina V es clave para suministrar nuevos componentes de membrana para la extension de los filopodios.Estos procesos son regulados por proteínas de unión a GTP de la familia Rho. Filamentos intermedios Diametro: entre 8-11 nm (intermedio entre filamentos de actina: 7 nm y microtubulos: 25 nm). Funcion: No implicados en movimientos celulares, sino en proporcionar resistencia mecánica a celulas y tejidos. Forman un armazon estructural que facilita diversos procesos celulares. Origen evolutivo: Se han identificado al menos tres clases de bacterias con proteínas que podrían ser precursores de los filamentos intermedios en eucariotas, formando filamentos en la membrana bacteriana. A diferencia de los filamentos de actina (actina) y microtubulos (tubulina), los filamentos intermedios estan formados por diversas proteínas específicas de cada tipo de celula. Mas de 65 proteínas de filamentos intermedios se clasifican en seis grupos segun sus secuencias de aminoacidos. Tipos I y Il: Grupos de queratinas (aprox. 15 proteínas cada uno), expresadas en celulas epiteliales. Queratinas duras: Forman estructuras como pelo, unas y cuernos. Queratinas blandas: Presentes en el citoplasma de celulas epiteliales. con diferentes queratinas segun el tipo celular. Estructura de los Filamentos Intermedios A pesar de la diversidad en tamano y secuencia, todas las proteínas de filamentos intermedios comparten una estructura común. Tienen un dominio central en α-hélice de aproximadamente 310 aminoacidos (350 en laminas nucleares). Este dominio esta flanqueado por extremos amino- y carboxilo-terminales, que varían en tamano, secuencia y estructura secundaria. El dominio α- hélice es clave para el ensamblaje de los filamentos. Los dominios terminales variables determinan las funciones específicas de cada proteína de los filamentos intermedios. Ensamblaje de los filamentos intermedios Paso 1: Formacion de dímeros con dos cadenas polipeptídicas enrolladas en una estructura coiled-coil. Paso 2: Los dímeros se asocian de forma antiparalela para formar tetrámeros. Paso 3: Los tetrameros se ensamblan en protofilamentos, que luego forman filamentos intermedios al enrollarse en una estructura similar a una cuerda. Los filamentos intermedios son apolares, a diferencia de los filamentos de actina y microtubulos. El ensamblaje depende de las proteínas específicas: Queratina: Heterodímeros de tipo I y II. Tipo III: Puede ensamblarse con una o dos proteínas. Tipo IV: Copolimerizan para formar heteropolímeros. Son mas estables que los filamentos de actina o microtubulos, pero pueden desensamblarse por fosforilación, como ocurre en la lamina nuclear durante la mitosis. Organización intracelular de los filamentos intermedios Los filamentos intermedios forman una red compleja en el citoplasma de la mayoría de las celulas, extendiendose desde un anillo alrededor del nucleo hasta la membrana plasmatica. Tanto los filamentos de queratina como los de vimentina se unen a la envoltura nuclear, lo que permite posicionar y anclar el nucleo dentro de la celula. Ademas, los filamentos intermedios pueden asociarse no solo con la membrana plasmatica, sino tambien con otros componentes del citoesqueleto, como los filamentos de actina y los microtubulos. Por esta razon, actuan como un andamiaje que integra los componentes del citoesqueleto y organiza la estructura interna de la celula. Desmosomas y hemidesosomas En celulas epiteliales, los filamentos de queratina estan anclados en: Desmosomas: Uniones celula-celula, mediadas por cadherinas y desmoplaquina. Hemidesmosomas: Uniones celula-sustrato, mediadas por integrinas y plectina. Proporcionan estabilidad mecánica al tejido epitelial. Conexiones con Otros Elementos del Citoesqueleto Plectina: Une filamentos intermedios a actina y microtúbulos, reforzando la estabilidad celular. Filamentos Especializados Desmina: En celulas musculares, conecta elementos contractiles entre sí y con la membrana plasmatica. Neurofilamentos: Presentes en axones, proporcionan soporte y estabilizan el citoesqueleto. Función de los Filamentos Intermedios Función estructural: Aunque no son esenciales para el crecimiento celular in vitro, los filamentos intermedios brindan resistencia mecánica a las celulas en organismos multicelulares, protegiendolas de tensiones mecanicas. Estudios en ratones transgénicos: La expresion de un mutante de queratina en ratones causo ampollas tras un trauma leve, apoyando su papel en la resistencia de celulas epiteliales. Implicación en Enfermedades Epidermólisis bullosa simple (EBS): Mutaciones en los genes de queratina en pacientes con EBS causan lisis celular tras traumas leves, debido a una fragilidad en las celulas de la piel. Esclerosis lateral amiotrófica (ELA): Se asocia con el acúmulo anormal de neurofilamentos en neuronas motoras, lo que sugiere que las alteraciones en los neurofilamentos contribuyen a la patogénesis de esta enfermedad. Microtubulos Los microtubulos son uno de los tres componentes principales del citoesqueleto, junto con los filamentos de actina y los filamentos intermedios. Son estructuras rígidas y huecas con un diametro de aproximadamente 25 nm, lo que les otorga resistencia y flexibilidad al mismo tiempo. Son estructuras dinamicas, constantemente en procesos de polimerización (ensamblaje) y despolimerización (desensamblaje), lo que es crucial para su funcion dentro de la celula. Composición: A diferencia de los filamentos intermedios que estan formados por diversas proteínas fibrosas, los microtubulos estan constituidos principalmente por un unico tipo de proteína globular: tubulina. La tubulina es un dímero compuesto por dos subunidades muy similares, αtubulina y β-tubulina, ambas con un peso molecular de 55 kDa. Ademas, existe una tercera forma de tubulina, la γ-tubulina, que tiene un papel esencial en la nucleacion de microtubulos en el centrosoma, un centro organizador de microtubulos (MTOC). Evolución: La tubulina tiene una relacion evolutiva con una proteína procariota llamada FtsZ, la cual forma filamentos helicoidales en la membrana interna de bacterias y participa en la division celular bacteriana. Esto sugiere que tanto la tubulina como los microtubulos son estructuras evolutivamente conservadas y esenciales para la division y organizacion celular. Polimerización y Despolimerización de Microtúbulos Estructura del microtúbulo: Los microtubulos se ensamblan mediante la polimerización de dímeros de tubulina, que se alinean para formar protofilamentos. Cada microtubulo esta compuesto por 13 protofilamentos organizados en paralelo alrededor de un centro hueco. Los protofilamentos estan dispuestos de manera que los dímeros de tubulina se alinean en la misma orientacion, lo que confiere polaridad a los microtubulos. Esta polaridad es crucial, ya que diferencia un extremo más (+) de crecimiento rapido y un extremo menos (-) de crecimiento lento. Rol del GTP: Ambos monomeros de tubulina se unen a GTP (guanosina trifosfato), pero solo el GTP unido a la β-tubulina se hidroliza durante la polimerizacion. Esta hidrolisis de GTP a GDP (guanosina difosfato) es fundamental para regular la dinamica de los microtubulos, promoviendo tanto la polimerización como la despolimerización.Durante la polimerizacion, si la velocidad de adicion de dímeros de tubulina-GTP es mayor que la de hidrolisis, el microtubulo mantiene una "caperuza" de tubulina-GTP en su extremo mas, lo que estabiliza el microtubulo y permite su crecimiento.Si la hidrolisis de GTP supera la adicion de tubulina-GTP, el microtubulo pierde esta caperuza, lo que provoca una rapida despolimerización y el acortamiento del microtubulo, un proceso que se denomina catástrofe. Inestabilidad Dinámica: La inestabilidad dinámica permite que los microtubulos respondan rapidamente a los cambios dentro de la celula, renovando su estructura de manera continua. La vida media de los microtubulos es corta, de solo unos pocos minutos, lo que refleja su constante remodelado. Funciones de los Microtúbulos Determinación de la forma celular: Los microtubulos desempenan un papel clave en el mantenimiento de la forma celular. Debido a su rigidez, ayudan a resistir las fuerzas compresivas, dandole estructura y soporte a las celulas. Movimientos celulares: Participan en diversas formas de locomoción celular, como en los movimientos de cilios y flagelos, que estan compuestos por microtubulos dispuestos en un arreglo característico de 9+2. Tambien son esenciales para el transporte intracelular de orgánulos y vesículas a lo largo de la celula, mediante el uso de proteínas motoras como dineína y quinesina, que se desplazan por la superficie de los microtubulos hacia el extremo menos o mas, respectivamente. Separación de los cromosomas en la mitosis: Uno de los roles mas críticos de los microtubulos es durante la mitosis. Forman el huso mitótico, una estructura que asegura la correcta separacion de los cromosomas hacia las celulas hijas. La rapida polimerización y despolimerización de los microtubulos en el huso es esencial para el alineamiento y separacion de los cromosomas. Fármacos que Afectan a los Microtúbulos Inhibidores de polimerización: Farmacos como la colchicina y la colcemida se unen a la tubulina y bloquean su polimerizacion, impidiendo la formacion de nuevos microtubulos. Estos farmacos son herramientas experimentales utilizadas en estudios de biología celular, y tambien tienen aplicaciones clínicas en el tratamiento de condiciones como la gota. Vincristina y vinblastina, derivados de plantas, tienen efectos similares, bloqueando la polimerizacion de microtubulos y, por lo tanto, la division celular. Estos farmacos son ampliamente usados en la quimioterapia debido a su capacidad de inhibir la division de celulas tumorales en rapido crecimiento. Estabilizadores de microtúbulos: A diferencia de los inhibidores de polimerizacion, el farmaco taxol estabiliza los microtubulos, previniendo su despolimerizacion. Aunque esto tambien interfiere con la mitosis, su efecto es el bloqueo de la division celular, por lo que el taxol se usa en el tratamiento de varios tipos de cancer, incluyendo cancer de mama y ovario. Ensambalaje de microtubulos Durante la Mitosis: Durante la mitosis, los microtubulos se extienden desde centrosomas duplicados para formar el huso mitotico, el cual es responsable de la segregacion y distribucion de cromosomas a las celulas hijas. Importancia: Esto demuestra el papel clave del centrosoma en la organizacion intracelular de los microtubulos. Centro Organizacional: El centrosoma se conoce como un centro organizador de microtubulos, donde se unen los extremos "menos" de los microtubulos.Inicio del Ensamblaje: Sirve como punto de inicio del ensamblaje de los microtubulos, que crecen hacia la periferia de la celula. Observación Experimental: En celulas tratadas con colcemida (un farmaco que desensambla microtubulos), se observa que, tras la retirada del farmaco, nuevos microtubulos crecen desde el centrosoma. Definición y Localización Microtúbulos: Estructuras cilíndricas del citoesqueleto, esenciales para la organizacion y funcion celular. Centrosoma: Actua como el principal centro organizador de microtubulos en celulas animales, localizado cerca del nucleo en celulas interfasicas. 2. Función del Centrosoma Durante la mitosis, los microtubulos se extienden desde centrosomas duplicados para formar el huso mitotico. Huso Mitótico: Responsable de la segregacion y distribucion de los cromosomas a las celulas hijas. Células Vegetales: No tienen un centrosoma organizado; los microtubulos se extienden desde el nucleo. 3. Organización de Microtúbulos Extremos "Menos": En el centrosoma, se unen los extremos "menos" de los microtubulos, que crecen hacia la periferia celular. Observación Experimental: En celulas tratadas con colcemida, se puede observar el crecimiento de nuevos microtubulos tras la retirada del farmaco. 4. Polaridad de los Microtúbulos Establecimiento de Polaridad: El crecimiento de los microtubulos en el centrosoma establece su polaridad. Crecimiento: Ocurre por adicion de tubulina a los extremos "mas", extendiendose desde el centrosoma hacia la periferia. 5. Papel de la y-Tubulina Proteína Clave: La y-tubulina nuclea el ensamblaje de microtubulos y es fundamental para la formacion rapida. Complejo del Anillo de y-Tubulina: Actua como semilla para el crecimiento, evitando el paso limitante de nucleacion. 6. Iniciación de Microtúbulos Independencia del Centrosoma: Las celulas pueden iniciar microtubulos sin centrosoma, ya que la y-tubulina tambien esta presente en el citosol. Células Vegetales: En estas celulas, la y-tubulina se concentra en la periferia del nucleo. 7. Estructura del Centrosoma Centríolos: Compuestos por un par de centríolos dispuestos perpendicularmente, rodeados por material pericentriolar amorfo. Construcción: Los centríolos estan formados por nueve tripletes de microtubulos, similares a los cuerpos basicos de cilios y flagelos. 8. Función de los Centríolos Formación de Estructuras: Necesarios para formar cuerpos basicos, cilios y flagelos, y juegan un papel en la coordinacion del ciclo celular. Función Organizadora: No son esenciales para las funciones organizadoras del centrosoma y pueden faltar en algunas celulas. 9. Efecto de la Eliminación de Centríolos Consecuencias: La eliminacion de centríolos provoca la dispersion de los contenidos del centrosoma y reduce la renovacion de microtubulos. 10. Estructura y Polaridad de los Centríolos Características Estructurales: Los centríolos tienen una polaridad definida y extensiones que ayudan a organizar la matriz del centrosoma. Conexiones Durante la Mitosis: Estan conectados por fibras que contienen centrina, una proteína relacionada con el calcio. Inherente Inestabilidad de los Microtúbulos Los microtubulos son estructuras inherentemente inestables que tienden a desensamblarse frecuentemente en la celula. La estabilidad de los microtubulos se ve afectada por: Modificaciones post-traduccionales de la tubulina. Interacciones con proteínas asociadas a microtúbulos (MAP). 2. Modificaciones de la Tubulina Tubulinas α y β: Susceptibles a diversas modificaciones, incluyendo: Fosforilación. Acetilación. Palmitoilación. Escisión de residuos de tirosina. Adición de residuos de glutamina o glicina. Estas modificaciones afectan la actividad de los microtubulos y crean sitios de union específicos para las MAP. 3. Funciones de las MAP Algunas MAP estabilizan microtubulos anadiendo caperuzas en sus extremos. Otras MAP provocan desensamblaje, ya sea por escision o por aumentar la tasa de despolimerizacion en los extremos. MAP de unión a extremos positivos: Dirigen microtubulos en crecimiento hacia localizaciones específicas, como la membrana plasmatica. 4. Estabilización y Polaridad Celular Las interacciones con MAP permiten estabilizar microtubulos en localizaciones específicas, crucial para determinar la morfología y polaridad celular. Existen diversas MAP, que varían segun el tipo celular, incluyendo: MAP-1, MAP-2, tau (en neuronas), y MAP-4 (en células no neuronales). Proteína tau: Estudiada por su relacion con lesiones cerebrales en la enfermedad de Alzheimer. 5. Regulación de la Actividad de las MAP La actividad de muchas MAP se regula mediante fosforilacion, lo que permite a la celula controlar la estabilidad de los microtubulos. 6. Ejemplo de Polaridad Celular en Neuronas Células Nerviosas: Compuestas por axones y dendritas, ambos apoyados por microtubulos estables y neurofilamentos. Axones:Microtubulos orientados con extremos positivos hacia el exterior celular. Extremos negativos no anclados en el centrosoma; terminan en el citoplasma del axon. Dendritas:Microtubulos orientados en ambas direcciones; algunos extremos positivos hacia el cuerpo celular y otros hacia la periferia. 7. Diferencias en la Organización de Microtúbulos Axones: Contienen proteínas tau, pero no MAP-2. Dendritas:Contienen MAP-1, pero no tau. Estas diferencias en distribucion de MAP son responsables de la distinta organizacion de microtubulos estables en axones y dendritas. Motores microtubulares y movimiento Los microtubulos son responsables de diversos movimientos celulares, incluyendo: Transporte intracelular. Posicionamiento de vesículas de membrana y organulos. Protrusion de axones en neuronas. Reparacion de cromosomas durante la mitosis. Batido de cilios y flagelos. 2. Mecanismos de Movimiento Los movimientos celulares se producen principalmente a traves de dos procesos: Polimerización: Formacion de microtubulos a partir de tubulina. Despolimerización: Descomposicion de microtu bulos. Estos procesos dependen de proteínas motoras que utilizan energía derivada de la hidrolisis de ATP. 3. Familias de Proteínas Motoras Dos grandes familias de proteínas motoras estan involucradas: Quinesinas: Se mueven hacia el extremo “mas” de los microtubulos. Dineínas: Se mueven hacia el extremo “menos” de los microtubulos. 4. Identificación de Proteínas Motoras La dineína fue la primera proteína motora microtubular identificada (aislada en 1965). La quinesina fue identificada mas tarde, gracias a innovaciones en metodos experimentales y tecnicas de microscopía. Estructura de la Quinesina Quinesina I: Molecula de aproximadamente 380 kDa. Compuesta por dos cadenas pesadas (120 kDa cada una) y dos cadenas ligeras (64 kDa cada una). Los dominios de cabeza globular en las cadenas pesadas se unen a los microtubulos y ATP, lo que genera el movimiento. Similaridad estructural con la miosina, sugiriendo un ancestro comun. 7. Función de la Dineína Dineína citoplasmática: Molecula muy grande (hasta 2000 kDa). Compuesta por dos o tres cadenas pesadas (alrededor de 500 kDa) y varios polipeptidos ligeros e intermedios. Actua junto con dinactina para el transporte de organulos a lo largo de los microtubulos. 8. Diversidad de Quinesinas y Dineínas Al menos 45 quinesinas identificadas en humanos. Variacion en las secuencias de colas carboxilo-terminales que permiten diferentes funciones. Algunas quinesinas no se mueven, pero sirven para anclar microtubulos a otras estructuras. 9. Dirección de Movimiento La direccion del movimiento de las quinesinas y dineínas esta determinada por la ubicacion del dominio motor: Quinesinas hacia el extremo positivo: dominios N-terminales. Quinesinas hacia el extremo negativo: dominios C-terminales. Quinesinas que no se mueven: dominios motores centrales. 10. Conclusiones La interaccion entre microtubulos y proteínas motoras es esencial para el funcionamiento celular. La investigacion continua en este campo promete desvelar mas sobre la mecanica del movimiento celular y sus implicaciones en procesos biologicos y patologicos. Reorganización de microtubulos durante la división celular Fases del ciclo celular (Interfase) Fase G1 (Gap 1) Durante esta fase, la celula crece y realiza sus funciones normales. Se verifica si las condiciones son adecuadas para la division celular. Si no lo son, la celula puede entrar en una fase de descanso conocida como fase G0. Ademas, se sintetizan proteínas y los organulos se preparan para la replicacion del ADN. Fase S (Síntesis) En esta fase ocurre la replicacion del ADN. Cada cromosoma se duplica, formando dos cromatidas hermanas, lo que asegura que la informacion genetica se conserve. La celula duplica su contenido genetico para que cada celula hija reciba una copia completa de la informacion. Fase G2 (Gap 2) En la fase G2, la celula continua creciendo y se prepara para la division celular. Se sintetizan proteínas y se forman organulos adicionales. Se verifica si la replicacion del ADN se completo correctamente y si hay danos en el ADN: Si se detectan errores, se activan mecanismos de reparacion. Si los danos son irreparables, se induce la apoptosis (muerte celular programada). División celular: Compactación de la cromatina y reorganización del citoesqueleto Compactacion de la cromatina 1.Primeros pasos de la division celular: La primera manifestacion visible de la division celular es la compactacion progresiva de la cromatina nuclear. Esta compactacion genera hebras cromosomicas dobles debido a la replicacion previa de los cromosomas. 2.Importancia del empaquetamiento: El empaquetamiento de los cromosomas protege su integridad frente al estres mecanico durante la segregacion cromosomica. En la interfase, la cromatina se organiza en fibras de 30 nm, pero se condensa aun mas durante la division celular. 3.Complejos proteicos involucrados: Condensina y topoisomerasa II: Superenrollan las fibras de 30 nm, formando asas de ADN superenrollado en cada cromatida. Cohesina: Mantiene unidas a las cromatidas hermanas desde la fase S hasta la anafase mitotica, formando anillos estabilizadores. 4.Cambios funcionales: Durante la interfase, la cromatina extendida permite la transcripcion. En la mitosis, la cromatina se compacta tanto que la transcripcion se inhibe, lo que provoca: La desaparicion del nucleolo. La detencion de la traduccion de proteínas. Reorganización del citoesqueleto 1.Cambios en los microtubulos: En la interfase, los microtubulos del citoesqueleto se desensamblan debido a modificaciones en las proteínas asociadas a los microtubulos (MAPs). Estos microtubulos se reorganizan para formar el huso mitotico durante la division celular. 2.Duplicacion de los centrosomas: Durante la fase S, los centrosomas (estructuras duplicadas) se dividen. Cada centrosoma contiene: Dos centriolos. Una matriz proteica circundante. 3.Formacion del huso mitotico: En la profase: Los microtubulos comienzan a nuclearse alrededor de los centrosomas, formando asteres. Cada aster migra hacia polos opuestos, estableciendo los polos celulares y formando un huso mitotico bipolar. 4.Tipos de microtubulos en el huso mitotico: Microtubulos cinetocoricos: Se anclan al cinetocoro de las cromatidas hermanas mediante proteínas como Ndc80, CENP-E-kinesina y dineína. Microtubulos astrales: Se extienden desde los polos hacia la periferia de la celula. Microtubulos interpolares: Crecen y se superponen con los microtubulos del polo opuesto, contribuyendo a la formacion de un huso mitotico funcional. Este sistema perfectamente coordinado asegura la segregacion precisa de los cromosomas y la division celular adecuada. Diferentes tipos de microtubulos en el huso miotico Algunos microtubulos, llamados microtubulos cinetocoricos, se anclan al cinetocoro de las cromatidas hermanas mediante proteínas como Ndc80, CENPE-kinesina y dineína. Los microtubulos del polo opuesto tambien hacen contacto con las cromatidas hermanas. Por su parte, los microtubulos interpolares continuan creciendo y se superponen con los microtubulos del polo opuesto. Esto da lugar a la formacion de un huso mitotico funcional, que incluye tres tipos de microtubulos: Astrales: Se extienden desde los polos hacia la periferia celular. Cinetocoricos: Se anclan al cinetocoro de las cromatidas. Interpolares: Se superponen en el centro, ayudando a la estabilizacion del huso mitotico. Prometafase y movimiento de los cromosomas Los extremos + de los microtubulos de los asteres se mueven mediante polimerizacion hacia el centro de la celula buscando cromosomas en un movimiento que se piensa que es al azar y cuando hacen contacto con un cinetocoro se estabilizan; eventualmente, el cinetocoro de la otra cromatida, hermana del mismo cromosoma, se une tambien a un grupo de microtubulos que provienen del polo opuesto. Se ha propuesto tambien que los cinetocoros no atrapados pueden iniciar, por sí mismos, una nucleacion de microtubulos. De una u otra manera los cromosomas llegan a tener sus dos cinetocoros conectados cada uno a microtubulos que provienen de polos opuestos; en ese momento los microtubulos jalan y empujan al cromosoma mediante polimerizacion-despolimerizacion de tubulina con la ayuda de proteínas motor tipo cinesinas y dineínas. Debido a que los dos polos atraen al mismo cromosoma a traves de sus dos cinetocoros —que permanecen unidos por medio de la cohesina— se inicia un estado en el que se empiezan a equilibrar las fuerzas de traccion de cada polo, polimerizando mas activamente el extremo + de los microtubulos asociados al cinetocoro que se encuentra mas cercano a su polo y acortando los microtubulos asociados al polo mas lejano El acortamiento o elongacion de los microtubulos obedece a las diferencias en las fuerzas de tension en los cinetocoros. Con estos movimientos se alcanza la congregacion, que es la reunion de todos los cromosomas en el ecuador celular, posicionados ahí por el equilibrio de las fuerzas de traccion de los polos opuestos del huso. La congregacion cromosomica marca el fin de la prometafase y el inicio de la metafase. Metafase La condensacion cromosomica iniciada en la profase continua, por lo que los cromosomas metafasicos se observan con una cromatina perfectamente empaquetada que le permite al material genetico mantener su integridad durante el estres mecanico de los movimientos de anafase. En esta etapa es en la que generalmente se realizan los estudios cromosomicos, debido a que su morfología es muy clara. Los cromosomas, movidos por el huso mitotico, se colocan en el centro, entre los dos asteres y forman la llamada placa metafasica en la que los cromosomas se posicionan de tal manera que los cinetocoros de cada cromatida hermana estan orientados hacia los polos opuestos. Mantener a los cromosomas en el ecuador celular implica un equilibrio entre las fuerzas de los microtubulos que tienden a mover a los cinetocoros hacia los polos opuestos, de manera que posicionarlos en el centro implica una gran cantidad de energía. La energía de los movimientos cromosomicos proviene de la polimerizaciondespolimerizacion de los microtubulos en los que se utiliza la conversion de GTP a GDP y de las proteínas motoras en las que se utiliza la conversion de ATP a ADP. En cada cinetocoro se pueden anclar entre 20-30 microtubulos que ejercen fuerza de traccion hacia el polo del que provienen, por lo que la placa metafasica se mantiene por el equilibrio entre las fuerzas opuestas de los polos sobre los cromosomas, que mantienen juntas a sus cromatidas hermanas por la cohesina centromerica, de manera que cuando esta proteína se retira del centromero, la metafase termina y se inicia la anafase con la migracion de las cromatidas hermanas a polos opuestos. Anafase Una vez que todos los cromosomas se encuentran en el ecuador formando la placa metafasica, los centromeros, que mantenían unidas a las cromatidas hermanas, se escinden permitiendo que cada cromatida migre hacia el polo que estaba encarando, iniciandose así la anafase, que se divide en anafase A y anafase B. Los movimientos de la anafase A corren a cargo, principalmente, de los microtubulos cinetocoricos que se acortan por despolimerizacion en ambos extremos de tubulina, con intervencion de cinesinas (familia 13); esto permite jalar hacia los polos celulares a los cromosomas sencillos —a los que llamamos cromatidas hermanas cuando se encuentran unidas por el centromero—, dividiendo el genoma replicado en dos grupos cromosomicos diploides, con 46 cromosomas sencillos cada uno. La anafase A se inicia cuando el complejo promotor de anafase (APC) unido a CDC20 induce la escision del centromero, dejando libres a las cromatidas hermanas para que cada una migre hacia polos opuestos. El mecanismo de accion de APC-CDC20 es ubiquitinizar una proteína llamada segurina, que la envía a destruccion por el proteasoma y con la destruccion de la segurina queda libre una proteína llamada separasa, que es una proteasa, que actua sobre la cohesina, el complejo que mantiene unidas a las cromatidas hermanas. En el momento en que la cohesina se retira del centromero existe un cambio de tension sobre los cinetocoros, lo que activa una despolimerizacion de tubulina en ambos extremos + y - de los microtubulos cinetocoricos; al acortarse, jalan a los cromosomas unidos a ellos hacia los centrosomas ubicados en los polos celulares. Anafase B En la anafase B, se produce la separacion de los polos del huso acromatico. Esta separacion esta acompanada por la elongacion de los microtubulos polares, similar a la separacion inicial de los centrosomas duplicados al comienzo de la mitosis. Durante la anafase B, los microtubulos polares solapantes se deslizan unos sobre otros, separando los polos del huso. Este movimiento es impulsado por varias quinesinas de direccion positiva, que forman enlaces cruzados con los microtubulos y los desplazan alejandolos del polo del huso acromatico. Los polos del huso son separados por los microtubulos astrales, que son movidos hacia la periferia celular por la accion de la dineína citoplasmica anclada a la corteza celular. Este movimiento de la dineína anclada sobre los microtubulos astrales separa los polos del huso hacia la periferia celular. Simultaneamente, las quinesinas de motor centrico provocan la despolimerizacion de los microtubulos astrales, contribuyendo a la separacion de los polos del huso acromatico y su desplazamiento hacia la periferia celular. Estos procesos ocurren antes de la formacion de las dos celulas hijas al final de la mitosis. Telofase En la telofase, los microtubulos cinetocoricos desaparecen y los cromosomas quedan libres en ambos extremos celulares. En ese momento, los cromosomas comienzan a descondensarse y la envoltura nuclear se reintegra. Durante la telofase tardía los cromosomas empiezan a transcribir y se restablece el nucleolo, marcando el termino de la mitosis. Citocinesis Es la ultima etapa de la division celular; en ella el citoplasma se divide para dar lugar a dos celulas hijas completamente independientes. Sin embargo, la citocinesis empieza desde la anafase, cuando se forma, inmediatamente por debajo de la membrana plasmatica a nivel del ecuador celular, un cinturon de proteínas filamentosas, principalmente actina y miosina que se contraen y dan lugar a un surco de division. Este se va haciendo progresivamente mas profundo, hasta que la cintura que se forma llega a tocar los microtubulos que aun quedan remanentes del huso mitotico; todo este conjunto de proteínas se conoce como cuerpo medio. Finalmente, la celula se estrangula y da lugar a dos celulas hija Interacción Célula-Matriz Integrinas Proteínas transmembrana compuestas por dos subunidades, a y B 18 subunidades a y 8 subunidades ß → 24 integrinas distintas Se unen a secuencias cortas de aminoacidos Arg-G-ASe Adhesiones focales Los dominios citoplasmaticos de las subunidades ß de las integrinas anclan el citoesqueleto de actina. Proteínas de union a actina: talina, vinculina y a-actinina La tension generada permite la formacion de un area mayor de adhesion celulamatriz y el reclutamiento de moleculas senalizadoras a las uniones celulares. Las adhesiones focales pueden ser interacciones muy estables que implican la estructura tisular, o pueden renovarse rapidamente a medida que las celulas se desplazan. Durante la migracion celular, la formacion de nuevos complejos focales en el frente de avance de la celula resulta en la perdida de tension en las viejas uniones focales, lo que lleva a la inactivacion de la union de las integrinas a la matriz extracelular. Inician en un pequeno conjunto de integrinas → complejos focales Reclutan en secuencia moleculas como talina, vinculina y a- actinina. Establecen conexiones iniciales con el citoesqueleto de actina y reclutan formina y miosina ll (tension) Hemidesmosomas Integrina específica asß4 Interactua a traves de la plectina y BP230 con los filamentos intermedios En la Se me une a la laminina BP180 es importante en el ensamblaje y estabilidad Interacciones Célula-Célula Uniones adherentes La adhesion celula-celula selectiva esta mediada por proteínas transmembrana conocidas como moleculas de adhesion celular: selectinas, integrinas, superfamilia de las inmunoglobulinas (Ig) y cadherinas. Requieren la presencia de iones divalentes como Ca2+, Mg2+ o Mn2+ Las selectinas facilitan interacciones transitorias entre leucocitos y celulas endoteliales L-selectina en leucocitos, E-selectina en celulas endoteliales, y P-selectina en plaquetas. Reconocen carbohidratos en la superficie celula Inician la adhesion inicial de leucocitos a celulas endoteliales, luego las integrinas en la superficie de los leucocitos se unen a moleculas de adhesion intracelular (ICAM) en celulas endoteliales. Adhesiones mas estables Cadherinas 80 miembros que comparten un dominio extracelular altamente conservado, el cual media principalmente interacciones homofilicas Responsables de las adhesiones mas estables Analogo al de las integrinas La unidad estructural basica de una union adherente se compone de ßcatenina, p120 y a-catenina, junto con cadherinas clasicas transmembrana. Proteínas armadillo Se unen a la cola citosolica de las cadherinas para mantener la estabilidad de las uniones. La a-catenina desempena una funcion clave en la asociacion con el citoesqueleto de actina, contribuyendo así a la estabilidad y funcionalidad de estas uniones. Desmosomas Conectan directamente los citoesqueletos de filamentos intermedios de celulas adyacentes. Cadherinas desmosomicas → Desmocolina y desmogleína (heterofílicas) Proteínas armadillo + Proteína de union a FI La desmoplaquina es un miembro de la familia plaquina y esta relacionada con la plectina, que funciona de manera similar en los hemidesmosomas. La fuerza de las uniones desmosomicas entre celulas depende tanto de los filamentos intermedios a los que se unen como de las multiples interacciones entre placoglobina, placofilina y desmoplaquina, que conectan los filamentos intermedios con las cadherinas. La variacion tisular de las características de los desmosomas se logra a traves de la existencia de numerosos genes que codifican cadherinas desmosomicas y proteínas de la familia de armadillo. Uniones estrechas Críticamente importantes para la funcion de las laminas de celulas epiteliales como barrera entre compartimentos fluidos. Forman sellos que previenen el paso libre de moleculas Separan dominios de membrana Sellos efectivos, pero poco adhesivos Compuesta por proteínas transmembrana: ocludina claudina y moleculas de adhesion de las uniones (JAM: juncional adhesion molecules). Estas proteínas se unen a proteínas similares en celulas adyacentes, sellando el espacio Señalización Celular La comunicacion entre celulas es necesario para coordinar el funcionamiento de los organismos pluricelulares Emision de diversas moleculas senalizadoras que se unen a receptores en otras celulas La union de estas moleculas a sus receptores desencadena reacciones intracelulares regulan Metabolismo Motilidad Proliferacion Supervivencia diferenciacion Senalizacion celula-celula La senalizacion directa celula-celula (o celula-matriz extracelular) Integrinas y cadherinas las moleculas senalizadana que regulan la proliferacion y supervivencia celular en respuesta a contacto celula- celula o celula-matriz extracelular. Señalización endocrina: Moleculas senalizadoras (hormonas) son secretadas por celulas endocrinas y viajan a traves de la circulacion para actuar sobre celulas diana en diferentes partes del organismo. Señalización paracrina: Moleculas senalizadoras afectan al comportamiento de celulas proximas a la celula que las secreta. Señalización autocrina: Las celulas responden a senales que ellas mismas producen. Los Receptores: son específicos Los Ligandos: son muchos y de diverso origen: Hormonas Factores de crecimiento Peptidos, proteínas, y aminoacidos (glicina, glutamina) Lípidos (eim prostaglandinas- fiebre, dolor) Oxido nitrico (atraviesan la membrana celular sin dificultad) Biología Celular Tercer Parcial Organelos citoplasmáticos Sistema de endomembrana Se denomina al conjunto de organelos membranosos funcionales interconectados Envoltura nuclear Retículo endoplasmico (RE) Comolejo de golgi Lisosomas Vesículas Granulos secretores Retículo endoplásmico Todas las celulas eucariotas contienen retículo endoplasmico (RE). Es una red de membranas que delimitan cavidades conocidas como cisternas, lumen o luz. Se extiende desde la envoltura nuclear y atraviesa gran parte del citoplasma. Forma una red tridimensional de cavidades comunicantes. Proteínas del Retículo Endoplasmico (RE): Aproximadamente 30 cadenas polipeptídicas identificadas. Incluyen glicoproteínas y numerosas enzimas. Anclaje al Citoesqueleto: CLIMP-63: Proteína transmembrana de 63 kDa. Une el RE a los microtubulos y forma un esqueleto proteico en el lumen, manteniendo la morfología de las cisternas. Especificidad de las Membranas del RER: Ricas en proteínas específicas para la asociacion de ribosomas y la translocacion de polipeptidos. Asimetría de las Membranas del RE: Proteínas y lípidos distribuidos de manera diferente entre la monocapa citosolica y la luminal. Cara citosolica: Fosfatidilcolina, fosfatidilserina, fosfatidiletanolamina. Cara luminal: Esfingomielina, fosfatidilinositol. Glucosa-6-fosfatasa: Proteína intrínseca con el sitio activo en la cara luminal. Citocromo b5 y P450: Orientados hacia la cara citosolica. CLIMP-63: Presenta protuberancias a ambos lados de la membrana. Distribución Relacionada con la Función: La distribucion de proteínas y lípidos esta directamente relacionada con sus roles en el RE. Porciones glucídicas de lípidos y proteínas orientadas hacia el interior de la cisterna. Funciones Comunes del RE Liso y Rugoso Segregacion de productos sintetizados en sus membranas dentro de las cavidades. Proporcionan soporte mecanico al citosol junto con microfilamentos y microtubulos. Retículo endoplásmico Rugoso Sistema de tubulos y vesículas interconectados cuya luz se denomina Con cara citosolica o citoplasmatica con numerosas partículas (ribosomas) adheridos. Los ribosomas son responsables de la basofilia del RE Proteínas intracelulares: Enzimas Proteínas nucleares Mitocondriales Citoesqueleto Peroxisomas Proteínas de exportacion → Golgi → Vesículas secretoras Hormonas Proteoglucanos Proteínas integrales de membrana Síntesis de proteínas en el RER Las proteínas sintetizadas en los polirribosomas unidos al RER tienen una secuencia senal de aproximadamente 20 aminoacidos. La secuencia senal es el primer segmento de la cadena polipeptídica traducida. Las proteínas que ingresan a la vía secretora experimentan varios eventos durante la translocacion a traves de la membrana del retículo endoplasmico (RE) o dentro de la luz del RE. Durante la traduccion, las proteínas se translocan sin plegar a traves de la membrana del RE y se pliegan en su conformacion tridimensional dentro del RE, asistidas por chaperonas moleculares. Se cree que la chaperona Hsp70, BiP, se une a las cadenas polipeptídicas sin plegar y media en el plegamiento proteico y el ensamblaje de proteínas con multiples subunidades dentro del RE. Las proteínas correctamente ensambladas son liberadas de BiP y otras chaperonas para su transporte al aparato de Golgi, mientras que las proteínas plegadas de forma anomala o incorrectamente ensambladas son destinadas a degradacion. las proteínas se glicosilan en residuos específicos de asparagina (N- glicosilacion) durante la traduccion. Se anaden unidades de oligosacaridos de 14 residuos de azucar a los residuos de asparagina en crecimiento de las cadenas fraislotan al s mientras se El oligosacarido se sintetiza en un transportador lipídico (dolicol) en la membrana del RE y se transfiere a los residuos de asparagina en la secuencia consenso Asn-X-Ser/Thr mediante la oligosacaril transferasa. Control de calidad de RE El retículo endoplasmico (RE) desempena un papel crucial en el control de calidad de las proteínas, asegurando su correcto plegamiento o dirigiendo las mal plegadas a la degradacion. Plegamiento y control: Chaperonas, como calreticulina, y enzimas como la disulfuro proteína isomerasa, asisten en el plegamiento y actuan como sensores de proteínas mal plegadas. Calreticulina: Reconoce oligosacaridos de glicoproteínas recien traducidas y facilita su plegamiento. Si el plegamiento falla, la proteína regresa al proceso. Degradacion: Las glicoproteínas que no logran plegarse son retrotranslocadas al citoplasma, marcadas por ubiquitinacion y degradadas por el proteasoma. BiP actua como chaperona y sensor del estado de plegamiento proteico en la celula. Cuando se acumulan proteínas mal plegadas debido al estres celular, se activa una senalizacion a traves de BiP. Si las proteínas mal plegadas se acumulan, estas compiten por el BiP disponible, liberando moleculas senalizadoras que activan la respuesta celular. Esta respuesta incluye: Inhibicion de la síntesis proteica. Aumento en la expresion de chaperonas como calreticulina, disulfuro proteína isomerasa y BiP. Mayor degradacion de ARNm que codifica proteínas de la vía secretoria Aumento en la actividad del proteasoma para eliminar proteínas mal plegadas. Si estas medidas no resuelven el problema, se induce la apoptosis o muerte celular programada. Retículo Endoplasmatico liso y síntesis de lípidos El retículo endoplasmico (RE) es el principal sitio de síntesis de lípidos de membrana en celulas eucariotas. Los lípidos, extremadamente hidrofobos, se sintetizan en asociacion con membranas celulares existentes, no en el citosol acuoso. Aunque algunos lípidos se sintetizan en otras membranas, la mayoría se producen en el RE. Los lípidos sintetizados en el RE se transportan a sus destinos finales mediante vesículas o proteínas transportadoras, o por contacto directo entre el RE liso y las membranas de la red trans del Golgi. Las membranas de las celulas eucariotas estan compuestas principalmente por fosfolípidos, glicolípidos y colesterol. La mayoría de los fosfolípidos, derivados del glicerol, se sintetizan en la cara citoplasmatica de la membrana del RE. La síntesis comienza con la transferencia de acidos grasos desde transportadores de coenzima A al glicerol3-fosfato, formando acido fosfatídico, que se inserta en la membrana. Enzimas en la cara citosolica del RE convierten el acido fosfatídico en diacilglicerol y catalizan la adicion de diferentes grupos de cabeza polares, produciendo fosfatidilcolina, fosfatidilserina, fosfatidiletanolamina y fosfatidilinositol. La síntesis en la cara citosolica permite que las cadenas hidrofobas permanezcan ocultas en la membrana mientras las enzimas reaccionan con precursores hidrosolubles en el citosol. Los fosfolípidos nuevos se anaden inicialmente a la mitad citosolica de la membrana del RE. Para equilibrar la membrana, algunos de estos fosfolípidos deben transferirse a la mitad luminal de la bicapa del RE. Esta transferencia es facilitada por flipasas, que catalizan la translocacion de fosfolípidos a traves de la membrana del RE, asegurando el crecimiento equilibrado de ambas mitades de la bicapa. Exportación de proteínas y lípidos desde el RE El retículo endoplasmico (RE) contiene proteínas que funcionan dentro de el, como BiP, peptidasa senal, disulfuro proteína isomerasa y otras enzimas. Estas proteínas tienen una secuencia denominada KDEL en su extremo carboxilo terminal, que facilita su recuperacion hacia el RE. La eliminacion de la secuencia KDEL en una proteína del RE hace que sea transportada al Golgi y secretada al exterior celular, mientras que su adicion retiene la proteína en el RE. Las proteínas transmembrana tambien pueden ser retenidas en el RE mediante secuencias C-terminales cortas, como KKXX. Las senales KDEL y KKXX no impiden que las proteínas solubles del RE sean empaquetadas en vesículas y transportadas al Golgi, pero inducen su recuperacion selectiva del RE al Golgi o del complejo de Golgi mediante una vía de reciclado. Estas proteínas con secuencias KDEL o KKXX se unen a receptores específicos en la membrana de estos compartimentos y son transportadas de vuelta hacia el RE. Aunque las secuencias KDEL y KKXX son importantes para la retencion y recuperacion de proteínas, pueden existir otras senales de retencion/recuperacion. El movimiento continuo a lo largo de la vía secretora o la recuperacion del Golgi al RE constituye puntos de ramificacion en la organizacion de las proteínas en sus destinos correctos. Estos puntos de ramificacion surgen en cada etapa subsiguiente del transporte. Aparato de Golgi El aparato de Golgi en la mayoría de las celulas esta compuesto por bolsas aplanadas rodeadas de membrana, llamadas cisternas, y vesículas asociadas. Se caracteriza por su polaridad estructural y funcional. Las proteínas provenientes del retículo endoplasmico (RE) ingresan al Golgi por su cara cis convexa (cara de entrada), que usualmente se orienta hacia el nucleo. Luego, las proteínas atraviesan el Golgi y salen por su cara concava trans (cara de salida). Durante su paso por el Golgi, las proteínas se modifican y se distribuyen para su transporte a sus destinos finales en la celula. El aparato de Golgi se divide en cuatro regiones funcionales: la red cis del Golgi, el apilamiento del Golgi (que se subdivide en los subcompartimentos medial y trans), y la red trans del Golgi. Glicosilacion de proteínas en el Golgi El procesamiento de proteínas en el Golgi implica la modificacion y síntesis de los restos de carbohidratos en las glicoproteínas. Una parte importante de este procesamiento es la modificacion de los N-oligosacaridos que se unieron a las proteínas en el RE. En el RE, se agrega un oligosacarido de 14 residuos de azucar a las proteínas, del cual tres residuos de glucosa son eliminados. En el aparato de Golgi, los Noligosacaridos sufren diversas modificaciones en una secuencia ordenada de reacciones. La primera modificacion en la mayoría de las proteínas destinadas a ser secretadas o a la membrana plasmatica implica la eliminacion de cuatro residuos de manosa, seguida por la adicion de una N-acetilglucosamina, eliminacion de dos manosas mas, y la adicion de una fucosa y dos Nacetilglucosaminas. Finalmente, se anaden tres galactosas y tres residuos de acido sialico. Las glicoproteínas se modifican de manera diferente durante su paso por el Golgi, dependiendo de la estructura de la proteína y las enzimas presentes en los complejos de Golgi de cada tipo celular. Por lo tanto, las proteínas pueden salir del Golgi con diversos N-oligosacaridos. Aunque las enzimas que agregan y eliminan residuos de azucar estan bien caracterizadas, la base de su localizacion en cisternas específicas del Golgi aun es desconocida. El procesamiento de las proteínas lisosomicas en el Golgi incluye una fosforilacion de la manosa en lugar de la eliminacion de manosas, como ocurre en las proteínas secretadas. Se agrega un grupo N-acetilglucosamina fosfato a las manosas, y luego se elimina, dejando manosa-6-fosfato, que es reconocida por un receptor en el Golgi para dirigir las proteínas a los lisosomas. Este proceso es crucial para el destino correcto de las proteínas lisosomicas. Ademas, las proteínas pueden sufrir O-glicosilacion, anadiendo carbohidratos a serina o treonina, con modificaciones adicionales, como la adicion de grupos sulfato. Metabolismo de lípidos y de polisacaridos en el Golgi El Golgi participa en la síntesis de glicolípidos y esfingomielina. Los glicerofosfolípidos, colesterol y ceramida se sintetizan en el RE. La esfingomielina y los glicolipidos se sintetizan a partir de la ceramida en golgi. Distribución y exportación de proteínas desde el aparato de Golgi El transporte de proteínas, lípidos y polisacaridos desde el Golgi a sus destinos finales ocurre a traves de la vía secretora, utilizando vesículas que se originan en la red trans-Golgi. Las proteínas pueden ser transportadas directamente a la membrana plasmatica, a traves de endosomas de reciclaje o hacia otros destinos como lisosomas o vacuolas. Para que las proteínas funcionales se retengan en el Golgi, tienen senales en sus dominios transmembrana o colas citoplasmicas que permiten su recuperacion. El transporte hacia la superficie celular incluye secrecion regulada, como la liberacion de hormonas, neurotransmisores y enzimas digestivas. Las proteínas destinadas a esta secrecion se empaquetan en vesículas especializadas, que se fusionan con la membrana plasmatica en respuesta a senales específicas. En celulas epiteliales polarizadas, la membrana se divide en dominios apical y basolateral, cada uno con funciones especializadas. El transporte selectivo de proteínas hacia estos dominios se logra mediante vesículas de transporte dirigidas específicamente a cada dominio. Este proceso ocurre tanto en el Golgi como en los endosomas de reciclaje. Mecanismo de transporte de las vesículas Las vesículas de transporte son esenciales para el trafico de moleculas entre diferentes compartimentos rodeados por membranas en la vía secretora y en la captacion de material desde la superficie celular. La selectividad en el transporte de vesículas es crucial para mantener la organizacion funcional de la celula. Las enzimas lisosomicas deben ser transportadas específicamente desde el aparato de Golgi hacia los lisosomas, y no hacia la membrana plasmatica o el retículo endoplasmico. Se utilizan senales específicas para dirigir las proteínas a organulos particulares, como los lisosomas. El transporte de estas proteínas se realiza en vesículas, que deben empaquetar selectivamente su carga para fusionarse exclusivamente con la membrana diana correspondiente. Debido a la importancia del transporte de vesículas en la organizacion celular, la investigacion sobre los mecanismos moleculares que controlan el empaquetamiento, gemacion, distribucion y fusion de las vesículas es un area clave en la biología celular. Selección de la mercancía, proteínas de la cubierta y gemación vesicular Las vesículas de transporte, que llevan proteínas secretoras desde el retículo endoplasmico (RE) a otros compartimentos, estan cubiertas por proteínas que se eliminan antes de llegar a su destino. Durante el transporte, las vesículas se mueven a lo largo de los microtubulos y se fusionan con la membrana de su destino, liberando su contenido. La formacion de estas vesículas esta regulada por proteínas de union a GTP, como ARFs y Sar1, que interactuan con proteínas adaptadoras para ensamblar las vesículas. Este proceso asegura que las vesículas se dirijan correctamente y fusionen con su destino adecuado, participando en diferentes vías de gemacion, transporte o fusion. Mitocondria Se ubican en sitios celulares especificos donde se necesita energia, como la pieza intermedia del espermatozoide, los espacios intermiofibrilares en las celulas musculares estriadas y cerca de los pliegues de la membrana plasmatica basolateral en las celulas del tœbulo contorneado proximal del rinon. Organelos membranosos presentes en todas las celulas eucariotas (Excepto eritrocitos y queratinocitos terminales) Mas abundantes en las celulas que requieren mas energía para su fusion Se distribuyen de forma uniforme en el citoplasma Distribucion especifica (ej. Espermatozoides y celulas musculares) Las mitocondrias se cree que evolucionaron a partir de un procariota aerobico (eubacterium) que vivía en simbiosis dentro de las celulas eucarioticas primitivas. La teoría esta respaldada por el hecho de que las mitocondrias tienen su propio genoma. Si Se cree que las mitocondrias evolucionaron a partir de un procariota aerobico (eubacterium) que vivía en simbiosis dentro de las celulas eucariotas primitivas. Las mitocondrias poseen su propio genoma. Incrementan su cantidad mediante division. Sintetizan algunas de sus proteínas estructurales constitutivas. El ADN mitocondrial es una molecula circular cerrada que: Codifica 13 enzimas que participan en la fosforilacion oxidativa. Codifica 2 ARNr y 22 ARNt utilizados en la traduccion del ARNm mitocondrial. Las mitocondrias tienen un sistema completo para la síntesis proteica, incluyendo la capacidad de sintetizar sus propios ribosomas.Sin embargo, el resto de las proteínas mitocondriales es codificado por el ADN nuclear. Estas proteínas son sintetizadas por ribosomas libres en el citoplasma y luego importadas a la mitocondria. La importacion de proteínas a la mitocondria se realiza con la ayuda de: Complejos TOM (translocasa de la membrana mitocondrial externa). Complejos TIM (translocasa de la membrana mitocondrial interna). La translocacion de proteínas a traves de las membranas mitocondriales requiere energía y la asistencia de proteínas chaperonas especializadas. Las mitocondrias presentan una variedad de formas, incluyendo esferas, bastones, filamentos largos, helices y solenoides. A diferencia de otros organulos, todas las mitocondrias poseen dos membranas: Membrana mitocondrial externa: en contacto con el citoplasma. Membrana mitocondrial interna: rodea un espacio conocido como matriz. El espacio entre ambas membranas se llama espacio intermembrana.Cada componente estructural de las mitocondrias tiene características específicas relacionadas con sus funciones. MME Es lisa de 6 nm a 7 nm. Conductos anionicos dependientes de voltaje (porinas mitocondriales) 3 nm, permeables a moleculas sin carga de hasta 5 kDa. La membrana externa posee receptores para las proteínas y polipeptidos que se translocan en el espacio intermembrana. Contiene varias enzimas, como fosfolipasa A2, monoaminooxidasa y acetilcoenzima A (CoA) sintetasa. Membrana mitocondrial interna: Es mas delgada que la membrana mitocondrial externa. Esta organizada en numerosas crestas (pliegues) que aumentan significativamente el area de superficie de la membrana interna. Los pliegues se proyectan hacia la matriz, el compartimento interno del organulo. En algunas celulas que participan en el metabolismo de esteroides, la membrana interna puede formar evaginaciones tubulares o vesiculares en la matriz. Es rica en el fosfolípido cardiolipina, lo que la hace impermeable a los iones. La membrana de las crestas contiene proteínas que: Realizan las reacciones de oxidacion de la cadena respiratoria y el transporte de electrones. Sintetizan ATP. Regulan el transporte de metabolitos hacia y desde la matriz. Las enzimas encargadas de la síntesis de ATP estan unidas a la membrana interna, con componentes proyectados hacia la matriz. Bajo microscopía electronica de transmision (MET), estas enzimas aparecen como estructuras con forma de raqueta de tenis, llamadas partículas elementales. Las porciones dilatadas de estas partículas tienen un diametro de aproximadamente 10 nm. Contienen las enzimas responsables de la fosforilación oxidativa, que generan ATP. Espacio intermembrana: Se ubica entre las membranas interna y externa de la mitocondria. Contiene enzimas específicas que utilizan el ATP generado en la membrana interna. Creatina cinasa. Adenilato cinasa. Citocromo c Cadena de transporte de electrones Complejo I (NADH deshidrogenasa): Recibe electrones de NADH y los transfiere a la ubiquinona (coenzima Q). Bombea protones (H⁺) desde la matriz hacia el espacio intermembrana. Complejo II (succinato deshidrogenasa): Recibe electrones de FADH₂ y los transfiere a la ubiquinona. No bombea protones. Ubiquinona (Coenzima Q): Transfiere electrones desde los complejos I y II al complejo III. Complejo III (complejo citocromo bc₁): Recibe electrones de la ubiquinona y los transfiere al citocromo c. Bombea protones desde la matriz hacia el espacio intermembrana. Citocromo c: Es una proteína movil que transfiere electrones desde el complejo III al complejo IV. Complejo IV (citocromo c oxidasa): Recibe electrones del citocromo c y los transfiere al oxígeno, el aceptor final de electrones. El oxígeno se reduce y forma agua. Bombea protones desde la matriz hacia el espacio intermembrana. Generación del Gradiente de Protones: Los complejos I, III y IV bombean protones desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana, creando un gradiente electroquímico de protones (fuerza proton motriz). Síntesis de ATP: El gradiente de protones impulsa su regreso a la matriz a traves de la ATP sintasa (complejo V). El flujo de protones a traves de la ATP sintasa proporciona la energía necesaria para sintetizar ATP a partir de ADP y fosfato inorganico (Pi). Este proceso se denomina fosforilacion oxidativa. ATP Sintasa: La ATP sintasa es una enzima compleja ubicada en la membrana mitocondrial interna, compuesta por dos partes principales: F₀: Un canal de protones incrustado en la membrana que permite el paso de protones. F₁: La porcion catalítica que sobresale hacia la matriz mitocondrial y lleva a cabo la síntesis de ATP. Flujo de protones a través de F₀: Los protones del espacio intermembrana fluyen de regreso a la matriz mitocondrial a traves del canal F₀, moviendose a favor de su gradiente electroquímico (concentracion y carga). Este flujo de protones provoca la rotacion del anillo c en F₀. Conversión de energía mecánica en energía química: La rotacion del anillo c en F₀ induce cambios conformacionales en las subunidades de F₁. F₁ tiene tres sitios activos que alternan entre tres estados: 1. Vacío. 2. Union de ADP + Pi. 3. Síntesis/liberacion de ATP. Estos cambios conformacionales facilitan la union de ADP y fosfato inorganico (Pi), promoviendo la síntesis de ATP. Síntesis de ATP: A medida que los protones fluyen a traves de F₀ y generan la rotacion de F₁, ADP y Pi se combinan en los sitios activos de F₁. La energía mecanica de la rotacion se convierte en energía química, formando enlaces de alta energía entre ADP y Pi, dando lugar a la síntesis de ATP. Una vez formado, el ATP es liberado de la ATP sintasa y queda disponible para su uso en las funciones celulares. Configuracion ortodoxa: Crestas mitocondriales prominentes. La matriz ocupa una gran parte del volum Corresponde a un bajo nivel de fosforilacion uxruauva. Configuracion condensada: Crestas mitocondriales no se identifican con facilidad. La matriz se concentra y reduce su volumen. El espacio intermembrana aumenta hasta alcanzar el 50% del volumen total. Corresponde a un nivel alto de fosforilacion oxidativa. Núcleo El nucleo es un compartimento limitado por una membrana.Contiene el genoma (informacion genetica) en celulas eucariotas.Incluye maquinaria para la duplicacion del ADN y la transcripcion y procesamiento del ARN.En una celula en interfase, el nucleo esta compuesto por:Cromatina: Material nuclear organizado en eucromatina y heterocromatina. Contiene ADN y diversas proteínas nucleares, como las histonas, necesarias para la funcion del ADN. Nucléolo: Region pequena dentro del nucleo con genes de ARN ribosomico (ARNr) transcripcionalmente activos, ARNr y proteínas. Es el sitio de síntesis del ARNr y contiene proteínas reguladoras del ciclo celular. Envoltura nuclear: Sistema de doble membrana que rodea el nucleo, compuesto por una membrana interna y otra externa separadas por la cisterna perinuclear. Tiene perforaciones llamadas poros nucleares. La membrana externa es continua con el retículo endoplasmatico rugoso (RER) y a menudo presenta ribosomas adheridos. El nucleoplasma es todo el contenido nuclear que no es cromatina ni nucleolo GENERALIDADES DEL NÚCLEO Compartimento limitado por membrana Genoma Maquinaria para duplicacion de ADN y procesamiento de ARN Interfase Cromatina Nucleolo Envoltura nuclear Nucleoplasma CROMATINA Complejo de ADN y proteínas (histonas y no histonas) La compactacion del ADN se logra mediante la formacion de cromatina. En la mitosis un plegamiento adicional de la cromatina produce los cromosomas 46 El genoma humano (toda la longitud del ADN) 46 Cromosomas 2,850 pb 23,000 genes Heterocromatina Eucromatina Heterocromatina Constitutiva: Secuencias repetitivas inactivas transcripcionalmente Facultativa: Puede alternar entre estados de heterocromatina v eucromatina. Heterocromatina constitutiva: Presente constantemente en las celulas, se mantiene condensada durante el ciclo celular. Contiene secuencias de ADN repetitivas y genes inactivos. Su funcion principal es mantener la integridad estructural de los cromosomas. Heterocromatina facultativa: Puede alternar entre estados de heterocromatina y eucromatina. Puede estar condensada y silenciada en ciertas celulas o momentos del desarrollo. Puede descondensarse y activarse en otras circunstancias. Puede contener genes transcripcionalmente activos en algunos tipos celulares o momentos del desarrollo. La heterocromatina se distribuye en tres regiones La cromatina marginal se encuentra en la periferia del nucleo (la estructura que los microscopistas opticos antes llamaban membrana nuclear en realidad consiste, en su mayor parte, en cromatina marginal). Los cariosomas son cuerpos discretos de cromatina de tamano y forma irregular que se encuentran en todo el nucleo. La cromatina asociada con el nucleolo es cromatina que se encuentra en relacion con el nucleolo. Eucromatina No se detecta con la microscopía optica. Esta presente en el nucleoplasma, en las regiones "claras" entre la heterocromatina y alrededor de ella. Indica cromatina activa, lo que significa que la informacion genetica en el ADN puede leerse y transcribirse. Los nucleosomas se encuentran en la eucromatina, heterocromatina y cromosomas. Estas partículas de 10 nm de diametro representan el primer nivel de plegado de la cromatina. Se forman por el enrollamiento de la molecula de ADN alrededor de un nucleo proteico. Este paso acorta la molecula de ADN unas siete veces en comparacion con el ADN desplegado. El centro del nucleosoma esta compuesto por ocho moleculas de histonas, formando un octamero. La molecula de ADN gira dos veces (unos 146 pares de nucleotidos) alrededor del octamero central. El ADN se extiende entre cada partícula como un filamento de 2 nm que conecta nucleosomas adyacentes. La subestructura nucleosomica de la cromatina es visible en el microscopio de transmision electronica (MET) y se describe como "cuentas de un collar". En el siguiente nivel de organizacion, una hebra larga de nucleosomas se enrolla para formar una fibrilla de cromatina de 30 nm. Seis nucleosomas completan una vuelta en la espiral de la fibrilla de cromatina, acortando el ADN desplegado casi 40 veces. Segmentos largos de fibrillas de cromatina de 30 nm se organizan en bucles o asas (conteniendo de 15,000 a 100,000 pares de bases). Estos bucles se fijan a la armazon cromosomica o matriz nuclear, compuesta por proteínas no histonas. En la heterocromatina, las fibras de cromatina estan fuertemente compactadas y plegadas. En la eucromatina, las fibrillas de cromatina estan organizadas de forma menos compacta. Cromosomas En la mitosis las fibras de cromatina se condensan para formar cromosomas. Las fibras de cromatina estan unidas a una armazon proteica flexible. Cada cromosoma esta formado por dos cromatides unidas en el centromero. Las celulas somaticas tienen 46 cromosomas, lo que se llama cantidad diploide (2n). La cantidad de cromosomas se indica con "n" y el contenido de ADN con "d". Los cromosomas diploides tienen 2d de ADN justo despues de la division celular y 4d despues de la fase S. Los ovulos y espermatozoides tienen 23 cromosomas, la cantidad haploide (1n) y 1d de ADN. Nucleolo Centros fibrilares Material fibrilar (pars fibrosa) Material granular (pars granulosa) El nucleolo es una region no membranosa del nucleo. Contiene genes de ARNr transcripcionalmente activos. Es el sitio principal de produccion y ensamblaje ribosomico. Varía en tamano y esta bien desarrollado en celulas activas en la síntesis de proteínas. Algunas celulas contienen mas de un nucleolo. El nucleolo presenta tres regiones morfologicamente diferentes. Centros fibrilares que contienen asas de ADN de cinco cromosomas diferentes (13, 14, 15, 21 y 22) con genes de ARNr, ARN polimerasa I y factores de transcripcion. Material fibrilar (pars fibrosa) que contiene genes ribosomicos en proceso de transcripcion activa y grandes cantidades de ARNr.

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