Biología Celular: Parcial PT2 - PDF

BIOLOGÍA CELULAR: PARCIAL PT2 2.2 CITOSOL El citoplasma es el conjunto de estructuras y sustancias que encontramos alrededor del núcleo y que se encuentra delimitado por la membrana celular. Por su parte el citosol es la fracción acuosa del citoplasma y se le conoce también como hialoplasma o citop...

BIOLOGÍA CELULAR: PARCIAL PT2 2.2 CITOSOL El citoplasma es el conjunto de estructuras y sustancias que encontramos alrededor del núcleo y que se encuentra delimitado por la membrana celular. Por su parte el citosol es la fracción acuosa del citoplasma y se le conoce también como hialoplasma o citoplasma fundamental. El citoplasma contiene los orgánulos membranosos (como el retículo endoplásmico, la mitocondria, las vesículas, etc.), los orgánulos sin membrana (como los ribosomas) y el propio citosol. Por su parte, el citosol contiene nucleótidos libres (ATP, GTP, cGMP, etc), RNAs de transferencia, carbohidratos sencillos, aminoácidos, iones y muchos enzimas. Derivado de su contenido se puede entender que la función principal del citosol es ser sede de múltiples reacciones metabólicas. AMOEBA SISTERS VIDEO: CITOSOL Y CITOPLASMA Citosol: Sustancia gelatinosa dentro de las células que las rodea y a sus organelos. Aquí pasan muchos procesos y reacciones químicas importantes. Ejemplo: La glucólisis pasa en el citosol del citoplasma. Citoplasma: Incluye al citosol, pero también a los organelos que contiene. Todo esto rodeado por la membrana celular. Sin embargo, el núcleo no es parte del citoplasma. ATLAS DE LA HISTOLOGÍA VEGETAL Y ANIMAL: CITOSOL CITOPLASMA Todo el contenido células, excepto el núcleo. CITOSOL Parte del citoplasma sin orgánulos y sin núcleo. Sustancia acuosa semifluida que rodea a los orgánulos y al núcleo. Representa más de la mitad del volumen celular en las células animales, en las células vegetales maduras la mayor parte del volumen celular está ocupado por las vacuolas. Componentes Está formado en su mayor parte por agua en la que se encuentran disueltas una gran cantidad de moléculas e iones. Tan grande puede llegar a ser la concentración de moléculas e iones que en muchas ocasiones se llega a densidades relativamente viscosas. En comparación con el medio extracelular, el citosol tiene una alta concentración de potasio y una baja concentración de sodio y calcio. Es un medio tamponado con pHs que van normalmente entre 7 y 7,4. En el citosol también se acumulan moléculas de reserva como el glucógeno. Actividad molecular En el citosol se desarrolla una enorme actividad molecular, se desarrolla una gran variedad de reacciones metabólicas como: La glucólisis. La traducción de las proteínas en los ribosomas libres. Cascadas de señalización resultado de la comunicación celular y de la comunicación entre orgánulos, etcétera. Difunden los iones y segundos mensajeros, y por él se mueven las moléculas y las vesículas que comunican las diferentes partes de la célula. Citoesqueleto En el citosol se encuentra el citoesqueleto, el cual es el esqueleto y los músculos de las células, formado por filamentos proteicos altamente versátiles. Organelos sin membrana En las células eucariotas hay espacios celulares en el citosol que no están rodeados por membrana y que se pueden comportar como compartimentos especiales a modo de orgánulos. Por eso se llaman orgánulos sin membrana (MLO en inglés "membraneless organelles"). Estos "orgánulos" se generan por la propiedad de segregación de fase líquido-líquido, que consiste en que dos componentes con propiedades diferentes se auto segregan en espacios diferentes (como ocurre, por ejemplo, con la segregación del agua y el aceite). En el citosol y en el nucleoplasma (dentro del núcleo) hay moléculas como proteínas, lípidos y ácidos nucleicos que se asocian a otras moléculas para formar una fase líquida más densa respecto al resto. Estas asociaciones están presentes tanto en eucariotas como en procariotas.  Por ejemplo, en el núcleo un MLO es el nucléolo. En el citosol están los gránulos de estrés, gránulos transportadores de ARN y los cuerpos P. Las funciones de los MLOs son variadas. Por ejemplo, los gránulos transportadores de ARN y los gránulos de estrés acumulan ARN evitando su traducción, mientras otros aceleran reacciones químicas por concentración de los elementos necesarios para ellas. Hay mecanismos para modular estos MLOs, como fosforilación, metilación, acetilación, adición de poli-ribosas. Conexión citosol - citosol El citosol de las células animales es un componente propio de cada célula y su contenido no se suele compartir con otras células vecinas. A veces, sin embargo, existe comunicación directa citosol-citosol entre células vecinas gracias a las uniones en hendidura, canales proteicos que se forman en las membranas plasmáticas y que establecen conductos de comunicación. Por estos canales pasan sólo moléculas de bajo peso molecular y los iones. Por otra parte, en las plantas es muy frecuente que el citosol de células vecinas estén conectados a través de los plasmodesmos, que son túneles en la pared celular que permiten esta comunicación. Tanto es así que las membranas plasmáticas de las células vecinas son continúas. Existe una tercera vía para comunicar citoplasmas de células diferentes: a través de vesículas que emiten las propias células con contenido citosólico en su interior y que se fusionan con otra célula. Citoplasma: Todo lo que está dentro de la célula, excepto el núcleo. Citosol: Parte acuosa, sin encontrar ningún organelo. Contiene varias moléculas. Aquí ocurre la glucólisis. 2.3 CITOESQUELETO ESTRUCTURA Red de filamentos proteicos del citosol que ocupa el interior de todas las células animales y vegetales. FUNCIONES Define la forma y arquitectura de la célula. Movimiento celular. Transporte de moléculas. PROPIEDADES Polimerización y despolimerización. Polarización Regulación TIPOS DE CITOESQUELETO Microfilamentos de actina: Se ubican alrededor de la membrana. Filamentos intermedios: Se ubican por toda la célula. Microtúbulo: Se ubican a lo largo de la célula. Todas las células, procariotas y eucariotas, tienen citoesqueleto, el cual puede estar arreglado de diferentes formas dentro de la célula. El citoesqueleto es una red de proteínas que cubre todo la célula, gracias a este puede ocurrir el transporte de moléculas. Gracias a los enlaces no covalentes pueden desensamblarse, pues no son tan fuertes. DE QUE SE COMPONEN Microtúbulos: Proteína tubulina. Microfilamentos: Proteína actina Filamentos intermedios: Muchas proteínas. Tamaño de más pequeño a más grande: Microfilamentos, filamentos intermedios, microtúbulos. EL CITOESQUELETO TRABAJA EN CONJUNTO Microtúbulos: Importante para crear los centriolos en la división celular. Microfilamentos: Forman el anillo contráctil que separa a las células, rompiendo su membrana. Después, ya que están separadas, las células regeneran su membrana. MICROFILAMENTOS ESTRUCTURA Formados por la polimerización de una proteína globular denominada actina (filamentos de actina). Cada filamento se forma por la unión de dos cadenas de actina en forma helicoidal (7-8 nm de diámetro). Proteína actina libre = G-actina Proteína actina unida = F-actina. Hecho de diferentes tipos de actina: Tipos de G-actina: alfa-actina (músculo) beta y gamma-actinas (juntas en casi todo el resto de las células) EXTREMO MÁS Y EXTREMO MENOS Los microfilamentos están polarizados, tienen 2 extremos: Extremo + y extremo -. Extremo más: Se pegan más actinas. Extremo menos: Se despegan las actinas. Las actinas tienden a separarse. FASES DE LA FORMACIÓN DE FILAMENTOS Nucleación: Unidades de actina se juntan unas con otras. Elongación: Se siguen juntando más. Fase de equilibrio: Se despega la misma cantidad de activas que se pegan. Mientras menor sea la actividad de un polo en la actina, menos actinas se van a adherir. Esto controla la formación del filamento de actina. Para que un monómero de actina se pegue a otro se necesita ATP. Este se fosforila y lso monómeros se quedan pegados. El ATP pasa a ADP. La constante de disociación del lado - y la constante de asociación del lado + son iguales. Si tenemos mucha actina el filamento se queda igual, la misma cantidad de actina que se pegan, se despegan. Actina que sí se une para crear un microfilamento = G - actina Actina que no se une para crear un microfilamento = F - actina QUÉ DETERMINA QUE TANTO CRECE UNA ACTINA Lo que determina qué tan largo crece un filamento de actina se define por qué tantas actinas se adhieren a un lado y qué tantas se disocian. Si se adhieren muchas, pero se disocian pocas, el filamento de actina va a crecer. PROTEÍNAS ACCESORIAS Lo mencionado anteriormente no es lo único que define si crece o deja de crecer, hay proteínas que se agregan de ciertos lados para aumentar o disminuir el crecimiento de los filamentos: Las proteínas accesorias se pegan a ciertos extremos y determinan esto. Hay proteínas que hacen que el filamento se ramifique. Digamos que el lado + se ramifica, ahora tendrá una ramificación de una proteína a la que se podrán añadir más monómeros de actina. Las proteínas no solo se pegan al extremo más o al menos, no sólo son “tapas”, si no que se pueden pegar en distintos sitios: a los lados. Las que se pegan a los lados estabilizan el microfilamento, promueven el crecimiento de otro microfilamento a los lados. Ejemplo de proteína accesoria: Capseta, tropomiosina, troponina, etc. Proteínas para secuestro de monómeros: Las timosinas son proteínas que se unen a los monómeros de actina-ATP y evitan que se polimericen. Proteínas que bloquean o tapan: Las proteínas de este grupo regulan la longitud de los filamentos de actina uniéndose a uno u otro extremo de los filamentos, formando un tapón que bloquea tanto la pérdida como la ganancia de las subunidades. Si el extremo puntiagudo también está tapado, la despolimerización está bloqueada. Los filamentos delgados de músculo estriado están tapados en su extremo con púas en la línea Z por una proteína llamada capZ. CARACTERÍSTICAS Los microfilamentos cambian constantemente. Dependiendo de la concentración de actina, nuestro filamento de actina se comporta diferente. Las proteínas no solo se pegan al extremo más o al menos, no sólo son “tapas”, si no que se pueden pegar en distintos sitios: a los lados. Las que se pegan a los lados estabilizan el microfilamento, promueven el crecimiento de otro microfilamento a los lados. Los microfilamentos le dan forma a la célula porque se encuentran debajo de la membrana plasmática, le dan sostén a la célula. Proteínas de anclaje: Se unen a microfilamentos y filamentos intermedios. Macropinocitosis /fagocitosis: Hay un cambio en la estructura de la membrana a través de los filamentos de actina. Macropinocitosis: Engulle gran cantidad de líquido. Fagocitocis: Engulle vesículas, otras células, etc. Los pseudópodos están formados por filamentos de actina y van jalando a la célula. Los filamentos de actina permiten la división celular gracias al anillo contráctil. Forman microvellosidades. FUNCIONES Forma celular Los microfilamentos le dan forma a la célula porque se encuentran debajo de la membrana plasmática, le dan sostén a la célula. Unión de células En la región de adhesión focal, la membrana plasmática contiene grupos de integrinas que conectan el material extracelular con el sistema de microfilamentos, que contiene la actina del citoesqueleto. Ej: Cadherinas, glucoproteínas que median la adhesión célula-célula dependiente del Ca. Los microfilamentos (actina) se asocian con las cadherinas a través de proteínas adaptadoras en el interior de la célula, formando una red de filamentos que conecta el citoesqueleto de una célula con el de otra. Esto ayuda a mantener la integridad del tejido y facilita la adhesión celular. Movimiento celular Los pseudópodos están formados por filamentos de actina y van jalando a la célula, generando su locomoción. Los pseudópodos son extensiones temporales de la membrana celular utilizadas por algunas células para moverse y capturar partículas. Los microfilamentos, que son filamentos de actina, juegan un papel crucial en la formación y funcionamiento de los pseudópodos. La polimerización de la actina impulsa la formación de pseudópodos También forma las microvellosidades: Las microvellosidades son estructuras filiformes que permiten el aumento de la superficie de la membrana plasmática y por tanto el contenido de moléculas como receptores, transportadores, canales, etcétera. Esto es especialmente importante en células absortivas o secretoras de los epitelios. Incorporación de moléculas Hay un cambio en la estructura de la membrana a través de los filamentos de actina. Macropinocitosis: Engulle gran cantidad de líquido. Fagocitocis: Engulle vesículas, otras células, etc. Fagocitosis: Durante la fagocitosis, la célula extiende su membrana plasmática alrededor de la partícula a través de protrusiones llamadas pseudópodos. Los microfilamentos de actina forman una red en el borde de la célula y se reorganizan para ayudar a formar estos pseudópodos. Los microfilamentos de actina ayudan a extender y envolver la membrana celular alrededor de partículas grandes para formarlas en una vesícula que la célula puede ingerir. Pinocitosis: En la pinocitosis, la membrana celular se invagina para formar una pequeña vesícula que captura el líquido extracelular. Los microfilamentos de actina están involucrados en la formación y estabilización de esta invaginación. Los microfilamentos de actina apoyan la formación de vesículas que capturan líquidos y solutos, ayudando en la invaginación de la membrana y el transporte de las vesículas. FILAMENTOS INTERMEDIOS ESTRUCTURA Únicos filamentos del citoesqueleto que carecen de polaridad. Sus dos lados son iguales por cómo se están ensamblando. No están formados por proteínas globulares, están formados por proteínas fibrosas. Las proteínas tienen un extremo amino terminal y uno carboxilo terminal, las proteínas de citoesqueleto primero se unirán de manera extremo amino - extremo carboxilo, sin embargo después dos dímeros se unirán de manera extremo carboxilo - extremo carboxilo, formando un tetrámero Después los tetrámeros se ensamblan de la misma forma: carboxilo - carboxilo, hasta ocho tetrámeros juntos nos dan una sección de un filamento intermedio. Esta formación les da resistencia. FUNCIONES Soportar tensiones mecánicas. Nos van a permitir anclar o unir a diferentes células entre ellas. Forman la lámina nuclear, está abajo de la doble bicapa del núcleo, es decir que está en contacto con la membrana interna. Como la gran mayoría de las células tienen núcleo, las láminas se encuentran en todas las células. CÓMO SE DESENSAMBLAN Se ensamblan por fosforilaciones y se desensamblan por desfosforilaciones. TIPOS DE PROTEÍNAS QUE LOS COMPONEN CASO CLÍNICO MICROTÚBULOS ESTRUCTURA Están compuestos de tubulina alfa beta y gamma Los microtúbulos empiezan a formarse desde un centrosoma, el cual tiene dos estructuras tubulares, de tubulina: los centriolos. A partir de los centriolos crecen los microtúbulos.  La primera tubulina que se tiene que unir para formar un microtúbulo es la gamma tubulina 2 extremos: Extremo menos tienen gamma tubulina, por donde se reduce, y el extremos más tiene alfa y beta tubulina, de manera intercalada: alfa - beta - alfa - beta y así consecuentemente. La base siempre es gamma. Protofilamento; está conformado por alfa beta. 13 protofilamentos conforman un microtúbulo, el cual está hueco. Los protofilamentos son la cadena que va hacia arriba, hacia el extremo más. Dímeros de tubulina: a-tubulina + b-tubulina HIDRÓLISIS DE GTP Los microfilamentos necesitan de ATP, los microtúbulos necesitan de GTP para su polimerización. Si de GTP pasa a GDP, los filamentos intermedios se despolimerizan. El GTP se hidroliza y pasa a hacer GDP por medio de enzimas. Catástrofe: Cuando un microtúbulo se desensambla. No solo se separa un dímero, se separan todos. La catástrofe es un proceso normal, pues el ensamblaje de los microtúbulos depende de los requerimientos celulares. PROCESO DE POLIMERIZACIÓN Dímero de tubulina con GTP unido (tubulina GTP) Los dímeros de tubulina GTP se suman al extremo en crecimiento del microtúbulo La adición procede más rápidamente que la hidrólisis de GPT por los dímeros. PROCESO DE DESPOLIMERIZACIÓN Los protofilamentos que contienen tubulina GDP se desprenden de la pared del microtúbulo. La tubulina GDP se libera al citosol. PROTEÍNAS MAPS  Igual que con los microfilamentos, tenemos proteínas accesorias, las MAPS. MAPS: Permiten que el microtúbulo se mantenga estable y define la separación entre los microtúbulos. La proteína MAP tau los mantiene cerca. La proteína MAP 2 los mantiene lejos. FUNCIONES El pareamiento de vesículas en el interior, carreteras por donde las vesículas son transportadas, permite la separación de los cromosomas en la mitosis. Los microtúbulos que crecieron a partir de los centriolos se polimerizan, agarran su cromatina y después se despolimerizan para llevarse al cromosoma. Los microtúbulos son la base para que se formen los flagelos y cilios. Flajelos: Son largos, como una cola, ayudan a que la célula se mueva. Cilios: Son más cortos que los flagelos y pueden ser cilios inmóviles (primarios) o pueden ser cilios móviles (secundario). Los cilios inmóviles se encuentran en las células fotorreceptoras del ojo humano y ayudan con la absorción de fotones, que luego el cerebro convierte en una imagen en color. Los cilios móviles se pueden encontrar en células como las que forran las trompas de Falopio y se mueven para fertilizar o no al utero. TRANSPORTE DE VESÍCULAS A TRAVÉS DE MICROTÚBULOS Anterógrado: Transporte del centro al extremo de la célula. Lo hacen las proteínas cinesina, viajan al extremo más. Retrógrado: Del extremo al centro de la célula. Lo hacen las dineínas, viajan al extremo menos. Estas proteínas son hidrolasas, pueden romper ATP para avanzar por las células. Transporte Anterógrado: Se refiere al transporte de materiales desde el cuerpo celular hacia el extremo + (distal) del axón o hacia la periferia celular. Transporte Retrógrado: Se refiere al transporte de materiales desde el extremo + (distal) del axón o la periferia celular de regreso al cuerpo celular (extremo -). Hidrolasa: Enzimas que ocupan H2O para romper un enlace. LOS MICROTÚBULOS VARÍAN Varían según el tipo celular y sus funciones. ENFERMEDAD MICROTÚBULOS En el alzheimer las proteínas tau se juntan y se forma una maraña que causa que no funcione la neurona y la neurona muera. Microvellosidades neuronales: Dendritas, hechas por microfilamentos.