Citoesqueleto y Movimiento Celular PDF

TEMA 7: CITOESQUELETO Y MOVIMIENTO CELULAR El citoesqueleto consiste en una red de filamentos que se extienden por el citoplasma. Funciones: Armazón estructural de la célula Dar forma Organización general del citoplasma Responsable de los movimientos de la célula:...

TEMA 7: CITOESQUELETO Y MOVIMIENTO CELULAR El citoesqueleto consiste en una red de filamentos que se extienden por el citoplasma. Funciones: Armazón estructural de la célula Dar forma Organización general del citoplasma Responsable de los movimientos de la célula: Movimiento celular en conjunto. Transporte interno de orgánulos y otros componentes. Propiedades: Es una estructura dinámica → se reorganiza continuamente conforme las células se mueven y cambian de forma. Formada por filamentos de actina (o microfilamentos), filamentos intermedios y microtúbulos, que se mantienen juntos y unidos a los orgánulos o a la membrana plasmática mediante proteínas accesorias. ESTRUCTURA Y ORGANIZACIÓN DE LOS FILAMENTOS DE ACTINA Proteína citoesquelética más abundante → actina (5-10% de las proteínas totales de la célula, 20% en células musculares). Actina polimeriza → filamentos de actina o microtúbulos Filamentos delgados y flexibles. Longitud → 7nm-varios micrómetros. La interacción de los filamentos de actina con otras estructuras celulares está regulada por proteínas de unión a la actina. Localización → principalmente debajo de la membrana plasmática formando una red que aporta: Soporte mecánico. Forma. Permite el movimiento de la superficie celular. Células eucariotas superiores → varios tipos de actina (codificados por genes diferentes). o Ej. Mamíferos → 6 tipos de actina 4 en el músculo (liso, esquelético o cardiaco). 2 en el resto de células. Secuencia de aa de la actina muy conservada evolutivamente. ESTRUCTURA DE LOS FILAMENTOS DE ACTINA (ensamblaje y desensamblaje) Monómeros de actina (actina globular G) → proteínas globulares de 375 aa. Estos monómeros interaccionan cabeza con cola para generar filamentos de actina (actina filamentosa F). Características filamentos: Apariencia de hélice de doble cadena → debido a que todos los monómeros se encuentran girados 166°. Polaridad → debida a que todos los monómeros se encuentran orientados hacia la misma posición. Actina G Proceso de polimerización 1. El primer paso de la polimerización de actina 2. (nucleación) → unión de tres monómeros de actina. 3. Filamentos de actina crecen con la adición de monómeros en los extremos. 2 extremos: Extremo (+) o protuberante → crece más rápido o Extremo (-) o puntiagudo. Cole sanden a la matr: extaclule gracas aunas protinas ransmembrana denominadas integrine Sitios de anclaje a la matriz → adhesiones focales Sirven también cómo sitios de sujeción para unos haces contráctiles de filamentos de actina denominadas fibras de estrés. Asociaciones de fibras de estrés con integrinas mediadas por proteínas como la talina y vinculina. Con otra célula Regiones de contacto célula a célula → uniones de adherencia. En células epiteliales: estas uniones forman una estructura en forma de cinturón denominado cinturón circunferencial, de forma que un haz contráctil de filamentos de actina subyacente se une a la membrana plasmática. Contacto entre células mediada por proteínas transmembrana llamadas cadherinas. Las cadherinas forman complejos con otras proteínas citoplasmáticas denominadas cateninas, las cuales interaccionan con vinculinas y otras proteínas de unión a la actina anclando el filamento a la membrana plasmática. MICROVELLOSIDADES Extensiones digitiformes de la membrana plasmática abundantes en la superficie de células implicadas en la absorción. 2 tipos de microvellosidades: Estereocilios: microvellosidades de las células auditivas. Borde en cepillo: microvellosidades de las células epiteliales del intestino. 1 millar de microvellosidades por célula que aumentan la absorción 10-20 veces. En microvellosidades intestinales → 20-30 haces paralelos de filamentos de actina unidos estrechamente. Proteína de entrecruzamiento → fimbrina Principal proteína de formación de microvellosidades → villina. Proteína de 95 kDa que presente en las microvellosidades de células muy especializadas (intestino, tubos renales y uniones celulares). Unión haces de actina a la membrana plasmática → brazos formados por calmodulina (proteína fijadora de calcio) que se asocia con la miosina I. Unión haces de actina al citoesqueleto cortical en una región rica en espectrina denominada red terminal, entrelaza y estabiliza las microvellosidades. PROTRUSIONES DE LA SUPERFICIE CELULAR Y MOVIMIENTO CELULAR PROTRUSIONES Protuberancias celulares → estructuras transitorias que se forman en respuesta a condiciones ambientales para el movimiento de las células.Intercambio rotatorio o treadmilling Lara Cemente Grisalena Fenómeno que describe el comportamiento dinámico de los filamentos de actina. Proceso: 123 Los monómeros de actina se unen a ATP. La actina-ATP se asocia a los extremos (+) o protuberantes. Una vez que el filamento de actina está ensamblado, el ATP se hidroliza a ADP. La actina-ADP se disocia más fácilmente que la actina-ATP, por lo que la actina unida al ADP se disociará del extremo (-) o puntiagudo, mientras que los monómeros actina-ATP irán al extremo protuberante. Fármacos que afectan a la polimerización:  Casi todos de origen fúngico. Citocatalisinas → se unen al extremo protuberante bloqueando su elongación. Esto provoca cambic forma de la célula e impide ciertos movimientos celulares. Faloidina → se une a los filamentos de actina impidiendo su disociación. Este fármaco junto con fluorescencia permite visualizar los filamentos de actina en microscopia de fluorescencia. PROTEÍNAS DE UNIÓN A LA ACTINA Proteínas en la nucleación: El paso limitante de la polimerización es la nucleación. Los tres monómeros se tienen que alinear correctamente para que la posterior polimerización. La formina (proteína de unión a la actina) va a desempeñar un papel muy importante en este proceso. Cada una de las subunidades de la formina va a unirse a un monómero, este dímero lo va a posicionar correctamente para que el tercer monómero se una. Una vez que se ha formado el dímero, hay una pequeña polimerización en la que la formina se sitúa en el extremo protuberante. La formina está asociada a otra proteína, la profilina, que va a estimular el intercambio de ADP y ATP en los monómeros de actina. Proteínas en ramificaciones: Las proteínas Arp2/3 se unen al extremo protuberante de la actina e inducen a ramificaciones de los filamentos de actina que sirven para impulsar los movimientos de la membrana plasmática.Todos los movimientos basados en la formeción retricesa de exensiones de la membrana plasmática, mediante Tipos de protuberacias: Pseudópodos: ancho moderado. Formados por una red de actina. Responsables de la fagocitosis. Lamelipodios: anchos. Formados por una red de actina. Presentes en los fibroblastos (tejido conectivo). Filópodos: muy delgados. Formados por haces de actina. Se extienden desde los lamelipodios. MOVIMIENTO CELULAR Formación de protrusiones en el borde delantero de la SATP.actina ADP-actina célula Los filamentos de actina crecen para empujar a la membrana plasmática Llevado a cabo por pequeñas moléculas de unión al GTP → familia Rho (Cdc42, Rho y Rac). Estas proteínas promueven la polimerización de la actina. Familia Rho activa a: Familia WASP → estimulan a Arp2/3 → inicia el crecimiento de ramificaciones. Forminas → crean filamentos lineales a partir de las ramificaciones de Arp2/3. Cofilinas → remodelan la red de filamentos. A medida que la los filamentos de actina crecen, proporcionan vías para el suministro de vesículas que contienen lípidos y proteínas para que prosiga la extensión. 2. Fijación de la protuberancia de la célula al sustrato Mediante la reconstrucción de mecanismos de adhesiones al sustrato celular (integrinas...). Borde trasero se retrae y disocia del sustrato. Llevado a cabo por → familia Rho y Arf 4. Acción de las fibras de estrés Las fibras de estrés conectadas a las nuevas adhesiones al sustrato del borde delantero, tiran hacia delante del borde trasero y hacen que la célula avance. ACTINA, MIOSINA Y MOVIMIENTO CELULAR Filamentos de actina asociados a miosina → movimiento celular. Miosina → convierte la energía química (ATP) en energía mecánica (fuerza y movimiento) Interacciones entre ambos intervienen en: Contracción muscular División celular Transporte de vesículas Transporte de orgánulos sculares → altamente especializadas en la contracción. Proteínas de estabilización de filamentos: Las proteínas de caperuza se unen a los extremos del filamento. Las tropomiosinas son unas proteínas fibrosas de estabilización de filamentos, de 30-36 kDa que se van a unir al filamento en sentido longitudinal para estabilizarlo. Hay 40 tipos que se codifican a través de splicing alternativo por 4 genes Tropomiosina Proteínas que remodelan o modifican: Las cofilinas cortan los filamentos generando nuevos extremos de los filamentos que son accesibles para la despolarización de los extremos puntiagudos o la elongación de los protuberantes. Las actividades de todas las proteínas de unión a la actina están controladas por una gran variedad de mecanismos de señalización celular, que van a permitir la proliferación en respuesta a estímulos ambientales. Las cofilinas, porfilinas y complejos Arg2/3 van a poder actuar conjuntamente para renovar los filamentos de actina o remodelar el citoesqueleto celular. Estos procesos requieren de un gran consumo de ATP por lo que consumirán la mitad de la energía producida en la hidrólisis de ATP de la célula. ORGANIZACIÓN DE LOS FILAMENTOS DE ACTINA Los filamentos de actina se ensamblan formando dos tipos generales de estructura: Haces de actina → filamentos de actina unidos por puentes cruzados creando estructuras paralelas estrechamente unidas entre si. Redes de actina → filamentos de actina unidos por puentes cruzados con una disposición ortogonal más holgada, que crean unas mallas de actina con las propiedades de los geles semisólidos. Proteínas de unión a la actina relacionadas con los puentes cruzados: Tienen dos puntos de unión a la actina por lo que pueden fijar y entrecruzar los filamentos de actina. Naturaleza según la estructura: Haz: pequeñas y rígidas, alinean los filamentos estrechamente unos con otros. Red: más largas y flexibles, pueden unir filamentos perpendiculares. Red HACES 2 tipos de haces: Haz paralelo: Filamentos de actina unidos estrechamente en forma paralela. Sostiene las proyecciones de la membrana plasmática como las microvellosidades. Todos los filamentos tienen la misma polaridad → orientados a la membrana plasmática. Proteína de entrecruzamiento → fimbrina. Proteína de 68kDa con dos sitios de unión a la actina. Se une a los filamentos en forma de monómero. Haz contráctil: Filamentos de actina más espaciados y con capacidad contráctil Sostiene las proyecciones de la membrana plasmática como las microvellosidades. Proteína de entrecruzamiento → a-actinina. Proteína de dos subunidades, 102kDa cada uno, con un único sitio de unión a la actina. Se une a los filamentos en forma de dímero. REDES Las redes de filamentos de actina se mantienen unidas gracias a una proteína llamada filamina. La filamina se fija a la actina como un dímero formado por dos subunidades de 280 kDa. Tiene dos partes localizadas en extremos opuestos: dominios de unión a la actina (ABD) y dominio de dimerización. Molécula flexible en forma de V con los ABD ubicados en el extremo de cada brazo. Forma puentes cruzados con disposición ortogonal, creando una malla holgada. Córtex celular Formado por la red de filamentos de actina y las proteínas subyacentes a la membrana plasmática. Principal proteína → espectrina La espectrina es un tetrámero formado por dos cadenas polipeptídicas, a (240 kDa) y B (220 kDa). Los extremos del tetrámero de espectrina se asocian con filamentos cortos de actina formando una red espectrina-actina. Tetrámero de espectrina Dominio en a-hélice - Dominio en lámina-B Cadena B Cadena a Unión de la espectrina-actina a la membrana plasmática: Unión de la espectrina a fosfolípidos de la membrana. 1. Anquirina → principal nexo de unión de espectrina-actina a la membrana plasmática. La anquirina se une tanto a la espectrina como al dominio citosólico de la proteína transmembrana Banda 3 2. (intercambiador aniónico de la mayoría de membranas). 3. Proteína 4.1. La proteína 4.1 se une tanto a la espectrina como al dominio citosólico de la proteína transmembrana glicoforina (abundante en la membrana plasmática de los eritrocitos, hace que estos no se adhieran a las paredes de los vasos sanguíneos). 4. Distrofina. Forma dímeros que unen la espectrina a las proteínas transmembrana, a su vez las proteínas transmembrana fijan el citoesqueleto a la matriz extracelular para mantener la estabilidad celular durante la 5. contracción muscular. Si hay alguna mutación en el gen que produce la distrofina, se producen las distrofias musculares (ej: 6. distrofia de Duchenne y distrofia de Becker). La mayoría de células establecen contactos con otras células y con la matriz extracelular: Estas regiones de contacto van a ser puntos de unión para los haces de filamentos de actina que se anclan en las zonas de contacto celular.Todos los movimientos basados en la formeción retricesa de exensiones de la membrana plasmática, mediante Tipos de protuberacias: Pseudópodos: ancho moderado. Formados por una red de actina. Responsables de la fagocitosis. Lamelipodios: anchos. Formados por una red de actina. Presentes en los fibroblastos (tejido conectivo).  Filópodos: muy delgados. Formados por haces de actina. Se extienden desde los lamelipodios. MOVIMIENTO CELULAR Formación de protrusiones en el borde delantero de la SATP.actina ADP-actina célula Los filamentos de actina crecen para empujar a la membrana plasmática Llevado a cabo por pequeñas moléculas de unión al GTP → familia Rho (Cdc42, Rho y Rac). Estas proteínas promueven la polimerización de la actina. Familia Rho activa a: Familia WASP → estimulan a Arp2/3 → inicia el crecimiento de ramificaciones. Forminas → crean filamentos lineales a partir de las ramificaciones de Arp2/3. Cofilinas → remodelan la red de filamentos. A medida que la los filamentos de actina crecen, proporcionan vías para el suministro de vesículas que contienen lípidos y proteínas para que prosiga la extensión. 2. Fijación de la protuberancia de la célula al sustrato Mediante la reconstrucción de mecanismos de adhesiones al sustrato celular (integrinas...). Borde trasero se retrae y disocia del sustrato. Llevado a cabo por → familia Rho y Arf 4. Acción de las fibras de estrés Las fibras de estrés conectadas a las nuevas adhesiones al sustrato del borde delantero, tiran hacia delante del borde trasero y hacen que la célula avance. ACTINA, MIOSINA Y MOVIMIENTO CELULAR Filamentos de actina asociados a miosina → movimiento celular. Miosina → convierte la energía química (ATP) en energía mecánica (fuerza y movimiento) Interacciones entre ambos intervienen en: Contracción muscular División celular Transporte de vesículas Transporte de orgánulos sculares → altamente especializadas en la contracción.