Practica 4 Movimiento Celular PDF

Practica 4 Movimiento Celular OBJETIVO Identificar como se conforma el citoesqueleto, con el fin de analizar su papel e importancia en los diversos procesos celulares en los que participa; así como comprender las características fundamentales del tejido muscular y sus funciones en el cuerpo humano....

Practica 4 Movimiento Celular OBJETIVO Identificar como se conforma el citoesqueleto, con el fin de analizar su papel e importancia en los diversos procesos celulares en los que participa; así como comprender las características fundamentales del tejido muscular y sus funciones en el cuerpo humano. MATERIALES -Microscopio óptico. -Portaobjetos. -Cubreobjetos. -Vidrio de reloj (uno por equipo). -Sanitas o servitoallas. -Pipetas. -Semen. -Cultivo de Paramecium (se consigue en agua estancada, guardar en botella oscura, en un cuarto oscuro o debajo del lavadero y fresco). -Lechuga, papa y cascara de plátano. -Mercurio. -Dicromato de potasio (K2Cr2O7). -Agua destilada. -Ácido nítrico. INTRODUCCIÓN. La característica fundamental del movimiento celular es la transformación de energía, esto, se logra por la transducción de señales de manera química y posteriormente mecánica, gracias a tres componentes esenciales de cualquier estructura celular: Microtúbulos, Microfilamentos y Filamentos Intermedios. A) Microtúbulos (MT): Los microtúbulos son polímeros huecos y alargados de 25 nanómetros (nm) de diámetro, estos, a su vez, están compuestos por 13 protofilamentos de heterodímeros proteicos denominados a y b-tubulina, dispuestos de forma helicoidal construyendo así al MT que se encuentra recorriendo toda la célula (Figura. 1), algunas de sus funciones son: mantener la forma celular, transporte de organelos y vesículas, separación de cromosomas durante la división celular y sostén celular. 6  El citoesqueleto, Biología celular biomédica, 2.ª ed. de Alfonso Calvo, editorial Elsevier, España. Año 2023 Los MT tienen proteínas motoras, o también llamadas mecano-enzimas, que funcionan como motores proteicos que intervienen en el movimiento de los organelos intracelulares. Su energía es el resultado de la conversión de energía química de la Hidrólisis de ATP en energía mecánica, lo que se traduce en un movimiento unidireccional o “paso a paso” a lo largo de los MT o Microfilamentos (MF) del citoesqueleto. Esto, quiere decir que los MT pueden crecer o decrecer al agregar o desmontar dímeros de tubulina para construir estructuras en la célula, pero esto lo hacen en función de sus extremos, ya que estos presentan una polaridad estructural, en el cual, un extremo puede agregar o desmontar dímeros de tubulina a una velocidad mayor que el otro, por lo que le confiere su gran capacidad para encogerse o crecer durante las diversas actividades celulares. Existen tres grandes grupos de proteínas motoras: A.1) Cinesinas: También conocidas como quinesinas o kinesinas, son tetrámeros formados por dos cadenas ligeras y dos cadenas pesadas, donde estas últimas, tienen su propio dominio globular que las mantienen unidas a un protofilamento en particular. Su desplazamiento es de forma unidireccional, y es del extremo negativo (-) al extremo positivo (+), es decir, realizando un movimiento anterógrado hacía la periferia de la célula. A.2) Dineínas: Son polímeros formados por dos cadenas pesadas y múltiples cadenas intermedias y ligeras. Las encontramos asociadas a los MT, sin embargo, tenemos una clasificación para estas proteínas: 6 Práctica 4  A.2.1) Dineína Citoplasmática: Se desplaza a lo largo del MT en sentido retrógrado (contraria a la cinesina), es decir, desde el extremo positivo (+) al extremo negativo (-), hacia el interior de la célula. A.2.2) Dineína Axonémica: También conocida como ciliar, únicamente está presente en el axonema de cilios y flagelos, logrando así el desplazamiento de los MT uno sobre otro. A.3) Miosinas: Son polímeros conformados por 2 cadenas pesadas y por un número variable de cadenas ligeras. Estas proteínas, se desplazan a lo largo de los MF de Actina, desde el extremo negativo (-) al extremo positivo (+), es decir, para que se lleve a cabo el movimiento, los filamentos de actina deben interactuar con la proteína miosina. Se dividen en: A.3.1miosinas convencionales (Tipo II): ubicadas en células musculares (miocitos) A.3.2miosinas no convencionales: realizan funciones distintas al movimiento muscular. Para lograr un correcto ensamblaje de los MT, el evento clave que debe ocurrir es una nucleación inicial a partir de organelos especializados llamados Centros Organizadores de Microtúbulos (abreviados como MTOC o COMT). La característica en común de todos los MTOC es la capacidad de poder reclutar (unir) al complejo de la g-tubulina, que va a actuar como un sitio de nucleación para así polimerizar a los MT, esto se traduce en que los MT van a poder crecer hacia la periferia. El MTOC está compuesto de un centrosoma, el cual, se ubica cerca del núcleo de la célula y que consiste en un par de centriolos rodeados por material pericentriolar, que incluye a la proteína g-tubulina en disposición de anillo, y, es a partir de este anillo que funciona como punto de nucleación para polimerizar las unidades α y β-tubulina, en otras palabras, el centrosoma es la base de donde surgirán los microtúbulos. Así mismo, contienen cuerpos basales (cilios y flagelos que se describirán más adelante). Los MT, forman estructuras estables, que parten del cuerpo basal o axonema el cual, funge como el centro organizador de los MT, y se extienden hacia fuera de la superficie celular. El citoesqueleto, Biología celular biomédica, 2.ª ed. de Alfonso Calvo, editorial Elsevier, España. Año 2023 Los cilios (que proviene del latín Cilium = pestaña) y los flagelos (del latín Flagellum = látigo), son haces conformados en una configuración de nueve pares de tubos periféricos dispuestos en círculo que rodean a un par central (9+2) (Figura 2). 6 Práctica 4  Los cilios son numerosos y cortos, mientras que los flagelos son largos y escasos, además, ambos se insertan en la célula por estructuras similares a los centriolos llamados corpúsculos basales, que tienen los nueve pares de túbulos periféricos, pero que no tienen el par central (9+0) (Figura 2). Actualmente, se han descrito dos clasificaciones para los cilios y los flagelos: 1) Por movimiento: Tanto cilios como flagelos, producen el movimiento por la deflexión del centro, y los microtúbulos periféricos se deslizan uno sobre otro, siendo la dineína la responsable de dicha inclinación. Los movimientos encontrados son: ondular (Paramecium coli, el protozoario Tetrahymena y Paragonimus Mexicanus), pendular (Balantidium Coli) e infundibuliforme (Monosiga brevicollis). (Figura 3) 2) Distribución y presencia: Igualmente, se clasifican de acuerdo a su número y su ubicación alrededor del organismo, en átrico (sin flagelos como los cocos), monótrico (con un solo flagelo, por ejemplo el espermatozoide, Trypanosoma cruzi, Vibrio cholerae, Campylobacter jejuni, etc.), lofótrico (un mechón único de flagelos en un extremo como Spirillum serpens, Trichomonas vaginalis, Trichomonas tenax), anfítrico (un mechón de flagelos en ambos extremos como Giardia lamblia, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas pseudomallei) y perítrico (con flagelos distribuidos por toda la periferia como Salmonella typhi, Escherichia coli, Escherichia buchner y Proteus sp). (Figura 4). Atrico Monotrico anfitricas multianfitricas Lofotricas peritrico 6 Práctica 4  B) Microfilamentos (MF): Son estructuras de polímeros helicoidales de la proteína globular Actina, pero, en lugar de formar un túbulo, forma conjuntos de tres o más filamentos de monómeros que se tuercen entre sí, y le da un aspecto de un rosario entrelazado, donde cada cuenta del rosario, simboliza a una molécula de monómero. Gracias a su asociación con otras proteínas, forman filamentos estables, que se pueden organizar en una variedad grande de haces paralelos, unidireccionales, antiparalelos, entre otros que, le confieren el mantener la estructura interna de la célula contribuyendo a la formación del citoesqueleto. Los MF tienen diversos movimientos, que son: muscular, citodiéresis o citocinésis, morfogenéticos, amiboideos y corrientes citoplasmáticas. B.1) Movimiento muscular: El tejido muscular, es uno de los cuatro tejidos que componen al organismo, y, hoy día, sabemos que existen 3 tipos de músculo que son, músculo estriado, músculo liso y músculo cardíaco. Las células musculares estriadas reciben el nombre de fibras musculares, son células muy largas (hasta de 30 cm), cilíndricas y multinucleadas que se agrupan formando haces musculares; la membrana celular recibe el nombre de sarcolema (presenta especializaciones denominadas túbulos transversales o túbulos T, que son invaginaciones hacia el interior de la célula), su citoplasma se denomina sarcoplasma (ocupado por organelos celulares que quedan restringidos al área perinuclear, por ejemplo las mitocondrias o sarcosomas), y su retículo se llama retículo sarcoplasmático (que se encarga del almacenamiento de calcio, fundamental para producir la contracción). De forma intracitoplasmáticamente, cada fibra muscular tiene haces delgados de estructuras llamadas miofibrillas, que presenta bandas claras, y reciben el nombre de filamentos delgados o bandas I (isótropas) y contienen a la agrupación de 3 proteínas contráctiles que son Actina, Tropomiosina y Troponina (aproximadamente entre 1,5000 a 3,000 filamentos cada una), de igual forma, encontramos las bandas oscuras, o bandas A (anisótropas), que contienen la proteína contráctil llamada Miosina. El movimiento se produce por el deslizamiento entre estos filamentos, bajo el control voluntario. La unidad funcional de contracción de la fibra muscular se llama sarcómera o sarcómero, y al ser vistas en el microscopio electrónico, podemos apreciar que se constituyen de la siguiente forma: Cada sarcómera se extiende desde una línea Z hasta una línea Z, conteniendo diversas bandas oscuras y bandas claras. Una sarcómera contiene un par de hemibandas I levemente teñidas localizadas en los bordes externos; con una banda A más densamente teñida, situada entre las bandas I y la zona H que está levemente teñida localizada en el centro de la banda A. Una línea M densamente teñida se localiza en el centro de la zona H. La banda I solo contiene filamentos delgados, la zona H únicamente filamentos gruesos, y la parte de la banda A situada a los dos lados de la zona H representa la región de la superposición (contracción) y contiene ambos tipos de filamentos, (se aprecian mejor en la Figura 5), con una explicación más detallada de cómo sería la miofibrilla en la Figura 6. 6 Práctica 4  Cuando se da la orden de la contracción (en unión neuromuscular), las cabezas de las moléculas de miosina se extienden lateralmente hasta hacer contacto con los filamentos delgados de actina, que en número de seis, rodean a la miosina formando puentes transversales; las cabezas de miosina se inclinan hacia el centro de la sarcómera deslizando los delgados filamentos de la actina sobre el filamento grueso. La energía necesaria para que esto se lleve a cabo está en los puentes que contienen ATP que se hidrolizan gracias a la ATPasa haciendo que las cabezas de miosina actúen como palancas de movimiento de los filamentos de actina, de esta manera, la energía química se transforma en energía cinética, también conocida como energía mecánica o de movimiento. B.2) Citodiéresis: La separación de las dos células al final de la mitosis, recibe el nombre de citodiéresis, y se ha comprobado que existe la presencia de una acumulación de microfilamentos que se deslizan entre sí en la región del surco donde se inicia la segmentación de la célula mediante una transducción quimio-mecánica separando así a las dos células hijas. B.3) Movimientos morfogenéticos: Son aquellos que se realizan en los tejidos durante su desarrollo embrionario, y dichos movimientos se realizan por la presencia de microfilamentos que forman una especie de cinturón en torno del polo apical, tal y como sucede en la invaginación del epitelio bucal durante el desarrollo de la cavidad bucal. B.4) Movimiento Amiboideo: Se trata de prolongaciones del citoplasma hacia afuera (extensión de la membrana celular y posteriormente la emisión del flujo del citoplasma hacia la extensión) denominadas pseudópodos (pseudo = falso, podos = pies), (Figura 7). 6 Práctica 4  Donde se ejemplifican los pasos y formación de un pseudópodo de Amoeba proteus); este tipo de movimiento también se relaciona con la presencia de microfilamentos, que gracias a ellos se llevan a cabo la fagocitosis y pinocitosis; la ameba Entamoeba histolytica, y algunos leucocitos como los monocitos realizan este tipo de movimiento. La diapédesis es un fenómeno que consiste en la emigración de algunos leucocitos a través de los endotelios hacia los tejidos, esto se lleva a cabo gracias a los pseudópodos; la atracción de estos a partículas o bacterias (quimiotaxis) es gracias a sustancias llamadas opsoninas, este se llama quimiotactismo positivo, y cuando las aleja se denomina quimiotactismo negativo. Algunos autores han clasificado a los pseudópodos por su forma, así tenemos que si los pseudópodos son largos y delgados se denominan filopodios; si son cortos y gruesos lobopodios y si tiene forma de red, reticulopodios ( Figura 8). B.5) Corrientes citoplasmáticas: Las corrientes intracitoplasmáticas se realizan gracias a la presencia de microfilamentos que contienen proteínas contráctiles muy semejantes a la actina y a la miosina, y se llevan a cabo sobre todo en células vegetales bajo el nombre de ciclosis. C) Filamentos Intermedios (FI): Son componentes del citoesqueleto cuya función principal es la de proporcionar a la célula o a las estructuras celulares la propiedad de soportar tensiones mecánicas (estructuras de sostén). Este tipo de filamentos, aparecen en las células animales para darle la resistencia mecánica, sin embargo, en las plantas no aparece, ya que la tensión recae en las paredes celulares que llevan a cabo esta acción. Su diámetro es de aproximadamente entre 8 a 15 nm, que se encuentra entre los filamentos de actina (7-8 nm) y el de los microtúbulos (25 nm). 6 Práctica 4  Actualmente, se han descrito dos sistemas de filamentos intermedios: Uno en el citoplasma y otro en el interior del núcleo. Citoplasma: Forman una red que conecta con el núcleo y se extiende hasta la periferia celular (Figura 9), ubicándose anclados a los complejos de unión entre células vecinas (como desmosomas y uniones focales) y entre las células y la matriz extracelular (hemidesmosomas). Núcleo: Forman la lámina nuclear, que es un entramado que da forma y cohesión al propio núcleo. Se estima que pueden estirarse hasta un 250% a 300% de su longitud inicial cuando son sometidas a fuerzas de tensión, y, cuando esto ocurre, disminuyen su diámetro; sin embargo, cuando llega el momento donde no se pueden estirar más, actúan como cables resistentes, formando redes duras. Es por eso que los filamentos intermedios son más estables a comparación de los microtúbulos y los filamentos de actina, gracias a su gran capacidad de organizarse y desorganizarse. Esto, lo logran gracias a procesos de fosforilación y desfosforilación por quinasas y fosfatasas, además de chaperonas. Recientemente, la clasificación de los filamentos intermedios se divide en 6 grupos o clases: C.1) FI Clase I y II: Queratinas ácidas y básicas respectivamente. Al combinarse, nos dan las queratinas de las células, y éstas, son abundantes en células epiteliales. Son el grupo con más diversidad de elementos, ya que se conoce que hay 54 genes para queratinas diferentes, donde 28 corresponden al tipo I y 26 al tipo II. La epidermólisis bullosa simple es una enfermedad a causa de mutaciones en la queratina 14 o 5, que provoca que se desprendan los desmosomas y hemidesmosomas, alterando así a la queratina, que se traduce en una piel muy vulnerable al daño mecánico, es decir, que se necesita muy poca presión sobre la piel para producir descamaciones. C.2) FI Clase III: Se subdivide en 4 grupos: Vimentinas (expresadas en células mesenquimáticas, leucocitos, células embrionarias), Desminas (células musculares de tipo liso, esquelético y cardíaco), Proteína Fibrilar Ácida (solamente aparece en astrocitos y otras células de la glía) y Periferina (expresada en nervios craneales y neuronas periféricas). Al tener ausencia de estos filamentos, provoca debilidad muscular, arritmias cardíacas y cardiopatías diversas. 6 Práctica 4  C.3) FI Clase IV: Incluye a los neurofilamentos, como la sinemina, sincoilina y a- internexina. De acuerdo a su peso molecular igualmente se clasifican en Ligeros, Medios y Pesados. Son relevantes en neuronas maduras, para la organización de dendritas y axones, así como de interaccionar con filamentos de actina. Algunas patologías asociadas a la ausencia de estos filamentos son por ejemplo la enfermedad de Parkinson, donde se agrega más neurofilamento e hiperfosforila, bloqueando el transporte axónico y provocando incluso muerte cerebral. La Esclerosis Lateral Amiotrófica puede surgir por la acumulación de filamentos hiperfosforilados degenerando así a neuronas motoras. C.4) FI Clase V: Familia que incluye a las láminas nucleares A, B y C. Son los únicos filamentos intermedios que no se encuentran en el citoplasma, y realizan el soporte con el núcleo, del lado citoplasmático al lado citonuclear para mantener una correcta arquitectura del núcleo. C.5) FI Clase VI: Una nueva clase añadida recientemente que incluye a proteínas del ojo como filensina y faquinina (ubicadas en el cristalino), así como de nestinas que son expresadas en células nerviosas y musculares en el desarrollo del embrión. Pasos en la formación de los filamentos intermedios y su organización estructural definitiva. Fuente: Biología Celular y Molecular. Edward M. De Robertis. Editorial Promed. Buenos Aires, Argentina. Año 2016. 6 Práctica 4  Práctica Esta práctica consta de 3 experimentos con la finalidad de observar diferentes tipos de movimiento celular. Movimiento Flagelar: 1. Se obtendrá semen aproximadamente 10 minutos antes de iniciada la práctica dado el corto tiempo de vida del espermatozoide fuera de su medio. 2. El semen se depositará en un frasco pequeño de boca ancha y con una pipeta Pasteur se colocará una gota de semen sobre la laminilla/portaobjetos. 3. Colocar un cubreobjetos y observar al microscopio NOTA: Es preferible su observación con el objetivo denominado “seco fuerte”. Movimiento del espermatozoide Movimiento ciliar del Paramecium Representación del movimiento gracias a su flagelo Caudatum ameboideo realizado con mercurio Movimiento Ciliar: 1. Llenar un frasco con agua de laguna, floreros de panteón (no aguas negras) hasta aprox. ¾ partes. 2. Agregar lechuga, papa, cáscara de plátano, plantas acuáticas en pequeños trozos y una gota de leche. 3. Colocar el frasco ámbar en un lugar templado dentro de casa donde reciba calor y luz solar indirecta(cerca de una ventana) y destapado durante 8 días para lograr la reproducción óptima del Paramecium. 4. Con el cultivo listo, se colocará con ayuda de una pipeta una gota del cultivo, se colocará un cubreobjetos y se podrá visualizar al microscopio. Movimiento Ameboideo: Se trata de una imitación del movimiento. 1. En un vidrio de reloj se colocarán aproximadamente 10 gotas de Hg (mercurio). 2. Posteriormente se cubrirá con una solución de agua destilada y dicromato de potasio (K2Cr2O7) para después agregar unas gotas de ácido nítrico en la periferia hasta lograr la reacción (se rompe la tensión superficial del Hg). 3. Absorber la solución con papel sanitario al finalizar la reacción y de esta forma recuperar el Hg. NOTA: Para la observación de trofozoitos reales es recomendable un estudio de “amiba en fresco” 6 Práctica 4