Tema 10 i 11: El Citoesquelet i els Filaments PDF

a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10860019 TEMA 10 i 11 El Citoesquelet i els filaments 1. GENERALITATS...

a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10860019 TEMA 10 i 11 El Citoesquelet i els filaments 1. GENERALITATS DEFINICIÓ - El citoesquelet és una xarxa de filaments proteics que s’estenen per tot el citoplasma de les cèl·lules eucariotes. És una estructura molt dinàmica ja que es forma i es trenca constantment. FUNCIONS Mantenen l’estructura de la cèl·lula i es responsable dels moviments cel·lulars i dels orgànuls/vesícules Determina la forma i l’organització general del citoplasma Divisió cel·lular dels cromosomes: durant la mitosi, el fus mitòtic format per microtúbuls permet la separació de les cromàtides. Així, es poden formar 2 cèl·lules genèticament iguals. CARACTERÍSTIQUES GENERALS El citoesquelet està format per subunitats proteïques (monòmers de proteïna) que poden: Despolimeritzar Ex. Monòcit: En rebre un senyal, el seu esquelet d’actina es despolimeritza i polimeritza altre cop per canviar la direcció del moviment desfà els filaments forma els ESTRUCTURA DELS COMPOSTOS DEL CITOESQUELET PROTOFILAMENTS: línies molt fines de filaments. Són senzills i tèrmicament inestables, per tant, són fàcils de trencar. La cèl·lula uneix molts protofilaments per a formar estructures estables. PROTEÏNES ACCESSÒRIES - Possibiliten diferents funcions en els mateixos filaments a diferents llocs d e la cèl·lula - Regulen la polimerització del citoesquelet - Uneixen filaments entre sí i amb altres estructures cel·lulars Exemples: MAPs (microtubule-associated proteins) / ABPs (actin-binding proteins) / IFAPs (intermediate filament-associated proteins) 2. TIPUS DE FILAMENTS DEL CITOESQUELET MICROTÚBULS MICROFILAMENTS FILAMENTS INTERMEDIS Subunitat estructural: 𝛼 i 𝛽 tubulines Subunitat estructural: actina Subunitat estructural: diferents Funcions: Funcions: proteïnes - posicionar orgànuls - moviment cel·lular i d’orgànuls Funcions: - dirigir transport vesicular - forma cel·lular - resistència mecànica - formar fus mitòtic Diàmetre: 5-9 nm Diàmetre: 10 nm - estructura cilis i flagels Diàmetre: 25 nm 3. FILAMENTS INTERMEDIS Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10860019 Característiques: - Filaments molt forts i resistents - Formen una xarxa al voltant del nucli i s’estenen cap a la perifèria de la cèl·lula, on arriben a interactuar amb la membrana plasmàtica. - Formen la làmina nuclear, la qual es desorganitza durant la mitosi FORMACIÓ DE FILAMENTS INTERMEDIS: 1) Es forma un monòmer: α-hèlix proteica amb un extrem N-Terminal i un C-Terminal. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. 2) S’uneixen 2 α-hèlix per formar un dímer paral·lel (amb els extrems C-Terminal i els N Terminal junts respectivament). 3) S’uneixen 2 dímers per formar un tetràmer antiparal·lel, el qual no queda polaritzat gràcies a aquesta conformació = Unitat bàsica del citoesquelet. 4) S’uneixen 4 tetràmers per formar una estructura cilíndrica no polaritzada: amb 8 extrems N-Terminal i 8 C-Terminal a cada costat. MALALTIES ASSOCIADES A QUERATINES Hi ha queratina específiques dels epitelis en proliferació (carcinomes, melanomes). ➔ Mutacions als gens de les queratines = Epidermòlisi bullo TIPUS DE FILAMENTS INTERMEDIS: TIPUS I i II TIPUS III TIPUS IV TIPUS V Filaments de queratina Filaments de vimentina Neurofilaments Filaments de làmines - citoplasma cèl·lules (fibroblastes, glòbuls bancs) epitelials + derivats Filaments de desmina específics de l’axó de les formen la làmina nuclear a la (cabell, ungles) (cèl·lules musculars) neurones cara interior de la membrana - tipus I (n=28) Filaments de GFAP (astròcits - NF-L (light) nuclear, que es desorganitza tipus II (n=26) - cèl·lula glia, formen - NF-M (medium) durant la mitosis. - formen heterodímers homopolímers) - NF-H (high) 4. MICROTÚBULS ESTRUCTURA DELS MICROTÚBULS Les subunitats dels microtúbuls estan formades per heterodímers de tubulina: α-tubulina: sempre es troba unida a GTP ß-tubulina: pot estar Els microtúbuls estan formats per una estructura cilíndrica i molt resistent: envoltada per 13 protofilaments i buida de dins. FORMACIÓ DELS MICROTÚBULS Experiencia Distrito SHEIN - En Fira Barcelona del 13 al 17 de diciembre ¡Entradas aquí! a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10860019 Nuclis de polimerització / centres de nucleació: : γ - tubulines unides a proteïnes accessòries i conformades en forma d’anell, en els quas s’uneixen els pols negatius dels protofilaments. - Estan pel centrosoma (MTOC), des d’on surten tots els microtúbuls cap a la perifèria de la cèl·lula. 1. Degut a l’excés de GTP en el citoplasma, els heterodímers lliures de ß-tubulina s’uneixen a GTP. 2. En situar-se en un túbul, l’activitat GTP-asa d’aquests heterodímers s’activa i hidrolitzen el GTP per a obtenir GDP. D’aquesta manera, mentre els protofilaments del túbul creixen, de negatiu a positiu, els heterodímers inferiors hidrolitzen el seu GTP i els superiors encara el mantenen (cap de GTP). Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. - Cap de GTP → Permet mantenir l’estabilitat del protofilament CENTROSOMA: Es situa a prop del nucli durant la interfase. Es duplica abans de la mitosi i cada centrosoma es situa a un pol de la cèl·lula per formar el fus mitòtic (segregació de cromosomes). NO CONFONDRE CILIS AMB MICROVIL·LIS !! DINÀMICA DE POLIMERITZACIÓ DELS MICROTÚBULS (inestabilitat dinàmica) Els microtúbuls es depolimeritzen 100 vegades més ràpid quan estan units a GDP-tubulina que quan estan units a GTP-tubulina. ➔ De-polimerització = es dóna quan s’hidrolitza (es perd) el GTP. Ex: quan no hi ha prous heterodímers en el citosol (que permeten el creixement del cap de GTP) i l’onada d’hidròlisi accedeix a la punta dels protofilaments. El cap de GTP afavoreix el creixement. A més, els microtúbuls poden alternar períodes de creixement lent i períodes de ràpid trencament→ Inestabilitat dinàmica. PROTEÏNES ACCESSÒRIES DELS MICROTÚBULS Les proteïnes accessòries regulen els processos de polimerització i de-polimerització dels microtúbuls: - Estabilitzen microtúbuls: Tau, MAP2, EB1 - Desestabilitzen microtúbuls: Katanin, Stathmin ★ Factor catàstrofe: proteïnes accessòries que indueixen la torsió que provoca el trencament dels microtúbuls, tant si hi ha GTP com si no. ★ MAPs (microtubule-associated proteins): Tenen llocs d’unió a microtúbuls i a altres molècules. Afavoreixen la nucleació, dinàmica i estabilització dels microtúbuls. Per tant, són factors estabilitzadors. ★ Proteïnes motores (Quinesines i Dineïnes): Transporten orgànuls i vesícules, per un costat uneixen un microtúbul i, per l’altre, allò que s’ha de transportar. Quinesines = cap al pol positiu // Dineïnes = cap al pol negatiu Experiencia Distrito SHEIN - En Fira Barcelona del 13 al 17 de diciembre ¡Entradas aquí! a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10860019 * Exemple de la regulació de la localització dels melanosomes (característic en peixos que varien el seu color) 5. FILAMENTS D’ACTINA (MICROFILAMENTS) ESTRUCTURA DELS FILAMENTS D’ACTINA Estan formats per monòmers units a ADP (subunitats). Els monómers, en unir-se, formen protofilaments (amb extrem positiu i extrem negatiu), paral·lels i units en forma helicoidal = filaments d’actina. DINÀMICA DE POLIMERITZACIÓ DE L’ACTINA (recanvi rotatori) G actina: proteïna actina monomèrica que, quan es troba de forma lliure al citoplasma, presenta un ATP al seu cor. 1. La G actina es mou per difusió pel citosol, i quan en coincideixen 3 a l’atzar, es forma un filament. 2. La proteïna que queda al centre d’aquest filament hidrolitza el seu ATP i, per tant, s’inicia una cadena d’hidrolització amb els altres monómers. 3. Mentrestant, els filaments d’actina creixen i ho fan més ràpid cap al pol positiu que cap al negatiu. 4. Quan arriben a l’equilibri, el nombre de molècules que entren i surten és el mateix i, per tant, el filament ni creix ni es destrueix. ➔Concentració crítica: el nº màxim de monòmers del citosol és tan petit que els filaments es destrueixen per cedir la quantitat necessària ➔Alta concentració de monòmers: el nº d’aquests en el citosol és tan gran que el protofilament es va construint de forma ràpida. RECANVI ROTATORI 1. Els monòmers s’uneixen al protofilament pel pol positiu i hidrolitzen el seu ATP. 2. Després, avancen pel protofilament fins a despendre- s’en (en el pol negatiu), per poder recollir un nou ATP i tornar-se a unir a aquest. PROTEÏNES ACCESSÒRIES DEL CITOESQUELET D’ACTINA Els filaments d’actina tenen centres de nucleació distribuïts per tota la cèl·lula: ★ Complex Arp2/3 nucleador d’actina: promou la polimerització d’actina. Quan el complex és activat per la cèl·lula, agafa monòmers d’actina i forma els filaments d’aquesta proteïna, què sempre formen angles de 70º entre ells = formació d’una xarxa d’actina per fer créixer la cèl·lula. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10860019 ★ Miosines (proteïnes motores): estan presents a totes les cèl·lules. tenen un lloc d’unió a actina, a altres proteïnes o a membranes cel·lulars. Es mouen del pol negatiu al pol positiu de l’actina. Funcionament: a l’extrem blau agafa una vesícula i es mou mentre consumeix ATP. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. ACTINA I MIOSINA AL MÚSCUL Sarcòmer (color verd al dibuix) = unitat bàsica del funcionament del múscul que forma barres de miosines. Actina (color rosa al dibuix) = es situa a les fibres musculars amb el pol positiu unit a la zona Z i el negatiu orientat cap als laterals. Quan s’activa el sarcòmer, les miosines consumeixen ATP i es mouen cap al pol positiu de la fibra d’actina = contracció de les fibres FUNCIONS DEL CITOESQUELET D’ACTINA musculars Microvil·li: Són estructures digitiformes a Fibres d’estrès: Són feixos d’actina la membrana plasmàtica de cèl·lules contràctils. En els punts de contacte amb el epitelials formades per filaments d’actina. substrat formen les adhesions focals. Aquestes estructures són molt estables. Augmenten la superfície d’absorció de la cèl·lula. Còrtex cel·lular: És una xarxa de filaments d’actina sota la membrana plasmàtica de totes les cèl·lules. És molt dinàmic. (Invaginacions i Protusions) Moviment cel·lular: Són proteïnes de la família Rho implicades en traduir senyals externes en reorganitzacions d’actina intracel·lulars. Estructures importants: - còrtex = manté la membrana cel·lular - filopodis = funció de detecció - lamelipodis = moviment cel·lular Com es mouen? 1. La cèl·lula envia el citoesquelet cap un costat, desenvolupant una protució i formant un lamelipodi. Experiencia Distrito SHEIN - En Fira Barcelona del 13 al 17 de diciembre ¡Entradas aquí! a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10860019 2. En trobar una adhesió focal, la protució s’hi adhereix i la part posterior es desenganxa d’un lloc d’ancoratge per poder avançar. Ex: migració d’un neutròfil darrera un bacteri Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. DROGUES QUE AFECTEN ALS FILAMENTS D’ACTINA I MICROTÚBULS Són toxines que afecten als filaments d’actina i als microtúbuls han permès analitzar la implicació d’aquests en diferents processos cel·lulars (ex: mitosi). ❖ Phalloidina: droga que s’enganxa a la If-actina i evita la seva despolimerització, fet que provoca la fixació del citoesquelet i que les cèl·lules no puguin funcionar. ❖ Taxol (quimioterapia): producte extret de la crosta del Taxus baccata (teix), el qual impedeix la despolimerització dels microtúbuls i, per tant, provoca la fixació del fus mitòtic (senyal d’apoptosi) → Mort de les cèl·lules tumorals i de totes en general. Experiencia Distrito SHEIN - En Fira Barcelona del 13 al 17 de diciembre ¡Entradas aquí!