CITOESQUELETO

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CITOESQUELETO 
El citoesqueleto es una red compleja de filamentos proteicos de distintos tipos, que se interconectan entre sí, extendiéndose a través del citoplasma celular. 
Funciones: 
1. Soporte mecánico (le da forma a las estructuras internas) 
2. Coordina el movimiento celular 
3. Organiza las estructuras internas (posicionamiento de organelos) 
4. Regula el tráfico vesicular 
5. Regula la división celular (mitosis) 
El citoesqueleto está constituido por 3 tipos de filamentos proteicos primordiales para su funcionamiento 1. Microtúbulos: Tubo vacío formado por 13 protofilamentos, en los cuales la unidad básica es la alfa-beta tubulina (heterodímero, globular). Estos se encargan de dar forma a la célula, motilidad, movimiento de organelos (como una especie de riel), división celular y transporte. 
2. Microfilamentos: Consisten en 2 hebras intercaladas, conformadas por la subunidad de actina (G-actina, globular). Estos se encargan de dar forma a la célula, motilidad, contracción muscular, división celular y transporte. 
3. Filamentos intermedios: Cables gruesos formados por proteínas fibrosas, con varias proteínas de subunidad (dependen del tipo de célula). Estos se encargan de dar forma a la célula, protección nuclear (al presentar un anclaje al núcleo, lámina celular) y entrega resistencia a la tensión mecánica 
LOS FILAMENTOS DEL CITOESQUELETO SE CONSTRUYEN A PARTIR DE SUBUNIDADES PROTEICAS MÁS PEQUEÑAS 
Los distintos tipos de citoesqueleto se conforman por subunidades básicas, las cuales se acoplan mediante interacciones, polimerizando entre sí y con ello promoviendo su función. 
Generalmente, llega una señal que estimula el ensamblaje y desensamblaje de los polímeros, regulado por proteínas accesorias que guían el proceso hacia la zona donde se requiera de la función de los polímeros del citoesqueleto. Dentro de las proteínas accesorias, se encuentran las proteínas motoras, encargadas de la movilización de los filamentos a lo largo de la célula, mediante la hidrólisis de ATP. 
Siempre la cantidad de polímeros y subunidades se encuentran en un equilibrio, para facilitar esta acción. 
■ Protofilamento: Suma de subunidades monoméricas que se van uniendo de manera cabeza-cola al extremo (+) ■ Filamento: Como los protofilamentos son muy inestables, estos interaccionan entre sí de manera lateral, formando de esta manera una estructura más estable denominada filamento 
En los microtúbulos se unen 13 protofilamentos para conformar un filamento del microtúbulo 
En los microfilamentos o filamentos de actina se unen 2 protofilamentos formando un filamento de actina 
FILAMENTOS INTERMEDIOS 
Distribución: Forman una red alrededor del núcleo, extendiéndose en la periferia de la membrana (perinuclear) Características: 
→ Compuesto por proteínas fibrilares (de alto peso molecular) que varían dependiendo del tipo celular. Se asemejan a cuerdas enrolladas de 8-10mm 
→ Las fibras que lo componen son estables y resistentes, por lo que, le entregan resistencia a la célula. → Tienen una polaridad definida 
→ No unen nucleótidos GTP/ATP, lo que los hace menos dinámicos 
→ No se asocian a proteínas motoras 
Funciones: Forma, estructura y estabilidad de la célula 
■ Mantienen a la célula unida frente a una tensión mecánica 
■ Participan en la forma de la célula y en la traducción de señales (comunicación celular) 
■ Protege al núcleo 
■ Son importantes en las células epiteliales, musculares y neuronales (por su constante 
exposición a tensión) 
Los filamentos intermedios son altamente resistentes a la tensión, se deforman fácilmente y 
no se rompen. Por otro lado, los filamentos de actina resisten la fuerza deformadora, por lo que 
no se deforman tanto. A su vez, los microtúbulos no resisten a fuerzas deformadoras, por lo que se 
deforman con gran facilidad. 
Polimerización: Asociación lateral regulada por la fosforilación. 
Proteínas fibrilares con forma alfa hélice, comienzan a asociarse lateralmente en 
dímeros → tetrámeros → hasta 8 tetrámeros, conformando un filamento. La unión entre 
estas estructuras es mediante puentes disulfuro, otorgándole resistencia al filamento, 
pero a su vez flexibilidad, que le permite absorber la mayor cantidad de estrés por 
deformación, evitando su ruptura. 
Tipos de monómeros proteicos de los filamentos: 
Características generales: 
■ Dominio central de 310 AA con estructura alfa hélice 
■ Los dominios amino y carboxilo terminal varían en tamaño y secuencia ■ Presentan repeticiones de 7 aminoácidos en la región central, los cuales son conservados en los diferentes tipos de monómeros, los cuales se definen dependiendo de la funcionalidad de la célula 
En células epiteliales encontramos las QUERATINAS: 
→ Los filamentos de queratina son importantes para la resistencia ante una tensión mecánica y para la comunicación célula-célula y célula-matriz. Además, participan en las uniones de anclaje. 
→ Desmosomas, definidos como estructuras proteicas especializadas que se forman en los contactos con proteínas que unen dos membranas, conectan los filamentos de queratina de una célula con otra, generando un contacto intercelular. 
En células de tejido conectivo, musculares y gliales encontramos las VIMENTINAS: entregan integridad celular En células nerviosas encontramos los NEUROFILAMENTOS: Entregan estabilidad al largo axonal 
En el núcleo encontramos las LÁMINAS NUCLEARES: 
■ Red proteica que recubre al núcleo bajo la envoltura nuclear, protegiéndolo para mantener su funcionamiento ■ Está en todas las células 
■ La red es dinámica y se disocia en la mitosis 
■ Puede contactar a la cromatina y a proteínas de membrana 
■ Ensamblaje y desensamblaje es regulado por fosforilación 
PATOLOGÍAS ASOCIADAS A LOS DEFECTOS EN FILAMENTOS INTERMEDIOS (QUERATINA) 
Enfermedad hereditaria EBS causada por mutaciones en queratina, genera que las células ante un estiramiento, no aguanten la presión y por tanto, se rompan. 
MICROTÚBULOS 
Distribución: Red proyectada desde un centro organizador o centrosoma. 
El centro organizador está formado por 2 centriolos y una nube de proteínas de gamma tubulina. 
Los extremos - se encuentran en el centrosoma de los microtúbulos y los extremos + cerca de la membrana plasmática. 
Características: 
■ Son polímeros conformados por heterodímeros de alfa-beta tubulina ■ Poseen una estructura polar rígida (extremo menos a extremo más) ■ Unen e hidrolizan GTP 
■ Se asocian a proteínas motoras 
Funciones: 
■ Determina forma y dan soporte estructural 
■ Forman el aparato mitótico 
■ Organizan los compartimentos internos de la célula 
■ Participan en la vía de transporte intracelular 
■ Entregan motilidad a los cilios/flagelos 
ESTRUCTURA 
Los microtúbulos se caracterizan por ser un tubo vacío, formados por dímeros de tubulina  (heterodímeros alfa-beta) que se organizan de tal manera que forman 13 protofilamentos. Estos se  acoplan lateralmente conformando un filamento o microtúbulo. Este se caracteriza por ser polar (en cada extremo, la subunidad alfa o beta que queda expuesta es distinta). 
Ambas subunidades tienen un sitio de unión GTP → alfa tubulina no hidroliza GTP, en cambio, beta tubulina puede estar en estado GTP o GDP (hidrolizable) 
La polimerización de los microtúbulos depende de la hidrólisis de GTP, por lo que depende de la subunidad beta. Estos se van acoplando con una organización específica hasta conformar los protofilamentos, los cuales tienen un largo variado 
POLIMERIZACIÓN DE TUBULINA 
A medida que se van incorporando las subunidades para la formación del protofilamento, éstas requieren de la hidrólisis del GTP. Posteriormente, los protofilamentos se ensamblan lateralmente formando el filamento. 
INESTABILIDAD DINÁMICA DE LOS MICROTÚBULOS 
La inestabilidad dinámica se caracteriza por una alternancia entre fases de crecimiento lento y de acortamiento rápido en el extremo (+). La transición de crecimiento a acortamiento se denomina catástrofe y la transición de acortamiento a crecimiento se denomina rescate. 
Esta inestabilidad depende de la presenciade tubulina-GDP o tubulina-GTP en los extremos (+). Cuando la velocidad de adición supera a la hidrólisis de GTP se acumula tubulina GTP, formando el “Cap GTP”, condición que favorece la elongación. Cuando el Cap GTP se pierde, la velocidad de disociación de monómeros aumenta drásticamente generando un acortamiento de los microtúbulos. 
PROTEÍNAS QUE REGULAN LOS MICROTÚBULOS 
Existen proteínas citosólicas que estabilizan los extremos de 
crecimiento de los MT : 
(1) MAP estabilizan los extremos de crecimiento evitando que se 
hidrolice el GTP → MT más largos pero menos dinámicos 
(2) Kinesina 13 promueve la despolimerización de los extremos 
positivos → MT más pequeños y dinámicos 
(3) MAPII se asocian lateralmente a los MT estableciendo un 
espacio entre ellos 
(4) Tau se asocian lateralmente permitiendo la asociación cercana 
entre los MT. Problemas como el Alzheimer se generan por una 
hiperfosforilación de estas proteínas, provocando ovillos fibrilares que desencadenan la muerte celular. 
FILAMENTOS DE ACTINA 
Distribución: Se concentran en la periferia de la célula, delineando la membrana plasmática. 
Características generales: 
■ Son formados por polímeros de actina 
■ Tienen una estructura polar flexible 
■ Su polimerización requiere de ATP 
■ Se asocian a proteínas motoras (desplazamiento de filamentos en la contracción muscular) 
Funciones: 
■ Entregan fuerza mecánica a la superficie celular 
■ Permiten el cambio de forma celular 
■ Permiten el tráfico de membrana y movimiento de vesículas 
■ Mantienen la polaridad de las células, formando microvellosidades 
ESTRUCTURA 
Están constituidos por 2 protofilamentos que se intercalan interactuando con interacciones no covalentes, lo que los hace muy dinámicos. 
Estos están conformados por monómeros de actina (globulares) , empaquetados en forma de hélice. Cuando se ensamblan los monómeros de actina, estos hidrolizan ATP (ATP-asa). 
Existen 2 tipos de actina: Actina libre (G-actina) y Actina en filamento (F-actina) 
Los microtúbulos se forman por polimerización de monómeros de actina 
1. Nucleación → Paso limitante para la formación del polímero. Monómeros se 
unen mediante la hidrólisis de ATP muy lentamente 
2. Elongación → Ocurre por ambos extremos, solo que el extremo (-) es más 
lento que el extremo (+) 
3. Estado estacionario → Hay un equilibrio en el crecimiento manteniendo 
relativamente estable al filamento. Este se genera porque se alcanzó una 
concentración crítica de monómeros libres, existiendo la misma cantidad 
de ellos que de filamentos, por lo que no hay crecimiento neto 
PROTEÍNAS QUE REGULAN LA POLIMERIZACIÓN DE ACTINA 
Existen 2 tipos de proteínas que se encargan de regular la polimerización de actina: 
1. Timosina → Une o secuestra monómeros previniendo la elongación 
2. Profilina → Une monómeros de actina, estabilizándolos y promoviendo la elongación **tip: profilina promueve la elongación 
Gracias a esta regulación, se pueden llevar a cabo procesos como la elongación de filamentos de actina para generar los lamelipodios → estos se da específicamente por proteínas que tapan el extremo (-), direccionando el crecimiento por el extremo (+), acelerando el crecimiento de manera exponencial. 
PROTEÍNAS QUE REGULAN LA ORGANIZACIÓN DE ACTINA 
Los filamentos de actina se asocian a otras proteínas formando complejos de organización 
específicos de los diferentes complejos celulares 
Haces paralelos → Empaquetamiento apretado que impide a la molécula de miosina II (proteína encargada de la contracción muscular) en el haz → Formada por filamentos de actina y fibrina → Formación de microvellosidades 
Haz contráctil → Empaquetamiento laxo que permite a la molécula de miosina entrar al haz 
→ Formada por filamentos de actina y alfa actina → Participación en la contracción 
muscular 
Otras disposiciones permiten a los filamentos de actina entrecruzarse o también hay 
proteínas que acortan la actina (enzima gelsolina corta el polímero en condiciones específicas) 
Complejo ARP2/3 es una proteína nucleadora que contribuye al inicio de la polimerización, encargada del reclutamiento de monómeros de actina para la formación de ramificaciones 
SEÑALIZACIÓN CELULAR REGULA LA FUNCIÓN DEL CITOESQUELETO 
Señales de factores solubles provenientes de otras células o la matriz extracelular, son recibidos por la célula, generando una cascada señal que modifica el citoesqueleto, generando una alteración en: 
a) La modificación y movimiento de los organelos 
b) Forma de la célula, movimiento y contracción 
** Los filamentos de actina responden rápidamente a factores externos 
MIOSINAS 
Las miosinas son proteínas motoras que se caracterizan por ser dímeros con 2 
cabezas globulares. Estas cabezas poseen un dominio motor, que entrega la energía 
necesaria para el movimiento y un dominio con actividad ATPasa (dependientes 
de ATP). 
MIOSINAS CAMBIAN DE CONFORMACIÓN Y MOVILIZAN GRACIAS A LA HIDRÓLISIS DE ATP 
TIPOS DE MIOSINAS: 
1. MIOSINA 1: Une lípidos de membrana y transporta vesículas. Cambios morfológicos gatillan este 
movimiento 
2. MIOSINA 2 (no muscular): Formadas por dos cabezas y una región filamentosa. Éstas están asociadas a fuerzas mecánicas que se ejerce en la célula, permitiendo el deslizamiento de actina. 
3. MIOSINA 2 (muscular): Formada por dos cabezas y una región filamentosa. Corresponde a una isoforma especializada para células musculares, participando en la contracción muscular 
4. MIOSINA 5: Encargada de transportar cargos y organelos a lo largo de los filamentos de actina, por 
lo que se encarga de la organización de organelos en la célula. 
SEÑALES EXTRACELULARES PUEDEN INDUCIR CAMBIOS IMPORTANTES EN EL CITOESQUELETO DE ACTINA 
○ Actina en condiciones normales, mezcla monómeros y polímeros, regulando la polimerización por un GAP que se posiciona en el extremo (-). 
○ Activación por un daño extracelular o liberación de algún componente en el ambiente, la célula aumenta el calcio intracelular, activando a la enzima gelsolina, que corta los polímeros. 
○ Gelsolina es inactivada por una señal, permitiendo nuevamente la elongación de los filamentos 
○ Activación de filamina, miosina y actina, permitiendo el deslizamiento de los filamentos y desencadenando la contracción 
MIOSINA 2: CONTRACCIÓN MUSCULAR 
La miosina II posee dos cabezas y una región filamentosa. Ésta se asocia lateralmente con varias miosinas II, formando un gran filamento de miosina II. Estos filamentos se van intercalando entre la actina, para colectivamente generar la contracción de los filamentos. 
Las fibras musculares están formadas por miofibrillas, que corresponden a fibras musculares multinucleadas. 
→ Se distinguen los sarcómeros → unidad funcional de actina y miosina II que ejecuta la contracción muscular. Además, estos contienen discos Z, en donde se acumulan proteínas que controlan la polimerización y estabilización del filamento de actina → Los filamentos de actina se encuentran rodeados de nebulina, la cual ayuda a su estabilidad y organización. → Tropomedulinas impiden la polimerización. 
→ Proteínas Titin están relacionadas con la mantención de la integridad del sarcómero, permitiendo su estiramiento y retracción → Línea M: Donde se juntan las miosinas 
El deslizamiento de los filamentos gruesos y delgados es producido por la fuerza generada por las cabezas de miosina que establecen los enlaces cruzados con los filamentos de actina 
CICLO DE ENLACES CRUZADOS 
1. Miosina interactúan con filamento de actina 
2. Unión de ATP, suelta la cabeza de miosina del sitio de unión a actina 
3. Cabeza de miosina hidroliza ATP, generando un cambio conformacional, que produce su 
desplazamiento hacia el extremo (+) del filamento (hacia Z), donde se vuelve a unir a actina 
4. Unión de miosina, gatilla liberación de fosfato, provocando un cambio conformacional, que 
desplaza el filamento de actina (power stroke) 
5. Liberación de ADP y miosina queda fijada a actina 
Señales extracelulares pueden dirigir el movimiento celular: El movimiento celular depende principalmentede actina y microtúbulos. Ejemplo: Célula inmune siguiendo a una bacteria 
■ Keratocitos: Tipo celular epitelial, que adopta una función exagerada para moverse, adquiriendo 
una forma de abanico que marca el frente de migración → controlado por actina 
La células que migran presentan cambios en la red de filamentos de actina cortical 
→ El ensamblaje local del citoesqueleto de actina regula la dirección de migración celular 
→ Frente de migración entrega dirección de movimiento 
→ Se distinguen distintas estructuras como: lamelipodios, filopodios, fibras de estrés, etc… → Fenotipo de la célula que migra Modelo de protrusión generado por actina en el frente de migración 
Gtp-asas promueven o controlan la organización del citoesqueleto de actina: 
1. CDC42: Promueve filopodios 
2. RAC1: Promueve lamelipodios 
3. RHO: Promueve fibras de estrés 
Migración celular → El citoesqueleto de actina permite que la célula explore e interactúe con el terreno, adquiriendo una direccionalidad hacia el sustrato. 
Modelo de movimiento celular: 
Definición de frente de migración 
Protrusión o proyección del frente de migración 
Formación de contactos adhesivos con la superficie → Mantienen contactos restringidos con las células. Conformado por proteínas integrinas 
La actina no polimerizada genera la fuerza de proyección y dirección del frente de migración. Miosina II se intercala en los filamentos de actina promoviendo la contracción de la zona no proyectada. 
Organización y distribución de órganos requiere de la red de microtúbulos y proteínas motoras 
Las proteínas de los MT están asociadas a las proteínas motoras que regulan el movimiento de las vesículas, el cual requiere de la hidrólisis de ATP. 
Dentro de estas proteínas motoras existen 2 tipos: 
1. QUINESINAS: Promueve movimiento del centro de la célula (-) hacia afuera (+) → 
Anterógrado 
2. DINEINAS: Promueve movimiento desde afuera (+) hacia el centro de la célula (-) → 
Retrógrado 
Estructura de quinesina 
■ Poseen 2 dominios motores que están conectados y funcionan de manera coordinada → movimiento de dominios motores es mediante la hidrólisis de ATP, el cual regula cuán unidos están estos al MT 
■ La cola interactúa con el cargo, que en este caso es una vesícula 
■ Quinesina 13 → promueve desensamblaje de MT 
Rol de las quinesinas: 
→ Tienen un rol en el movimiento de vesículas y lisosomas desde el área del Aparato de Golgi (adyacente al centrosoma, extremo negativo) hacia los extremos positivos de los microtúbulos en la periferia. 
→ Posicionamiento de lisosomas: se ha observado que cuando se inhibe la quinesina, estos quedan en el centro al no movilizarse a la periferia 
→ Kinesina en neuronas: es responsable del flujo axonal rápido. Organelos (mitocondrias) y vesículas (precursores de vesículas sinápticas formadas en el golgi) son transportados hacia el terminal del axón 
Dineinas: familia de proteínas motoras de MT que se mueven hacia el centrosoma (extremo negativo). 
Estructura de dineínas 
■ Compuesto por 2-3 cadenas pesadas que contienen el dominio motor y un número variable de cadenas livianas. 
■ Requieren de la hidrólisis de ATP 
Tipos de dineínas: 
1. Dineína citoplasmática: Juegan un rol importante en el tráfico vesicular (movimiento retrógrado de vesículas) y en mantener el aparato de golgi en el centro de la célula 
2. Dineínas del axonema: Participan en el movimiento de cilios (aumentan superficie de contacto) y flagelos (estructura especializada de algunas células que les permiten desplazarse) 
Dineína del axonema: Responsable del movimiento de los cilios y flagelos 
El axonema es la estructura citoesqueletal interna de los cilios y flagelos basada en MT y le entrega el movimiento a los mismos. Compuesto por 9 MT externos y 2 MT centrales (9+2). Las dineinas axonemicas en conjunto con los MT son la base del movimiento ciliar. 
Movimientos de Cilios y Flagelos: Dineína y MT 
Cuando la dineína se encuentra aislada con los MT se desplazan uno sobre otro. En los flagelos están presentes las nexinas que producen una torsión en los MT. Cuando se hidroliza ATP se produce un cambio conformacional y se mueve hacia el extremo menos impulsando el deslizamiento de un MT sobre otro 
Dineína citoplasmática 
Es una proteína motora que permite el movimiento de afuera hacia adentro de la célula. Ésta requiere de muchas proteínas accesorias, las cuales le ayudan a interaccionar con el cargo y facilitan su movimiento retrógrado. 
→ Dineína se asocia con las membranas del Golgi 
→ Localización del Golgi cerca del centrosoma es mantenido gracias a las dineinas que se mueven hacia el extremo (-) → Movimiento vesícular endocítico también utiliza las proteínas motoras dineína para su desplazamiento hacia el centro de la célula 
La inhibición de la dineína tiene un impacto en la integridad y organización del Aparato de Golgi, observándose una dispersión de sus vesículas. 
TRÁFICO VESICULAR REGULADO POR DINEÍNA Y KINESINA 
Dependiendo de la concentración de una señal externa, estas determinan una posición específica de las vesículas