06-CITOESQUELETO

Vista previa del material en texto

RANDY MEJÍAS GONZÁLEZ CITOESQUELETO Y VÍA UBIQUITINA - PROTEASOMA 
 
 Página 1 de 9 
 
el interior de una célula eucariota está altamente estructurado. Parte de esta estructura la 
proporciona el citoesqueleto: un entramado complejo de filamentos y túbulos interconectados 
que se extienden a lo largo del citosol, desde el núcleo hasta la cara interna de la membrana 
plasmática. 
 
FUNCIONES DEL CITOESQUELETO: 
Proporciona estructura arquitectónica. 
Aporta un alto nivel de organización interna (posiciona los orgánulos en el citosol). 
Permite asumir y mantener formas complicadas. 
Participa en la fijación de la célula. 
Implicado en procesos de señalización celular 
Papel importante en la división celular. 
Papel importante en el movimiento celular. 
 
Los microfilamentos 
están formados por la proteína denominada actina. Esta proteína existe en dos formas, la globular 
(actina G) y la fibrilar (actina F) que se forma por la polimerización de la actina G. Los 
microfilamentos así formados tiene un diámetro de 7 nm. 
La actina G es una proteína pequeña formada por 357 aminoácidos para una masa molecular de 
43 kD 
 
La molécula tiene una forma casi esférica 
pero en uno de sus lados presenta una 
profunda hendidura que determina el sitio de 
unión a nucleótidos de adenina (ATP y ADP). 
De esta forma en la molécula pueden 
distinguirse dos mitades, la que presenta la 
hendidura y la mitad continua. Esto significa 
que existe polaridad estructural en la 
estructura tridimensional de la actina. Se 
acostumbra a designar con el signo más (+) la 
mitad donde está la hendidura y menos (-) el 
lado contrario. La polimerización de la actina 
G que da lugar a la actina F se realiza por la 
adición al lado menos (-) de moléculas por el 
lado más (+), lo cual le confiere polaridad al 
polímero. Esto da como resultado un 
microfilamento con polaridad pues hacia un 
extremo está el lado (+) y en el otro el (-). 
La actina F se presenta como un filamento 
doble, formado por dos hemifilamentos, 
que se envuelven el uno al otro en forma 
helicoidal con un tramo medio de 36 nm y 
una longitud total de 72 nm. En cada 
hemifilamento cada molécula de actina G 
está en contacto con cuatro moléculas 
iguales, dos en el mismo hemifilamento y 
dos en el otro. 
La polimerización se realiza en varias 
fases. Los monómeros de actina G tienden 
RANDY MEJÍAS GONZÁLEZ CITOESQUELETO Y VÍA UBIQUITINA - PROTEASOMA 
 
 Página 2 de 9 
 
a unirse y desunirse espontáneamente. Cuando se produce la unión de tres a cuatro monómeros 
este grupo se hace estable y sirve de núcleo de polimerización añadiendo monómeros a cada 
lado del núcleo pero más intensamente hacia el extremo (-) que hacia el (+). El crecimiento del 
polímero se ve limitado por proteínas que se unen a los extremos y bloquean la polimerización. 
La proteína Cap-Z se une al extremo (+) mientras que la tropomodulina lo hace al (-). 
Para polimerizarse la actina G debe estar unida al ATP. A medida que el polímero crece, el ATP 
es hidrolizado y tanto el ADP como el fosfato permanecen unidos a la actina. Un mayor 
crecimiento determina la disociación del fosfato y solo queda unido el ADP. La actina G unida al 
ADP se disocia del polímero más fácilmente. Este mecanismo determina que los microfilamentos 
constituyan estructuras dinámicas que crecen por el extremo (-) y se acortan por el (-). 
Existen proteínas adicionales que favorecen la polimerización y otras la despolimerización. Por 
lo tanto la estructura dinámica del microfilamente depende dela actividad de estas proteínas. Esta 
dinámica está condicionada por las circunstancias celulares en cada momento, unas favorecen 
el crecimiento del filamento otras su acortamiento. 
 
Los microtúbulos 
Los microtúbulos constituyen el segundo componente del citoesqueleto y se llaman así por 
presentar un espacio en su interior. Es decir el microtúbulo se presenta como un cilindro hueco 
en su interior de 25 nm de diámetro. Los microtúbulos se organizan a partir de una estructura 
denominada centro organizador de microtúbulo de los cuales el más importante en el centrosoma 
que se encuentra cercano a la envoltura nuclear. Está compuesto por una sustancia amorfa 
conocida materia pericentriolar, el complejo de γtubulina y los dos centriolos. Estos últimos son 
dos estructuras cilíndricas que se adosan 
la una a la otra en posición perpendicular. 
A partir del centriolo los microtúbulo se 
disponen en forma radiada desde el 
núcleo hacia la membrana plasmática 
creando una intensa red que contribuye 
a la forma y consistencia de la célula. La 
estructura de los centrosomas se 
esquematiza en la figura 
 
Los microtúbulos se forman por la 
polimerización de un dímero formado por 
las tubulinas α y β. Estas proteínas se 
asocian lateralmente de manera que la α da 
hacia un extremo del dímero y la β hacia el 
otro. Por lo tanto el dímero presenta 
polaridad. Estas proteínas tienen un sitio de 
unión a nucleótidos de guanina (GTP y 
GDP). Un modelo molecular de las tubulinas 
y un esquema de los microtúbulos se 
muestran en la figura 
 
 
 
 
RANDY MEJÍAS GONZÁLEZ CITOESQUELETO Y VÍA UBIQUITINA - PROTEASOMA 
 
 Página 3 de 9 
 
La polimerización no se produce de forma 
espontánea como en el caso de la actina sino que 
es asistida por el complejo de γ-tubulina presente 
en el centrosoma. Al complejo de γ-tubulina se 
una el dímero αβ, pero directamente la α-tubulina. 
A este primer dímero se van ncorporando otros 
sucesivamente y debido a la forma del complejo 
de γ-tubulina van formando una estructura 
cilíndrica con la α-tubulina hacia un extremo y la 
β-tubulina hacia el otro. De manera que la 
polaridad del dímero se mantiene en el polímero 
con el extremo (-) hacia el centrosoma y el (+) 
hacia la periferia celular. Un esquema del 
proceso aparece en la figura 
La polimerización sólo se realiza si las tubulinas 
están unidas al GTP. A medida que el 
microtúbulo crece el GTP es hidrolizado y tanto el 
GDP como el fosfato permanecen unidos a las 
proteínas. Sin embargo, hacia los extremos (+) el 
fosfato se disocia quedando solamente unido el 
GDP, lo cual hace que estas tubulinas se separen 
fácilmente del microtúbulo. Esta agregación 
desde el extremo (-) hacia el (+) y la 
desagregación por el extremo (+) hace que los 
microtúbulos constituyan estructuras dinámica en 
constante renovación de sus componentes. 
Durante mucho tiempo se creyó que los 
microtúbulos constituían una especie de sistema 
circulatorio de la célula hasta que se descubrió 
que por su interior no transitaba ningún elemento 
celular y que el movimiento se generaba en su 
superficie. 
Numerosas proteínas se asocian a los 
microtúbulos y contribuyen a la función de los 
mismos 
 
 
 
 
.- Un dímero de tubulinas unido GTP se asocia con el complejo de γ–tubulinas. (1) El dímero es desplazado 
hacia el extremo del complejo al tiempo que se une un nuevo dímero que es desplazado (2) y se une un 
tercer dímero (3). De esta forma el microtúbulo va creciendo desde el centro organizador de microtúbulos 
hacia la periferia celular. 
 
Los filamentos intermedios 
Los filamentos intermedios constituyen el tercer elemento del citoesqueleto. No son polímeros. 
Son homodímeros de proteínas que tienen una zona globular y una zona fibrilar en forma de 
hélice. Se disponen de forma antiparalelea con la zona central en forma de hélices trenzadas. 
Tienen un diámetro de ~11 nm y por su disposición antiparalela carecen de polaridad. Su nombre 
RANDY MEJÍAS GONZÁLEZ CITOESQUELETO Y VÍA UBIQUITINA - PROTEASOMA 
 
 Página 4 de 9 
 
deriva del hecho de que sudiámetro es intermedio entre los 
filamentos finos de actina y los 
gruesos de miosina del tejido 
muscular. 
Al contrario de los microfilamentos 
y microtúbulos que se encuentran 
distribuidos en muchos tipos 
celulares, los filamentos 
intermedios tienen una 
distribución más limitada por los 
tejidos. Así las keratinas son los 
filamentos intermedios 
característicos de las células 
epiteliales, los neurofilamentos de 
las células nerviosas y las 
desminas de las musculares. 
Solamente las láminas están 
presentes en todas las células 
nucleadas con independencia del 
tejido a que pertenecen. Los 
filamentos intermedios no sirven de carriles a ningún motor celular. En las células nucleares por 
dentro de la envoltura nuclear se encuentra una estructura proteínica llamada lámina nuclear. 
Está formada por proteínas de la familia de los filamentos intermedios llamadas lámina A y B. 
Dos dímeros de lámina B (o lámina A) se asocian y forman un tetrámero que se une a otros 
tetrámeros formando los protofilamentos. Esos protofilamentos de asocian lateralmente y forman 
una superficie que puede ser de láminaAo de lámina B. 
Una superficie de lámina A sirve de unión entro dos de lámina B lo cual va creando una superficie 
mayor que recubre por dentro al núcleo celular. Solamente carecen de lámina los sitios donde se 
aloja el complejo del poro nuclear. La fosforilación de la lámina B al inicio de la mitosis es un 
evento crucial para la división celular. 
 
RANDY MEJÍAS GONZÁLEZ CITOESQUELETO Y VÍA UBIQUITINA - PROTEASOMA 
 
 Página 5 de 9 
 
LOS MOTORES CELULARES 
Los llamados motores celulares son proteínas que tienen la propiedad de moverse sobre los 
microfilamentos o los microtúbulos utilizando como fuente de energía la hidrólisis del ATP. Entre 
ellos se encuentran las miosinas, las kinesinas y las dineínas. 
RANDY MEJÍAS GONZÁLEZ CITOESQUELETO Y VÍA UBIQUITINA - PROTEASOMA 
 
 Página 6 de 9 
 
Las miosinas 
 
Las miosinas son proteínas motoras que utilizando la energía del ATP generan un movimiento a 
lo largo de los microfilamentos de actina. Su estructura puede dividirse en tres partes: una 
estructural globular llamada cabeza formado por dos cadenas polipeptídicas que tiene actividad 
de ATPasa (cataliza la hidrólisis del ATP) y una zona filamentosa llamada cola constituida por 
cuatro cadenas polipeptídicas unidas por una estructura flexible llamada cuello. Los humanos 
tienen 40 genes que codifican la zona globular y dan lugar al menos a 20 clases de miosina. De 
todas ellas las que están mejor caracterizadas con las de clase I asociadas a las membranas, las 
de clase II típica del tejido muscular y las de tipo V que se encuentran en numerosas células y 
serán las que se estudiarán en este capítulo por ser el motor celular que utiliza como carril de 
desplazamiento los microfilamentos. 
La actina de clase V está formada por dos zonas globulares con su parte filamentosa enrollada 
en forma de hélice trenzada. Al extremo de la cola se unen proteínas que van a permitir la 
asociación de la miosina con vesículas, macromoléculas u organelos que son transportados a lo 
largo de los microfilamentos. 
En la figura 6 se muestra un 
esquema de las clases 
principales de miosinas. 
La actina de clase V está 
formada por dos zonas 
globulares con su parte 
filamentosa enrollada en 
forma de hélice trenzada. Al 
extremo de la cola se unen 
proteínas que van a permitir 
la asociación de la miosina 
con vesículas, 
macromoléculas u organelos 
que son transportados a lo 
largo de los microfilamentos. 
El movimiento se genera 
cuando a una de las cabezas 
se une el ATP que provoca la 
transconformación de la 
cabeza que se separa del microfilamento. La hidrolisis del ATP genera un cambio conformacional 
de la cabeza que se transmite al cuello impulsando la cabeza hacia el extremo (+) del 
micorfilamento y la cabeza vuelve a hacer contacto con el microfilamento. La liberación del grupo 
fosfato genera una fuerza que mueve la cabeza hacia el extremo (-) haciendo que toda la 
molécula se desplace hacia el extremo (+). Si la miosina esta fija (como sucede con las de clase 
I y clase II) se moverá el microfilamento, si por el contrario es el microfilamento el que esta fijo, 
entonces la miosina es la que se mueve, como sucede con la clase V. Ver cuadro 
De esta manera se logra que las vesículas, organitos o macromoléculas que se encuentran 
asociados a la miosina se desplacen de un lugar a otro dentro de la célula y así se contribuye a 
que cada componente celular esté en el lugar adecuado en el momento adecuado para realizar 
su función 
 
 
RANDY MEJÍAS GONZÁLEZ CITOESQUELETO Y VÍA UBIQUITINA - PROTEASOMA 
 
 Página 7 de 9 
 
Cuadro 1.- Mecanismo de acción de la miosina V. 
La miosina V realiza un movimiento de traslación acoplado la energía de 
hidrólisis de ATP y utilizando los microfilamentos como carriles guías. 
 
La unión del ATP a la cabeza produce un cambio de conformación que la separa 
del microfilamento. 
 
La liberación del grupo fosfato genera una fuerza que mueve la cabeza hacia 
el extremo (-) haciendo que toda la molécula se desplace hacia el extremo (+). 
 
Con la liberación del ADP se concluye el proceso. 
 
 
 
 
 
 
RANDY MEJÍAS GONZÁLEZ CITOESQUELETO Y VÍA UBIQUITINA - PROTEASOMA 
 
 Página 8 de 9 
 
Las kinesinas Las kinesinas son proteínas 
motoras que utilizando la hidrolisis de ATP 
como fuente de energía generan un 
movimiento de desplazamiento sobre hacia el 
extremo (-) de los microtúbulos. Los humanos 
tienen 45 genes que codifican los 
componentes de las kinesinas que por su 
similitud en la secuencia de aminoácidos han 
sido agrupadas en 14 clases. 
Estructuralmente son similares a las miosinas 
con una cabeza formada por dos polipéptidos 
y una cola con dos o tres polipéptidos. Poseen 
además proteínas adicionales que permiten la 
unión a organelos, vesículas o 
macromoléculas que son transportadas por 
las kinesinas. Ver figura 7. 
 
Las dineinas 
Las dineinas también son motores celulares 
que se mueven hacia el extremo (-) de los 
microtúbulos gracias a la energía aportada por la 
hidrolisis del ATP. Es una proteína grande 
formada por cadenas pesadas (~500 kDa), dos 
intermedias y dos pequeñas. Estructuralmente 
se distinguen tres regiones: dos cabezas que 
tienen el centro activo de ATPasa, dos varillas 
por cuyos extremos se une a los microtúbulos y un tallo que presenta un dominio de unión al 
complejo de las dinactinas que son las que asocian la carga a transportar. Debido a su gran 
complejidad y su descubrimiento relativamente reciente, su mecanismo de desplazamiento está 
menos estudiado que el de las miosinas y las kinesinas, aunque parece que es similar a ellas. 
El transporte sobre microtúbulos es especialmente importante en las neuronas debido a la 
existencia del axón. Muchos componentes que realizan su función en el pie terminal del axón se 
sintetizan en el cuerpo neuronal y deben ser transportadas largas distancias hasta llegar a su 
sitio de acción. Asimismo, componentes del pie deben ser transportados al cuerpo celular. Las 
kinesinas y las dineinas permiten ese tráfico intenso de sustancias entre el cuerpo neuronal y el 
pie terminal, permitiendo que las neuronas funcionen adecuadamente. 
Figura 7.- Estructura de la dineina asociada 
a un microtúbulo y transportando una 
vesícula. 
El mecanismo generador del movimiento es 
similar al de la miosina, solo que en este 
caso siempre es la kinesina con su carga 
acompañante lo que se desplaza sobre el 
microtúbulo desde el extremo (-) hacia el 
extremo(+). 
RANDY MEJÍAS GONZÁLEZ CITOESQUELETO Y VÍA UBIQUITINA - PROTEASOMA 
 
 Página 9 de 9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Representación esquemática de las dineinas mostrando sus diferentes componentes 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cabeza 
Tallo 
Unión a microtúbulos 
Unión a dinactina