14. Citoplasma-Citoesqueleto

UNIDAD N° 2:

Temas 4 y 5: CITOPLASMA Y  CITOESQUELETO 

Profesor Profesor Auxilar T.C. T.C. Area Biología Departamento Académico de Ciencias - UPAO UPAO

CITOSOL  

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El citoplasma puede ser dividido en dos espacios: el citosol y el encerrado en el interior de los organelos. El citosol o matriz citoplasmática es considerado el verdadero medio intracelular, que se extiende desde la envoltura nuclear hasta la membrana plasmática y que llena el espacio no ocupado por el sistema de endomembranas, las mitocondrias y los peroxisomas. Em promedio el citosol reprenta el 50% del volumen del citoplasma, cifra que aumenta en las células embrionarias y en las menos diferenciadas. El pH del citosol es de 7.2.

FUNCIONES CELULARES QUE OCURREN EN EL CITOSOL • • • • • •

Reacciones metabólicas Reacciones de Biosíntesis

Ej. Reacciones enzimáticas de glucólisis, glucogenólisis Ej. Biosíntesis de aminoácidos, nucleótidos, ácidos grasos, glucogenogénesis,etc. Tráfico intracelular Ej. RER- Golgi - Secreción Respuestas intracelulares a moléculas de señalización celular  Múltiples reacciones en las que intervienen el ATP, GTP, RNAt, RNAm y el RNAr. Localización de elementos del citoesqueleto, las chaperonas, proteosomas, inclusiones, etc.

CHAPERONAS Para que el plegamiento de una proteína sea correcto se necesita la intervención de unas moléculas llamadas chaperonas, que se designan así porque acompañan a las proteínas y previenen sus plegamientos prematuros y cuidan que sean correctos .

Proteína plegada

Chaperonas

Polipéptido Completo liberado

PROTEOSOMAS En el citosol existen estructuras que destruyen a las proteínas. Así cuando una proteína debe desaparecer, porque se ha plegado mal, se ha dañado o su función ha concluido, es degradada por  un complejo enzimático llamado proteosoma.

CITOESQUELETO El citoesqueleto comprende un armazón proteico filamentoso desplegado por todo el citosol. Está integrado por tres clases de filamentos: microtúbulos, microfilamentos y filamentos intermedios, y un conjunto de proteínas accesorias, clasificadas como reguladoras, ligadoras y motoras. pr ot eí nas reg ulad or as  Las controlan el nacimiento, el alargamiento y la desaparición de los tres filamentos.

Las pr ot eína s lig ad or as conectan a los filamentos entre sí o con otros componentes de las células. Las pr ot eínas m ot or as  sirven para trasladar macromoléculas y organelos de un punto a otro del citoplasma, o hace que dos filamentos contiguos se deslicen.

MICROTUBULOS Los microtúbulos son filamentos que se hallan en casi todas las células eucariotas y poseen un diámetro de 25 nm. Se caracterizan por su aspecto tubular, rectilíneos y uniformes. En los cortes transversales presentan una configuración c onfiguración anular con una pared de 6 nm de espesor y una luz central uniformemente clara. cl ara. Son polímeros compuestos por unidades proteicas llamadas tubulinas. Cada tubulina es es un heterodímero de 110 a 120 Kda, cuyas dos subunidades son: α-tubulina y β-tubulina.

De acuerdo con su localización, se clasifican en: 1. Citoplasmáti Citoplasmáticos, cos, presente presentess en la célula célula en interfa interfase. se. 2. Mitóticos, Mitóticos, correspon correspondiente dientess a las fibras fibras del huso huso mitótico. mitótico. 3. Ciliares, localizados en el el eje de los cilios. 4. Centriolare Centriolares, s, pertenecien pertenecientes tes a los cuerpos cuerpos basales basales y los centriolos. centriolos. Los microtúbulos nacen en una estructura contigua al núcleo denominada centrosoma. (se le llama también centro organizador de los l os microtúbulos o MTOC) El centrosoma esta compuesto por un par de centriolos o diplosoma (gr. Diploos= doble y soma= cuerpo) y una sustancia amorfa amorfa que lo circunda la matriz centrosomica. La matriz contiene un complejo de proteinas reguladoras denominadas γ-tubulinas

Los heterodímeros pueden agregarse (polimerizarse) o retirarse (despolimerizarse) por  ambos extremos. Durante la polarización el microtúbulo se larga, y durante la despolimerización se acorta. Uno de los extremos del microtúbulo se llama más [+], el otro, menos [-]. Estas designaciones se deben a que por el extremo [+] el microtúbulo se alarga y se acorta más rápidamente que por extremo [-]. En el extremo extremo [-] de los microtúbulos se encuentra encuentra el complejo γ tubulina que tiene forma anular, y se comporta como un molde a partir del cual se nuclean las primeras 13 tubulinas. El microtúbulo comienza a crecer por su extremo [+] al agregarse nuevas tubulinas provenientes del depósito de tubulinas del citosol.

Proteínas asociadas a los microtúbulos (MAPs). Las MAPs parecen colaborar en el ensamblaje de los dímeros para formar microtúbulos, y también participan en la estabilización del microtúbulo y en la relación entre microtúbulos adyacentes. Dos familias de proteínas motoras, las quinesinas y las dineínas, transportan las vesículas limitadas por membrana, las proteínas y los organelos a lo largo de los microtúbulos. mic rotúbulos. Casi todas las quinesinas desplazan cargas hacia el extremo [+] de los microtúbulos, mientras que las dineínas transportan transportan cargas hacia el el extremo [-] (t. retrógrado).

ALZHEIMER En el cuerpo neuronal y en el axon se ha identificado una MAP reguladora llamada tau (τ) que inhibe la despolimerización de las tubulinas en los extremos de los microtúbulos. Ejerce también una función ligadora, ya que establece puentes entre los microtúbulos contiguos y les confiere estabilidad. Las tau contienen un número determinado de fosfatos, cuyo aumenta altera su funciona-miento normal. Esto ocurre en la enfermedad de Alzheimer, caracterizada por un deterioro neuronal progresivo a consecuencia de la inestabilidad inestabilidad de los microtúbulos.

AGENTES QUE AFECTAN A LOS MICROTUBULOS

La colchicina, un medicamento utilizado par el tratamienro de la gota, actúa uniéndose a las tubulina e impide su polimerización, lo que lleva  –al no formarse el capuchón- a la desaparición de los microtúbulos Los alcaloide de la Vinca ( vincristina y vinblastina ) tienen acción similar a la de la colchicina, aunque lo hacen casi selectivamente sobre las fibras del huso, de ahí que se les utilice para bloquear las divisiones en las células neoplásicas en el tratamiento del cáncer. El taxol  es otra droga usada para tratar el cáncer, pues impide la despolimerización de las fibras del huso e induce su crecimiento descontrolado, incompatible con la divi sión celular. celular.

Colchicina

FUNCIONES DE LOS MICROTUBULOS

•

Forma celula r. La posición del RE, aparato de Golgi y las mitocondrias se ha relacionado

con los microtúbulos. Asimismo es evidente su papel en la vaina caudal de espermátides, en los axones y dendritas, y en la banda marginal de eritrocitos nucleados. • Transporte celular . Los microtúbulos actúan como un soporte o carril por la superficie del cual proteínas motoras transportan diversas estructuras. Ej. el transporte axónico rápido anterógrado transporta materiales desde el soma neural hacia el terminal axónico. El transporte axónico rápido retrógrado mueve vesículas recubiertas que se r eciclan, etc. • Exocitosis (secreción) y Endocitosis . Los microtúbulos intervienen intervienen en en el transporte transporte de vesículas de endocitosis por el interior de la célula y en la secreción más tardía, de los gránulos desde el aparato de Golgi hasta la membrana plasmática. •

Movimiento de los cromosomas.

CILIOS Los cilios son apéndices delgados de 0,25 m de diámetro y varios micrones de largo, que surgen de la superficie de diversos tipos celulares. Cada uno está compuesto por un eje citosólico, la matriz ciliar, envuelto por unas prolongación de la membrana plasmática. En medio de dicha matriz, se encuentra un armazón filamentoso regular llamado axonema. Cada cilio nace en un cuerpo basal o cinetosoma ( gr. Kineetos= movible, soma= cuerpo), que es una estructura idéntica a un centriolo del diplosoma.

El movimiento ciliar es producido por el axonema, que en un corte transversal los microtúbulos del axonema muestran una configuración especial, conocida como “9 + 2”. El axonema contiene proteínas ligadoras y proteínas motoras. Las proteínas ligadoras unen a los dobletes entre sí y los sostienen en sus posiciones en el interior del cilio, como las nexinas y las proteínas radiales. Las proteínas motoras representadas por la dineinas, que forman puentes inestables entre los dobletes contiguos. El síndrome de kartagener  se debe a una o más mutaciones de los genes que codifican a la dineína ciliar o a otras proteínas accesorias del axonema. Por  consecuencia los cilios y los flagelos son inmóviles, lo que provoca cuadros de bronquitis crónica y esterilidad en la mujer y en el varón.

CENTRIOLOS Los centriolos y los cuerpos basales poseen una estructura idéntica. Constituyen cilindros huecos abiertos en sus extremos. La pared del centriolo o del cuerpo basal está formada por  9 unidades microtubulares cada una compuesta por tres microtúbulos mi crotúbulos fusionados entre sí. Los centriolos del diplosoma se deiferencian de los cuerpos basales porque: a. Los centriolos se localizan cerca del núcleo y los segundos cerca de la superficie celular. celular. b. Los centriolos poseen matriz centrosómica y los cuerpos basales no la poseen. poseen. c. Los centriolos se presentan de a dos, ambos perpendiculares entre sí, y los cuerpos basales están formados por una una sola unidad.

MICROFILAMENTOS MICROFILAMENT OS O FILAMENTOS DE ACTINA Los microfilamentos poseen un diámetro de 7-8nm y son más flexibles que los microtúbulos. Suelen asociarse en haces de modo que raramente se les ve aisladas. Sobre la base de su distribución en la célula, se clasifican en: a. Corticales, Corticales, los los que se se ubican ubican por debajo debajo de de la membrana plasmática. b. Transcel Transcelulares ulares,, dado dado que atraviesan atraviesan el citoplasma en todas las direcciones. Los microfilamentos son polímeros constituidos por  el agregado de monómeros. Cada monómero se halla asociados a un ADP o a un ATP, su estructura terciaria es globular, de ahí que reciba el nombre de proteína G.  A igual que los microtúbulos, los microfilamentos poseen un extremo [+] y un extremo [-], por el primero se alargan y se acortan más rápidamente que por el segundo

Cada microfilamento comienza a formarse a partir de un núcleo de tres monómeros de actina G que se combina entre sí. El alargamiento del núcleo originario se produce como consecuencia del agregado sucesivo de nuevos monómeros en los extremos [+] y [-] del filamento. La polimerización requiere que la actina G contenga un ATP.

La droga citocalasina B provoca la despolimerización de los filamentos de actina debido a que se une a dos sus extremos y bloquea su crecimiento, con la consiguiente desparición de los capuchones de actinas con ATP. Las faloidinas, por su parte, se combinan lateralmente con los microfilamentos de actina, estabilizándolos Citocalasina B

FUNCION DE LOS MICROFILAMENT MICROFILAMENTOS OS • • • • • •

Contracción de células musculares y no musculares Microfilamentos de las microvellosidades intestinales. Movimiento ameboide. Movimiento de fibroblastos  Anillo ecuatorial contráctil de la citocinesis. Fusión de organelos membranosos.

FILAMENTOS INTERMEDIOS Los filamentos intermedios son estructuras fuertes, insolubles, insolubles, resistentes a los cambios de temperatura y dispuestas en densas redes tridimensionales en el citoplasma que se relacionan y forman parte de las uniones intercelulares. Los filamentos intermedios forman una red continua tendida entre la membrana plasmática y la envoltura nuclear, alrededor  de la cual componen una malla filamentosa compacta. La composición química de los filamentos intermedios es diversa. Tipo

P. M. (Kd)

Diámet.

Queratina

40 -70

8 nm

Células epiteliales

Desmina

53

10 nm

Células musculares

Vimentina

57

10 nm

Células de origen mesenquimatoso y algunas cél. epiteliales

62 - 110

10 nm

Neuronas

50

8 nm

Astrocitos y células de schwann

200 62 - 72

10 nm redes

Neuronas embrionarias Lámina nuclear (todas las células)

Neurofilamentos Gliofilamentos Otros filamentos Nestina Láminofilamentos

Tipos celulares celular es

Distribución de filamentos Intermedios en el cuerpo humano humano

Los filamentos intermedios son polímeros lineales cuyos monómeros son proteínas que presentan una estructura en hélice α fibrosa. Las proteínas fibrosas están integradas por una sucesión de secuencias idénticas de 7 aa cada una, lo que les permite combinarse entre sí lado con lado y formar  dímeros lineales. Los dímeros vuelven a combinarse entre sí para generar tetrámeros. Los tetrámeros se conectan por sus extremos y dan lugar a estructuras cilíndricas alargadas llamadas protofilamentos, los cuales se adosan por sus lados y componen una estructura fibrilar  de 10 nm de diámetro

Epidermolisis ampollar simple

Hiperqueratosis epidermolitica (HE)

Epidermolisis ampollar simple (EBS)

Esclerosis amiotrófica lateral El citoplasma de las neuronas contiene haces flojos de filamentos intermedios cuyo eje longitudinal se orienta en paralelo con el del axon. Estos neurofilamentos estan formados por  tres proteinas distintas: NF-L, NF-H y NF-M  Acumulacion y ensamble anormal de neurofilamentos 

Perdida progresiva de neuronas motoras 

 Atrofia muscular, parálisis, parálisis, y muerte

Síndrome de Hutchinson Gilford En noventa por ciento de los niños con progeria tienen una mutación en el gen que codifica la proteína lamina A de la lámina nuclear:

MICROTUBULOS

CARACTERÍSTICAS

MICROFILAMENTOS

FILAMENTOS INTERMEDIOS

Distribución

Todas las eucariotas

Todas las eucariotas

Células animales

Dimensiones

20-25 nm de diámetro

6-8 nm de diámetro

10 nm de diámetro

Estructura

Tubo rígido y hueco

Filamento helicoidal

Fibras gruesas similares a cuerdas

Características

Algunos son lábiles y Delgados, transitorios flexibles Otros son permanentes

Localización en célula

En cilios, flagelos, huso Eelementos contráctiles En hemidesmosomas, mitótico de músculos, microvilli, desmosomas, lámina anillo contráctil en nuclear  células en división

Subunidades incorporadas en un polímero

Heterodímero GTP tubu- Monómeros Monómero s ATP-actina TP-acti na lina-αβ, Tubulina γ para nucleación

Varias proteínas proteína s fibrosas fibrosa s

Sitio preferencial de la incorporación

Extremo (+) (tubulina-β)

Extremo (+)

Interno

Polaridad

Sí

Sí

No

Equilibrio dinámico

Sí

Sí

No

filamentos Fuertes estables

estructuras

CARACTERÍSTICAS

MICROTUBULOS

MICROFILAMENTOS MICROFILAMENTOS

FILAMENTOS FILAMENTOS INTERMEDIOS

Proceso de ensamble

Cada dímero de tubulina une GTP antes de ser  incorporado en microtúbulo, la polimerización requiere Mg2+,

Monómeros de actina-G son agregados para el crecimiento del filamento, requiere de presencia de Mg2+, K+.

Los monómeros forman dímeros helicoidales, los que a su vez se asocian para formar tetrámeros, que se unen extremo con extremo para formar  protofilamentos.

Proteínas motoras

Cinesinas, dineínas

Miosinas

Ninguna

Principal grupo de proteínas relacionadas

Proteínas asociadas a Proteínas de unión con Plaquinas los microtúbulos (MAP) actina

Fármacos que actúan sobre polimerizacióndespolimerización

Colchicina Nocodazol Taxol

Funciones principales

Transporte Transporte soporte

Enfermedades en que se ven alteradas

Síndrome de Kartagener  (falta brazos de dineína) Síndrome de Young (malformación de enlaces radiales)

Citocalasina Faloidinas intracelular intracelular,, Motilidad, contractilidad

Soporte estructural Epidermolisis ampollar  (mutación en gen de queratina) Esclerosis amiotrófica lateral (ensamble anormal de neurofilamentos)