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QU ES LA BIOLOGA CELULAR? ...................................................................................................4 CITOESQUELETO ...................................................................................................................................5 ACTINA .....................................................................................................................................................5 Drogas que afectan a la polimerizacin..............................................................................................7 Protenas de unin a la actina..............................................................................................................7 Protenas de control de la polimerizacin.........................................................................................8 Entrecruzamiento de protenas .........................................................................................................8 Protenas de control de interaccin...................................................................................................8 Protenas de unin a la membrana ....................................................................................................8 Protenas motoras .............................................................................................................................9 Estructuras y funciones asociadas a los filamentos de actina............................................................11 Anillo contrctil de las clulas en divisin. ....................................................................................11 Citoesqueleto del eritrocito.............................................................................................................11 Reaccin acrosomal........................................................................................................................12 Corrientes citoplasmticas..............................................................................................................13 Estructura de los microvilli.............................................................................................................13 Fibras de estrs ...............................................................................................................................14 Cinturones de adhesin...............................................................................................................14 Movimiento celular ........................................................................................................................15 Movimiento ameboidal...............................................................................................................15 Movimiento fibroblstico ...........................................................................................................15 Regulacin..............................................................................................................................16 MICROTBULOS ......................................................................................................................................17 Caractersticas de los microtbulos ...................................................................................................17 Inestabilidad dinmica....................................................................................................................18 Explicacin fisiolgica ...............................................................................................................19 MAPs..............................................................................................................................................19 MAPs estabilizadoras .................................................................................................................19 MAPs desestabilizadoras............................................................................................................20 Motores microtubulares..............................................................................................................20 Dinena ...................................................................................................................................21 Dinena flagelar ..................................................................................................................21 Dinena citoplasmtica .......................................................................................................21 Kinesina..................................................................................................................................21 Drogas que afectan a los microtbulos...........................................................................................21 Centros organizadores de microtbulos (MTOC) ..........................................................................22 Centrosomas ...............................................................................................................................22 Corpsculos basales....................................................................................................................22 Cilios y flagelos..............................................................................................................................23 FILAMENTOS INTERMEDIOS .....................................................................................................................24 Heterogeneidad de los Filamentos Intermedios .................................................................................26 Queratinas.......................................................................................................................................26 Protenas relacionadas con la vimentina.........................................................................................26 Neurofilamentos .............................................................................................................................26 Internexina..................................................................................................................................26 Lminas nucleares ..........................................................................................................................27 Nestina............................................................................................................................................27 Estructura de los filamentos intermedios ...........................................................................................27 Dinmica de los filamentos intermedios.............................................................................................28 Protenas asociadas a filamentos intermedios ...................................................................................28 RELACIONES CLULA ENTORNO ................................................................................................29 MATRIZ EXTRACELULAR .........................................................................................................................29 Colgeno ............................................................................................................................................29 Formacin del colgeno .................................................................................................................29 Glucosaminoglucanos ........................................................................................................................30 cido hialurnico ...........................................................................................................................30 Proteoglucanos ...............................................................................................................................311

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Agrecano ....................................................................................................................................31 CDC44........................................................................................................................................31 Sindecanos..................................................................................................................................31 GLUCOPROTENAS DE ADHESIN .............................................................................................................32 Fibronectina....................................................................................................................................32 Laminina.........................................................................................................................................33 Tenascina........................................................................................................................................33 SISTEMAS DE ADHESIN CELULAR ..........................................................................................................34 Sistemas de adhesin con la matriz ....................................................................................................34 Integrinas ........................................................................................................................................34 Interacciones con el citoesqueleto ..............................................................................................34 Regulacin..................................................................................................................................35 Sealizacin intracelular.............................................................................................................35 Proteoglucanos transmembrana......................................................................................................36 Adhesin clula - clula .....................................................................................................................36 Cadherinas ......................................................................................................................................36 Cateninas ....................................................................................................................................37 catenina................................................................................................................................38 Desmosomas...............................................................................................................................38 Miembros de la familia de las Inmunoglobulinas...........................................................................38 Selectina .........................................................................................................................................39 Integrinas ........................................................................................................................................39 Uniones celulares ...............................................................................................................................39 Uniones estancas ............................................................................................................................39 Uniones de comunicacin...............................................................................................................40 Uniones GAP..............................................................................................................................40 Plasmodesmas.............................................................................................................................40 REMODELACIN O DEGRADACIN DE LA MATRIZ ....................................................................................40 NCLEO...................................................................................................................................................41 ESTRUCTURA ..........................................................................................................................................41 Cromatina...........................................................................................................................................41 Origen de replicacin .....................................................................................................................41 Telmeros.......................................................................................................................................42 Protenas del telmero ................................................................................................................42 Centrmeros ...................................................................................................................................42 Esqueleto nuclear ...............................................................................................................................43 Lminas nucleares ..........................................................................................................................43 NPC ................................................................................................................................................43 Matriz nuclear.................................................................................................................................43 MITOSIS ..................................................................................................................................................44 NUCLEOLO ..............................................................................................................................................44 TRANSPORTE NUCLEAR ....................................................................................................................46 TRANSPORTE CITOSOL NCLEO ...........................................................................................................46 M9 ...............................................................................................................................................51 TRANSPORTE NCLEO CITOPLASMA ....................................................................................................52 PROTENAS CITOSLICAS ................................................................................................................53 Modificaciones posttraduccionales.................................................................................................53 Glucosilacin..............................................................................................................................53 Incorporacin covalente de coenzimas .......................................................................................53 Procesos reversibles....................................................................................................................53 Adicin de cidos grasos ............................................................................................................53 Accin de chaperonas.....................................................................................................................54 Determinacin de la vida media .....................................................................................................54 DEGRADACIN DE LAS PROTENAS EN EL CITOSOL ..................................................................................54 Proteosoma .....................................................................................................................................55 SNTESIS Y TRANSLOCACIN DE PROTENAS ............................................................................................55 SRP.............................................................................................................................................562

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COMPLEJO DE GOLGI ........................................................................................................................59 ESTRUCTURA DEL COMPLEJO DE GOLGI ..................................................................................................59 FUNCIONES DEL COMPLEJO DE GOLGI .....................................................................................................60 TRANSPORTE DE PROTENAS RER GOLGI.............................................................................................61 Etapas del transporte y sus caractersticas ........................................................................................61 Mecanismos de transporte y retencin ...............................................................................................62 MECANISMOS DE RETENCIN DE LAS PROTENAS EN EL GOLGI ...............................................................63 LISOSOMAS ............................................................................................................................................65 TRFICO VESICULAR .........................................................................................................................66 CLATRINA ...............................................................................................................................................66 COP.........................................................................................................................................................67 Localizacin de las distintas vesculas ...............................................................................................67 FUSIN DE MEMBRANAS...................................................................................................................69 EXOCITOSIS .............................................................................................................................................69 Entrada de virus..............................................................................................................................69 ENDOCITOSIS ..........................................................................................................................................70 Endocitosis mediada por receptor......................................................................................................71 Transcitosis ........................................................................................................................................71 Potocitosis ..........................................................................................................................................71 Fagocitosis .........................................................................................................................................72 CLOROPLASTOS, MITOCONDRIAS Y PEROXISOMAS...............................................................73 MITOCONDRIAS .......................................................................................................................................73 CLOROPLASTOS .......................................................................................................................................74 PEROXISOMAS .........................................................................................................................................74 CICLO CELULAR ..................................................................................................................................75 MPF........................................................................................................................................................76 APOPTOSIS ..............................................................................................................................................79 ESQUEMAS ............................................................................. ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO. PRCTICAS DE BIOLOGA CELULAR ............................ ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO. DIRECCIONES WEB DE INTERS.....................................................................................................80 ARTCULOS CITADOS EN CLASE ....................................................................................................83

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QU ES LA BIOLOGA CELULAR?La Biologa Celular intenta conocer el funcionamiento de las clulas, intentando saber como encajan los diferentes componentes que forman las clulas, que son las unidades funcionales ms complejas que se conocen ya que cada clula est compuesta por unidades muy diferentes, en un elevado nmero. Se ha de tener en cuenta adems que las clulas no son estticas, sino que varan con el tiempo, conformando una estructura dinmica. En la Biologa celular se estudiarn principalmente las clulas eucariotas, sin hacer distinciones entre clulas animales y vegetales.

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CITOESQUELETOEs el elemento del citoplasma que ms relaciones establece con los dems componentes celulares. Se trata, como muchos otros componentes, de una estructura dinmica. Es el componente ms abundante a nivel celular. Inicialmente se identific visualmente mediante el microscopio electrnico como una estructura fibrosa, por lo que la denominaron citoesqueleto, a pesar de que a diferencia del esqueleto seo es una estructura sumamente dinmica que se reorganiza continuamente mientras la clula cambia de forma, se divide y responde a su entorno. Es fcil de identificar en su totalidad, pero no la identificacin de sus componentes individualmente. Las tcnicas que se emplean para identificar los componentes son las de inmunocitoqumica. El citoesqueleto se puede aislar sometiendo a la clula a una extraccin diferencial, empleando un lavado con detergentes, con lo que todas las membranas lipdicas se vern destruidas, por lo que desaparecern todos los orgnulos menos citoesqueleto y ncleo, que podr ser eliminado posteriormente con facilidad. A nivel de citoesqueleto distinguimos entre 3 componentes: Microfilamentos de actina 5 9 nm Microtbulos 25 nm Filamentos intermedios 8 11 nm En ocasiones los filamentos se pueden agrupar formando estructuras de dimetro superior. Ocasionalmente se han considerado otros componentes del citoesqueleto, como la matriz citoplasmtica, o incluso, la matriz nuclear. Todas las clulas eucariotas tienen citoesqueleto en mayor o menor grado. Incluso las clulas procariotas han llegado a desarrollar estructuras similares. Es responsable de los mecanismos de comunicacin y sealizacin, a la vez que interviene en el movimiento e incluso da forma. ACTINA Los filamentos de actina son los elementos ms abundantes en el citoesqueleto, y por lo tanto la actina es la protena ms abundante en la clula, pudiendo ser el 5% o ms de la protena celular total. Se trata de una protena muy verstil, con muchas funciones. La actina se compone de 375 aminocidos, codificado por un gen que se halla presenta en todos los organismos eucariotas, en menor o menor cantidad, pero siempre en un nmero mnimo de uno. Este hecho permite deducir que se trata de una protena de gran importancia para la vida de la clula. Generalmente, el gen de la actina est muy conservado en todas las especies. En mamferos y aves existen 6 tipos diferentes de actina: 4 actinas Msculo esqueltico estriado Msculo cardaco Msculo liso Msculo entrico liso 1 actina Todos los tipos celulares 1 actina Todos los tipos celulares Las actinas presentes en todos los tipos celulares podrn desempear funciones muy parecidas, pero las actinas presentes en los tejidos musculares han tendido a una especializacin, al igual que toda la actina. Las diferencias entre las distintas cadenas de actina pueden oscilar entre 1 2%, que seran de 4 a 6 aa, mientras que las diferencias con la actina seran del 8%, de aproximadamente 25aa. La actina tambin se diferenciara de la actina en unos 25aa. La actina pasar tambin por procesos de modificacin posttraduccionales. En otros tipos de organismos existirn ms diferencias, por lo que no se podrn realizar generalizaciones. En algunas plantas existen hasta 60 tipos de genes de la actina, mientras que las levaduras slo tienen un tipo.

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Todas las protenas de actina tienen la capacidad de formar filamentos, pero distinguimos 2 tipos de protenas de actina, la actina G o globular y la actina F, que forma las fibras. Actualmente se conoce muy bien la actina, incluso su forma tridimensional, para lo cual existen 2 tcnicas bsicas. Por un lado, mediante la difraccin de rayos X se puede conocer muy bien la forma de la actina, pero no en condiciones fisiolgicas, lo que s se puede hacer mediante la tcnica de la resonancia magntica nuclear. Se conoce en que punto de la actina est ubicada cada funcin de la protena. Encontramos una regin de unin al ATP, pero tambin encontramos 4 regiones de unin a la actina. La actina tambin tiene la capacidad de unirse a otras protenas, como la miosina, que se une a la actina en puntos de unin cercanos al C terminal y al N terminal. La actina se puede polimerizar formando filamentos in vitro, si en el medio hay ATP e iones, y, obviamente, actina.

En el grfico se muestra la cintica de polimerizacin tpica, que se repite en muchos casos. Existen 2 fases, identificadas con nmeros en el grfico. 1. En esta fase podemos encontrar pequeos polmeros de actina F, de 3 a 4 unidades cada uno. Se trata de una fase de nucleacin. Es la fase ms lenta de todo el proceso. Tambin se conoce como fase lag. Una clula viva puede mantener una reserva de unidades pequeas de actina, para polimerizar ms rpido. 2. Es la fase exponencial tpica de crecimiento, en la cual los monmeros se van uniendo a los extremos del polmero de actina. 3. Existe un equilibrio entre la actina F y la G, ya que el crecimiento del polmero mediante la adicin de polmeros se iguala a la prdida de monmeros en el otro extremo, con lo que no aumenta la longitud del filamento. El punto en que se estabiliza el crecimiento depende de la concentracin de actina G, siendo esta concentracin de equilibrio la denominada concentracin crtica. Por lo tanto, la clula, si tiene que modificar la longitud del filamento slo tendr que regular la concentracin de actina, G, alterando la concentracin crtica. Otro aspecto importante en los filamentos de actina es el hecho de saber si poseen o no polaridad en su crecimiento mediante la polimerizacin. Para estudiar este hecho se emplean cabezas de miosina S1, que es una protena que se une a la actina. La miosina se debe adicionar en el punto en que comienza la fase 3, despus del cual volveremos a aadir actina G. En primer lugar, la miosina se unir a los filamentos ya existentes, y al aadir nueva actina, los filamentos volvern a crecer, con lo que s existe polaridad, la miosina estar en un extremo el filamento, ya que la polimerizacin se producir principalmente en un extremo del filamento. Se asumi entonces que exista polaridad del filamento de actina, por lo que tenemos 2 extremos diferenciados. Por un lado, el extremo +, de polimerizacin rpida y lenta despolimerizacin, mientras que el lado contrario es el extremo -, cuya despolimerizacin es ms rpida y su polimerizacin es ms lenta. Los diferentes extremos tienen diferentes concentraciones crticas, por lo que se puede alterar el crecimiento de los filamentos, alterando las concentraciones de actina G a nivel local. Debido a la polaridad de los filamentos de actina, poseen unos determinadas propiedades, diferentes en cada extremo. La polaridad de los filamentos est determinada, en parte, a la conformacin de la actina, y a la situacin de los distintos dominios de interaccin. El ATP se hidroliza a ADP, a medida que la actina se va polimerizando, de manera que el ATP en el extremo del filamento facilitar la polimerizacin.

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Drogas que afectan a la polimerizacin Existen sustancias qumicas que afectan a la actina. Phaloidina, caracterstica de Amanita phalloides Se una a la actina en forma filamentosa, unindose a 2 monmeros a la vez. Con estas interacciones se evita la movilidad, propia de la actina, ya que se provoca rigidez, lo que impide la correcta relacin entre las protenas. Mediante esta sustancia se pueden estudiar los filamentos de actina. Citocalasinas Provocan la despolimerizacin de los filamentos. Se une a la atina G, provocando la despolimerizacin de la actina F. Protenas de unin a la actina Los filamentos de actina forman estructuras entre los diferentes orgnulos de la clula, pero existen multitud de estructuras con diferentes funciones. Para poder realizar todas las funciones son necesarias las protenas moduladoras que se unen a la actina. Existen 2 mecanismos de regulacin: Accin competitiva y cooperativa de las protenas de unin a la actina: En el caso del msculo, la unin de la troponina facilita la entrada de otras protenas a la actina, y as sucesivamente. Pero tambin impide la unin de la filamina, que provocara una ordenacin espacial especfica de la actina. Regulacin del estado conformacional: Si vara la conformacin, variarn las capacidades de unin a otras protenas. Existen muchos para alterar la conformacin de la actina: Fosforilacin Regulacin por calcio Unin de Calcio a otras protenas o iones. Muchas protenas tienen dominios de unin a calcio. Un ejemplo sera la gelsolina, que es un dmero de unin a la actina, que rompe los filamentos, siempre que haya una elevada concentracin de calcio. Las protenas de unin a la actina se pueden clasificar de diversas maneras. Un mtodo til de clasificacin es la funcin: Control de polimerizacin Formacin de haces Control de interaccin Unin a membranas Protenas motoras

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Protenas de control de la polimerizacin Podemos distinguir entre 3 tipos de protenas de control de polimerizacin: Se unen a los extremos del filamento. Si se une a ambos extremos, el filamento pasar a ser estable. Es muy importante esta funcin en las clulas musculares, para que se mantengan los filamentos de actina. En clulas del msculo las protenas son 2 protenas capping: CapZ y actinina Fragmentadoras La Gelsolina es una protena fragmentadora, en presencia de calcio. Se une a la actina, rompiendo los filamentos. Mientras que la concentracin de calcio se mantenga alta, la gelsolina permanecer unida a la actina, con lo que la actina se mantendr fragmentada, pero al bajar la concentracin, se formarn los filamentos de nuevo, muy rpidamente. Secuestradoras Una protena secuestradora es la profilina, que est presente en todos los tipos celulares con variaciones locales de concentracin. Estas protenas se unen a los monmeros de actina, manteniendo por lo tanto un stock de actina sin polimerizar. La polimerizacin ser ms lenta que en el caso de la gelsolina. Entrecruzamiento de protenas Existen 3 maneras de asociacin de protenas: Capping

Todas las protenas con estas funciones han de unirse a, como mnimo, dos filamentos de actina. Por un lado, la filamina sera la encargada de disponer los filamentos de actina como se observa en la primera figura, en una disposicin desordenada. Esta protena desempea un importante papel en los procesos de migraciones celulares,... La segunda disposicin muestra los filamentos de actina dispuestos de manera paralela. Todas las protenas encargadas de colocar los filamentos de actina en esta posicin, caracterstica del msculo, provienen de una misma familia, conocida como las espectrinas. Se trata de protenas tetramricas, que se asocian en forma de 2 cadenas y 2 cadenas . Se trata de una protena muy larga, de aproximadamente 100 nm. Existen otras protenas, como la distrofina, que es la responsable de la distrofia muscular. Esta protena est unida por un lado a la membrana muscular, mientras que por el otro lado forma uniones con la actina. Protenas de control de interaccin Algunas protenas se unen a la actina, permitiendo as que otras protenas puedan interaccionar con el filamento, como es el caso de la tropomiosina. Protenas de unin a la membrana Los filamentos de actina suelen estar unidos tambin a la membrana plasmtica, mediante protenas de unin a sta.

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Protenas motoras Promueven el movimiento asociado a la actina. La ms importante es la miosina, que actualmente se sabe que es en realidad una familia de protenas con capacidad motora. Se distinguen 7 clases diferentes de miosina, de las que la muscular es la de tipo II. En la imagen se muestra un filamento de miosina. En primer lugar nos centraremos en al miosina de tipo II, que compone las fibras musculares. La miosina de tipo II consta de 2 subunidades idnticas. En el extremo N terminal encontramos un dominio globular, mientras que de este sale una cola que tiene forma de hlices . Estas hlices tienen tendencia a asociarse unas con otras. La protena mide aproximadamente 130 nm. A cada una de las cabezas se asocia una cadena ligera. Existen adems zonas flexibles en la cabeza y cerca de la cola. La miosina se asocia espontneamente de manera bipolar. Las cabezas sobresalen por lo tanto del filamento. Si se somete a tratamiento de quimiotripsina, lo primero en romperse sern las partes flexibles. Los filamentos slo se formarn por uniones a nivel de la cola. Si continuamos el tratamiento con pepsina, se romper la hlice en la zona cercana a la cabeza. La propiedad ms importante de la miosina reside en las cabezas, que es la zona capaz de hidrolizar ATP en presencia de actina, unindose a ella. Cada una de las cabezas se compone de la cabeza de miosina, y de las 2 colas ligeras unidas a ella. La capacidad de hidrolizar ATP es de las ms altas que se conocen, pudiendo llegar a hidrolizar, 1 sola molcula de miosina, entre 5 y 6 molculas de ATP por segundo. En la imagen de la izquierda se puede observar el proceso de funcionamiento de la miosina. Est dividido en 5 pasos. UNIN: Una cabeza de miosina, sin ningn nucletido unido se une a un filamento de actina, en la configuracin de rigor, responsable del rigor mortis, En un msculo de contraccin activa, este estado es de corta duracin y finaliza rpidamente mediante la unin a la molcula de ATP. LIBERACIN: Una molcula de ATP se une en el surco de la parte trasera de la cabeza de miosina, en la parte ms alejada del filamento de actina, lo que provoca un cambio de conformacin de los dominios, liberando el lugar de unin a la actina. Esto9

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reduce la afinidad de la cabeza por la actina, permitiendo as el desplazamiento a lo largo del filamento. MOVIMIENTO: El surco se cierra alrededor de la molcula de ATP, induciendo un gran cambio morfolgico que provoca el desplazamiento de la cabeza a lo largo del filamento, a una distancia de unos 5 nm. Se produce la hidrlisis de ATP, pero el ADP y el Pi quedan unidos a la miosina. GENERACIN DE LA FUERZA: La unin dbil de la cabeza de miosina a un nuevo lugar en el filamento de actina provoca la liberacin del Pi, producido por la hidrlisis de ATP, con lo que se refuerza la unin de la cabeza con la actina. Esta liberacin provoca el golpe de potencia, originado en la cabeza de miosina al volver a su conformacin original. Durante este golpe de potencia se desprende el ADP y se podr iniciar un nuevo ciclo. UNIN: Al final del ciclo, la cabeza de miosina se encuentra ntimamente relacionada con el filamento de actina en la configuracin de rigor. Se ha desplazada la miosina una unidad de actina. Una vez conocido el funcionamiento del movimiento, se ha de comentar que se da desplazamiento del extremo al +. Estos procesos son comunes a todas las miosinas, lo que las diferencia unas de otras est en realidad a nivel conformacional. A nivel de la miosina presente en las clulas musculares lisas, la principal diferencia con otros tipos de miosina son las 2 cadenas ligeras de la cabeza. En un principio, la molcula est inactiva, pero al recibir una serie de seales, que implicarn la fosforilacin de 1 de las cadenas ligeras de la cabeza, se desplegar formando filamentos. Una vez fosforilada una de las cadenas ligeras, se producir la unin a la actina, y mediante la entrada de calcio, se dar la contraccin, que ser ms lenta que en el msculo estriado, ya que, por un lado, se han de formar los filamentos, pero tambin las cabezas de actina tienen una menor capacidad de hidrolizar ATP, del orden de unas 10 veces menos. Esto provocar que en ocasiones la contraccin tarde ms en llegar, puede que alrededor de un segundo, en comparacin con los milisegundos del msculo esqueltico estriado. La miosina de tipo II, es la presente en todos los tipos celulares, en una forma similar a la del msculo liso. Se conocen 7 tipos de miosina, que en lneas generales son muy similares, sobre todo a la altura de la cabeza, donde todas se unen a cadenas ligeras, y donde todas tienen su capacidad de hidrolizar ATP. Las miosinas de tipo V y VI son dmeros, acabados en dominios globulares. La miosina I y la V monomrica tienen puntos de unin a fosfolpidos, es decir a membranas. Existe otro tipo de I, que tiene la capacidad de unirse a la actina por la cola. La miosina III tiene un dominio especial, y slo pueden ser localizadas en los microvilli de los rabdomas. De las miosinas IV y VIII se desconoce su funcin, pese a saber que tienen dominios globulares. La miosina es una protena muy conservada a lo largo de la evolucin. Todas las clulas tienen algunos genes que codifican en su interior la miosina. La levadura tiene tipo II, y algunos otros tipos de protenas. En algunos casos, como en la miosina de tipo V y VI, se puede asociar la cola con grnulos de pigmento, u otras vesculas. La miosina I se conoca anteriormente como ameboidal, pero actualmente se sabe que est presente en todas las especies. Mediante miosinas podramos provocar el deslizamiento de la actina sobre ella misma, o bien de una membrana sobre los filamentos.

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Estructuras y funciones asociadas a los filamentos de actina

Anillo contrctil de las clulas en divisin. Ocasionalmente se pueden formar en las clulas haces contrctiles organizados de actina y miosina, para realizar una funcin especfica, deshacindose una vez cumplido su cometido. Una de estas estructuras es la del anillo contrctil, que se forma en las clulas en divisin. Aparece justo debajo de la membrana plasmtica, durante la fase M del ciclo de divisin celular, concretamente en la anafase temprana. Este anillo provoca la estrangulacin de la clula original formando dos clulas hijas, al acabar la divisin celular. El anillo contrctil se forma a partir de filamentos de actina, molculas de miosina y otras protenas como la radixidina, que es la responsable de la asociacin a la membrana plasmtica, permitiendo as el resultado final de la divisin de la clula. Se desconoce el mecanismo de regulacin de este proceso, pero se cree que estara vinculado con calcio, ya que la fosforilacin de la miosina es dependiente de calcio, y tanto la fosforilacin como el calcio aumentan la interaccin de la miosina con la actina, favoreciendo as la formacin de filamentos cortos bipolares. Una vez se ha completado la divisin, se dispersan las molculas de miosina. La situacin exacta del anillo contrctil depende de si se trata de una divisin simtrica o asimtrica. Citoesqueleto del eritrocito El eritrocito es una clula especializada en el transporte de gases. Adems, debido a que deber pasar por capilares de escaso dimetro, no podr ser una estructura rgida, sino que deber ser flexible. Una vez lisada la clula, podemos observar la membrana desde su cara interior. Una protena importante para formar el citoesqueleto es la espectrina, que est unida tanto a actina, como a otra protena llamada anquirina. La espectrina es la ms abundante de las protena que estn situadas en la membrana del eritrocito, siendo una barra larga, flexible, de unos 100nm de longitud. Constituye el 25% de la masa total de las protenas de las protenas asociadas a la membrana, con aproximadamente 2,5 x 105 copias por clula. Se trata de un heterodmero, formado por dos subunidades estructuralmente muy similares. Los heterodmeros se asocian cabeza con cabeza formando tetrmeros de 200nm de longitud. Las colas de 5 o 6 tetrmeros se enlazan entre s mediante su unin a filamentos cortos de actina y otras protenas citoesquelticas. El resultado es un complejo de unin que se extiende como una red deformable por toda la cara citoplasmtica de la clula. Es este citoesqueleto el que permite que los eritrocitos entre por los capilares del cuerpo. En ocasiones, algunos casos de anemia pueden estar originados por deficiencias en la espectrina, de manera que a mayor grado de deficiencia en la protena, ms grave ser la anemia. La protena responsable de sujetar el citoesqueleto de espectrina a la membrana plasmtica es la anquirina, que es una protena intracelular de unin, tanto a espectrina como al dominio citoplasmtico de la protena transmembrana conocida como banda 3. La anquirina conecta por lo tanto el esqueleto de espectrina a la membrana, mediante su unin a la banda 3, a la vez que reduce la difusin de las molculas de esa protena en la membrana lipdica. El citoesqueleto de espectrina tambin se puede unir a la membrana mediante otra protena, la banda 4,1. Esta protena se une tanto a la espectrina como a la actina, a la vez que se une al dominio citoplasmtico de la banda 3 y a la glucoforina, la otra protena ms abundante en los eritrocitos. Por debajo de la membrana plasmtica de muchas clulas nucleadas tambin existe una red de citoesqueleto anloga a la descrita, pero ms elaborada y compleja. La red constituye la zona cortical o crtex del citoplasma, es rica en filamentos de actina, que se unen a la membrana de diferentes maneras. En el crtex existirn protenas estructuralmente homlogas a la espectrina, a la anquirina o a la banda 4,1, pero su organizacin y funcin no son tan conocidas como en el caso de los eritrocitos. Los filamentos de actina en el crtex del eritrocito son muy cortos, y tan solo actan como elementos de entrecruzamiento entre los tetrmeros de espectrina, mientras que en el crtex de una clula ms tpica son mucho ms largos y se proyectan hacia el citoplasma, donde forman la base de la red tridimensional11

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de los filamentos de actina. No est claro si molculas parecidas a la anquirina serviran de anclaje a la membrana plasmtica en esta disposicin cortical ms tpica, pero se cree que en algunas clulas epiteliales, la ATPasa de Na+ - K+ transmembrana unira la red cortical de actina a la membrana plasmtica, mediante este tipo de protenas. Generalmente, la red cortical de los filamentos de actina determina la forma de la clula y las propiedades mecnicas de la membrana plasmtica. Muchos tipos de uniones a membrana necesitan de los filamentos de actina para llevar a cavo sus diversas funciones en el crtex, siendo el acoplamiento de a las protenas transmembrana como la anquirina tan solo uno de ellos. Existen otro tipo de uniones ms dinmicas, pero tan solo estn empezando a caracterizarse las protenas que los median.

En la imagen se representa el citoesqueleto basado en la espectrina del lado citoplasmtico de la membrana del eritrocito humano.

Reaccin acrosomal Este proceso se da en la fecundacin. No se da en todas las especies, pero s en todas con fecundacin externa. Mediante la reaccin acrosomal, se trata de atravesar la proteccin del oocito. En el espermatozoide encontramos el acrosoma, que es una vescula llena de enzimas hidrolticos. Por debajo del acrosoma encontramos la regin periacrosmica, donde se puede observar tanto actina como profilina, que es una protena secuestradora de actina. Estas 2 protena se encuentran en una relacin 1 a 1. Cuando se reconoce la cubierta vitelina, se liberan las sustancias del acrosoma, que degradarn dicha cubierta. A causa de todo esto, la profilina se separar de la actina, con lo que sta comenzar a polimerizar, formando filamentos. Estos filamentos se dirigirn hacia el oocito, de manera que as se podr conducir las sustancias acrosmicas hacia el interior de la cubierta, para que la degraden hasta llegar al oocito propiamente dicho.

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Corrientes citoplasmticas Son caractersticas de clulas grandes, donde tienen la funcin de mantener determinadas concentraciones de metabolitos,... Son muy comunes en clulas vegetales, cuando tienen una gran vacuola central. Parece ser que estn relacionados con cambios locales repentinos de citoplasma, desde una consistencia gelificada a un estado ms fluido. A partir de extractos, se han aislado protenas celulares, que cuando se aaden a un gel de filamina y actina provocarn que cambie a un estado ms fluido. La mejor caracterizada de estas protenas es la gelsolina, que una vez activada por Ca2+, separa los filamentos de actina y forma un casquete en el extremo ms, separando as la red de filamentos. Este tipo de protenas fragmentadoras se activan slo por concentraciones de calcio que se alcanzan temporalmente en el citosol, como 10-6M. Parece ser que tambin pueden estar ocasionadas las corrientes citoplasmticas por miosina I o V. Mediante tcnicas con anticuerpos, especficos para uno de los dos tipos de miosina, que adems son capaces de anular su funcin se observ que era la miosina de tipo I la implicada.

Estructura de los microvilli Estn presentes en todas las clulas que realizan un intercambio con el medio externo. Una forma de poder observarlos claramente es mediante la tcnica conocida como Deep Etching o sublimacin, mediante la cual se congela la muestra, posteriormente se rompe y se extrae el agua. De la muestra sin agua se realiza una rplica que se observar con el microscopio electrnico de transferencia, pudiendo de esa manera observar la estructura de los microvilli, tal y como se observa en la imagen. Los microvilli son extensiones digitiformes que se encuentran en la superficie de muchas clulas animales. Son especialmente abundantes en las clulas epiteliales, que para funcionar correctamente han de presentar una gran superficie de membrana. Por ejemplo, una sola clula epitelial de intestino delgado humano tiene varios miles de microvilli, de aproximadamente 0,08 m de ancho y 1 m de largo. Con estos microvilli se consigue que la superficie de absorcin sea aproximadamente 20 veces superior a lo que sera sin ellos. La membrana plasmtica que recubre estos microvilli contiene una gruesa cubierta extracelular de polisacridos y de enzimas digestivas, lo que la convierte en una regin altamente especializada. Est regin ha sido muy estudiada, de manera que actualmente se conoce con bastante detalle el citoesqueleto situado en la zona de los microvilli. La zona central de cada microvilli contiene un haz rgido de entre 20 y 30 filamentos de actina, que se extiende desde la punta del microvilli hasta el crtex celular. Todos los filamentos estn orientados de manera que sus extremos ms apuntan hacia fuera del cuerpo celular, mantenindose unidos por protenas formadoras de haces de actina, situadas a intervalos regulares. La fimbrina es una de las protenas que interviene en la formacin de estos haces, pero la ms importante de las protenas formadoras de haces en los microvilli es la villina, que es caracterstica de esta estructura celular.13

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La parte inferior del haz de filamentos de actina de los microvilli est anclada en la corteza especializada de la regin que los presente, en la corteza conocida como red terminal. La red terminal contiene una densa trama de molculas de espectrina, que recubre a su vez a una capa de filamentos intermedios. Se cree que la espectrina da estabilidad y rigidez al crtex, manteniendo los microvilli perpendiculares a esa capa. Encontramos tambin en la regin inferior de los microvilli miosina de tipo II, que formar filamentos y podr unirse a la actina, pudiendo provocar el movimiento de los microvilli. Los filamentos de actina que conforman el microvilli estn unidos a la membrana plasmtica mediante puentes laterales, formados por un tipo de miosina I y calmodulinas unidas a su cola. La miosina est orientada de manera que su cola queda inmersa en la membrana, mientras que su cabeza, unida a un ATP activo, contacta con los filamentos de actina. Se cree que el hecho de que una protena motora sea la encargada de unir la actina con la membrana puede estar relacionado con la formacin de vesculas en los extremos de los microvilli.

Fibras de estrs Pueden existir en la clula filamentos de actina que se extiendan por toda la clula, entrecruzndose. Estos filamentos reciben el nombre de fibras de estrs, y a que se observaron por vez primera en clulas que sufran estrs nutricional. Estas fibras aparecen en el momento en que las clulas estn adheridas al mximo al sustrato. Estas fibras se aproximan y convergen en algunos puntos. Adems, al analizar la estructura de estas fibras, se observ que tenan estructura similar a la de los sarcmeros, ya que se trata de filamentos de actina colocados antiparalelamente. Hay tambin filamentos de miosina de tipo II, lo que implica que puede existir actividad motora. Es posible que estas fibras tengan como funcin trasladar fuerzas de contraccin de un lugar de la clula a otro. Las fibras de estrs conforman una parte fundamental de los contactos focales o placas de adhesin. Uno de los extremos de la fibra de estrs se inserta en la membrana, en las uniones especiales de los contactos focales, mientras que el otro extremo se puede insertar en otro contacto focal o bien en la red de filamentos intermedios que rodea el ncleo celular. Mediante los contactos focales, que son estructuras altamente dinmicas, se produce contacto con el exterior. Los filamentos de adhesin estn unidos a protenas puente, de las que se ha de destacar la vinculina y la talina. Adems tambin existen protenas integradas en la membrana, que sern discutidas ms adelante, como las integrinas. Adems, mediante los contactos focales se pueden transmitir seales desde la matriz celular hasta el citoesqueleto en el interior de la clula, mediante diferentes tipos de seales. Existe otro tipo de estructura similar funcional y morfolgicamente, que son los: Cinturones de adhesin Se trata de un conjunto de haces de actina asociados con la membrana formando un anillo. Se da en clulas que formen tejidos, principalmente en epiteliales. Si empelamos faloidina para localizar la actina, aparte de los filamentos podramos ver la membrana marcada. En general tiene una estructura similar a la de las fibras de estrs, pero est asociada a la membrana por otras protenas, las cadherinas. Las cadherinas de una clula se unen con las cadherinas de las clulas vecinas, tal y como veremos ms adelante. Estas uniones permiten que las clulas acten con coordinacin.

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Movimiento celular El elemento ms comn relacionado con el movimiento es la actina. Incluso algunas bacterias intracelulares pueden aprovechar los filamentos de actina para desplazarse en el interior de la clula, para llegar a su destino, ya que no se mueven al azar. La bacteria aprovecha que en su genoma posee un gen de una protena nucleadora de actina, el gen AcTA. Al presentar esta protena en un costado de la bacteria permite el movimiento. Se ha visto que se trata de un mecanismo muy extendido. En las clulas eucariotas existen 2 tipos bsicos de movimiento: Movimiento ameboidal Movimiento fibroblstico Movimiento ameboidal La actina desempea un papel bsico en este tipo de movimiento, que ,pese a lo que pudiese pensarse a partir del nombre, no es exclusivo de las amebas. En una clula que se desplace de esta manera se podrn observar los pseudpodos. El citoplasma que entra en el pseudpodo no es el citoplasma normal, sino que no podemos encontrar ningn orgnulo en l. En el pseudpodo encontramos tanto actina como filamina, de manera que los orgnulos se mantendrn fuera del pseudpodo. Adems se generar una presin osmtica muy elevada, al retener mucha agua. Cuando la clula quiere avanzar, se forma la malla que permite la formacin de pseudpodo. En un determinado momento, al alcanzar una determinada concentracin de calcio, se activa la gelsolina, que fragmentar la actina. Al fragmentarse losa filamentos, se abre la malla que mantena el citoplasma fuera del pseudpodo, con lo que todo el citoplasma ir entrando en la zona del pseudpodo. La clula avanza por lo tanto, debido a la presin que ejerce el citoplasma. La concentracin de calcio bajar, con lo que la gelsolina se inactivar y por lo tanto se volvern a polimerizar filamentos de actina, que formarn un nuevo pseudpodo. Movimiento fibroblstico Todos los tipos de clulas, con muy pocas y marcadas excepciones, migran de la misma manera, mediante lo que se conoce como frente de avance. Las neuronas extienden sus conos de crecimiento neuronal de manera similar al movimiento de los fibroblastos. La funcin de este movimiento en as neuronas es establecer las sinapsis. El borde frontal de avance un fibroblasto que se arrastra extiende regularmente delgadas protuberancias laminares conocidas como lamelipodios, que poseen una densa red de filamentos de actina. Muchas clulas emiten tambin regiones delgadas y rgidas llamadas microespinas, de aproximadamente 0,1m de dimetro y 5 10 m de largo, y que en su interior contienen un haz laxo de aproximadamente 20 filamentos de actina orientado con sus extremos ms hacia el exterior. El extremo en crecimiento de un axn nervioso extiende microespinas incluso ms largas de hasta 50m de largo. Tanto los lamelipodios como las microespinas son estructuras mviles que pueden formarse y retraerse a una gran velocidad. Se cree que las microespinas y lamelipodios son generados por la polimerizacin de la actina local en la membrana plasmtica, y que esta actina puede empujar la membrana plasmtica sin romperla. Los filamentos de actina estn siempre orientados hacia la membrana plasmtica, con su extremo + prximo a ella. Los mtodos para desarrollar el avance pueden ser el mero avance de la actina por polimerizacin, la interaccin de la actina con protenas motoras, o incluso el hecho de que la miosina pueda estar integrada en la membrana. Se cree que es posible que acten los 3 sistemas en la membrana plasmtica, a la vez, coexistiendo. La membrana se va recuperando desde el extremo ms lejano de la clula. En el caso de las neuronas, se ha de ir sintetizando nueva membrana, ya que la clula no se mueve.

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REGULACIN Existen 3 piezas claves en la regulacin de estos procesos. Filopodios CDC42 Son GTPasas, estn activas si se unen a GTP Lamelipodios Rac Contactos focales Rho Cuando cualquiera de estas piezas est unida a GTP, se va uniendo a otras molculas, y as sucesivamente. El proceso se dispara desde fuera de la clula, cuando se activan estas protenas. La CDC42 activa la Rac. La CDC42 es la responsable de la formacin de los filopodios. Si est activada con GTP se una a la protena WASP, actuando como nucleadores de actina. La protena Rho se activa en presencia de GTP, pudiendo ser independiente de las anteriores o bien dependiente.

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MICROTBULOS Para poder detectar los microtbulos se suelen emplear tcnicas de inmunocitoqumica, en las cuales se usan sondas con marcadores. Dichas sondas suelen ser anticuerpos que sern capaces de detectar los microtbulos. Todos los microtbulos en la clula nacen en el centro organizador de microtbulos, el MTOC, Microtubule organizing center. En una clula interfsica slo hay un MTOC, A partir del cual los microtbulos se reparten de manera radial por todo el citosol. Los microtbulos podrn formar tambin el huso mittico, cuando la clula se divida. Formarn as estructuras de cilios y flagelos. Caractersticas de los microtbulos Estn presentes en todos los tipos celulares eucariotas, con muy pocas excepciones, como los eritrocitos de los mamferos. Se organizan formando un tbulo de aproximadamente 25nm de dimetro, que consta de diferentes unidades de tubulina. La tubulina es un dmero, cuyos monmeros estn codificados por 2 genes, codificando cada uno de ellos las unidades y . LA unin de los monmeros y da lugar a la tubulina, mientras que la unin de distintos dmeros dar lugar a los protofilamentos. La agrupacin de los protofilamentos, usualmente en grupos de 13, da lugar a los microfilamentos. Existe una tercera forma de tubulina, la tubulina , pero esta tubulina no se encuentra formando los Microtbulos sino que est en el MTOC. En eucariotas superiores, la estructura del microtbulo consta dela polimerizacin de y . En clulas vivas no se trata de un proceso tan montono, ya que en realidad hay 6 tipos de tubulina y 6 tipos de tubulina . Las tubulinas se diferencian unas de otras debido a 15 AA en el extremo N terminal. Los monmeros se unen desde el extremo COOH del monmero al extremo NH del monmero . Los monmeros y pesan aproximadamente 50KDa, y estn formadas por 465 AA. Adems en la tubulina pueden darse modificaciones posttraduccionales, como fosforilaciones, acetilaciones o poliglicinaciones. Una particularidad de los microtbulos es la de que existen protenas asociadas a ellos, que se conocen como MAPs, o microtubule associated proteins, de las que podemos distinguir 3 tipos: estructurales, reguladoras y motoras, ya que el microtbulo acta como una va de desplazamiento rpida, que alcanza un mximo de 10m/s. La polimerizacin de tubulina se producir en funcin de la concentracin que tengamos de sta. A bajas temperaturas, los microtbulos se podrn desorganizar. Esto se puede emplear para aislar la tubulina de cultivos de clulas. Esta tubulina aislada, se podr colocar en un tubo con Mg2+ y GTP, con lo que entonces se podrn formar los microtbulos, siguiendo una dinmica especfica.Situacin de equilibrio

La cantidad de microtbulos que se formar depender de la concentracin de tubulina libre que haya en las condiciones que estemos estudiando.

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A partir del RNAm, se formar la tubulina o la , que se combinar para formar un dmero, pero primero deber pasar por una serie de procesos. Las chaperonas son protenas encargadas de ayudar al correcto plegamiento de otras protenas, actuando sobre las protenas mal plegadas, provocando que vuelvan a su conformacin original, dndoles una nueva oportunidad de plegarse. Dentro de este grupo podemos encontrar tambin las Heat Shock Proteins, que fueron las primeras en descubrirse, accidentalmente. Estas protenas, en condiciones de calor ven incrementada su sntesis, debido a que las protenas sin plegar son ms abundantes ahora, a causa del proceso de desnaturalizacin ocasionado por el calor. En el caso de los microtbulos, es necesaria la intervencin de una chaperona, la CCT, a la vez que se requieren otros factores, para que la tubulina llegue a formarse como le corresponde, formando el dmero que formar los microtbulos. Esto permite que exista un tercer almacn de tubulina en la clula, de manera que seran: Tubulina polimerizada formando microtbulos Tubulina no polimerizada, formando heterodmeros Tubulina que an no est suficientemente madura para formar el dmero En condiciones in vitro se produce una situacin de inestabilidad dinmica, al llegar al punto de equilibrio, de manera que algunos microtbulos seguirn creciendo, mientras que otros decrecern.. Inestabilidad dinmica

En los microtbulos existe inestabilidad dinmica, cuyo origen est debido a la capacidad que tienen los microtbulos de unirse a GTP. El GTP se puede unir a en el sitio N, mientras que a se une GTP en el sitio E. Tan solo el GTP unido a es hidrolizable. La grfica de polimerizacin es por lo tanto.

La primera fase es la fase lag o de latencia, que no se da nunca en condiciones in vivo, ya que es cuando se da la reaccin de nucleacin, cuando a partir de la tubulina se forman los microtbulos. La fase lag no se da in vivo, ya que existe un centro de nucleacin, la TURC o tubulin ring complex. Este centro de nucleacin est situado a nivel de los centros organizadores de microtbulos, donde existe un anillo de tubulinas. El microtbulo tiene un anillo de tubulinas situado en el extremo -, contactando por lo tanto con el MTOC. En condiciones in vivo, el microtbulo slo podr crecer por el lado +, mientras que in vitro podr crecer por ambos lados. Pero se debe demostrar que crecer por el lado + en condiciones in vivo. Para comprobar esto, se deber marcar la tubulina de alguna manera, por ejemplo con un cromforo, es introducirla en la clula por microinyeccin. Otra opcin sera alterar la secuencia de la tubulina, de manera que se sintetice tubulina cuando se desee, por ejemplo en presencia de algn metal.18

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Para reconocer despus la tubulina se puede aadir AA a la tubulina, formando un epitopo, que ser reconocido posteriormente por los anticuerpos. A esta tcnica se la conoce como epitope tagging. La inestabilidad dinmica de los microtbulos viene provocada por el GTP cap. La hidrlisis del GTP unido a los microtbulos permite que se una nueva unidad de + al extremo de los microtbulos, donde se habr producido la hidrlisis. Por lo tanto, En todo el microtbulo encontraremos GDP, a excepcin de la ltima fila, donde habr GDP. Pasado un cierto tiempo, el GTP se hidrolizar, con lo que se iniciar un proceso de despolimerizacin. A este proceso de hidrlisis del GTP se le llama catstrofe, mientras que al proceso inverso se le llama recuperacin o rescue. In vivo, la velocidad de polimerizacin es entre 4 y 10 veces superior a la que se observa in vitro, mientras que la tasa de catstrofe es entre 10 y 20 veces superior en las clulas vivas. Explicacin fisiolgica Se emplean principalmente los microtbulos en el haz mittico, que se constituye mediante un mecanismo de acierto error, de manera que si el microtbulo no contacta con el cromosoma se despolimerizar, para volverse a formar, hasta conseguir contactar con el cromosoma. La vida media de los microtbulos es muy variable, dependiendo de la fase del ciclo celular en que se encuentre la clula, ya que en una clula interfsica, un microtbulo vive alrededor de 10 minutos, mientras que en una clula en mitosis no pasa de los 30 segundos. MAPs Se denomina MAP, microtubule associated protein, a cualquier protena capaz de asociarse a los microtbulos, que en el proceso no consuma energa. Esta definicin tiene como excepcin a las MAPs motoras. Distinguimos 3 familias de MAPs: Desestabilizantes No consumen energa Estabilizantes Motoras Consumen energa Para tratar de identificar MAPs, un punto muy importante radica en la purificacin de los MT, que se podra conseguir mediante una serie de lavados suaves, seguidos de otros ms fuertes. Para identificar las protenas se podra emplear un proceso de autorradiografa, si se han marcado las protenas radiactivamente. Una vez se han asilado las protenas se podr emplear un espectrofotmetro de masas para identificarlas. Este proceso se puede emplear para identificar las MAPs de una lnea de clulas tumorales. MAPs estabilizadoras Algunas MAPs estabilizadoras son: MAP1, MAP2, Tau, que est en neurona, MAP4, que est en todos los tipos celulares, XMAP125. Estas protenas se unen a l microtbulo en una relacin de 1 MAP/ 4 10 tubulinas. Impiden fsicamente la despolimerizacin de los microtbulos. Podemos encontrar formas fosforiladas inactivas. MAP4 es activa principalmente en la mitosis. Existe una quinasa que fosforila MAP4, provocando la entrada en mitosis. Las MAPs estabilizadoras reducen la tasa de catstrofe, posiblemente actuando directamente a nivel de los microtbulos, mediante interaccin directa. Existen 2 hechos que refuerzan esta hiptesis: 1. Hay 1 MAP / 4 10 unidades de tubulina 2. La estructura de aminocidos indica que es posible que se unan directamente al microtbulo, ya que se observan secuencias repetidas. Se cree que es posible que las MAPs acten como una grapa a nivel de los microtbulos, manteniendo diversas unidades juntas.

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La regulacin de las MAPs se da en muchos casos por fosforilacin, ya que como se ha indicado, las MAPs fosforiladas son inactivas. En el ciclo celular, en la fase S, se activa una quinasa, que activar los enzimas de replicacin, mientras otra quinasa, la cdc2, se encarga de fosforilar MAP4, de manera que se entrar en la fase M del ciclo celular. MAPs desestabilizadoras Las MAPs desestabilizadoras pueden actuar de dos manera diferenciadas: Aumentar la tasa de catstrofe Romper los microtbulos Existen 3 grandes grupos, segn su funcin: 1. Op18 / stathmina, que son molculas pequeas. Existen diferentes posibilidades, entre las que se ha de destacar que acten secuestrando o , o incluso GTP, de manera que no puedan unirse a los microtbulos. Otras posibilidad es que acten impidiendo la unin de la tubulina al extremo del microtbulo. 2. Superfamilia de las kinesinas. Este grupo ana un gran conjunto de protenas, que son las kinesinas. En Drosophila se conocen 37 kinesinas, mientras que se cree que en el hombre hay entre 50 y 150. Las kinesinas son protenas motoras de los microtbulos que se dirigen siempre al extremo +. Pero existe una Kinesina desestabilizadora de los microtbulos, la kin 3, que adems tiene funcin motora en direccin -. Durante la mitosis se han de tensar los microtbulos, para aproximar los cromosomas a los polos de la clula, funcin que realiza la kin 3. 3. Severing o fragmentadoras. No despolimerizan, sino que cortan los microtbulos. Adems, ya que se forman extremos GDP, los fragmentos se despolimerizarn. Un ejemplo sera katanin. Motores microtubulares Ha de existir algn sistema que una los diferentes orgnulos de la clula, permitiendo la relacin entre ellos. El sistema que los relaciona es la red de microtbulos. El sistema de microtbulos est relacionado con el movimiento intracelular, principalmente, y hay 3 o 4 sistemas bsicos: Sistema microtubular de la clula interfsica Haz mittico en las clulas en divisin Cilios y flagelos Si inhibimos los microtbulos, todos los orgnulos se desorganizarn: tanto el retculo endoplasmtico como el complejo de Golgi se fragmentarn, no habr circulacin de vesculas, las mitocondrias se desorganizaran y el ncleo se rompera. Para explicar todos los procesos de movimiento relacionados con los microtbulos son bsicas 2 tipos de protenas motoras: Dinena Kinesina Las estructuras de estas protenas son similares a las de la miosina, una cabeza con actividad ATPasa y una cola con capacidad de carga.

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DINENA Existen 2 tipos bsicos de dinenas: Dinena flagelar Tiene una cabeza con capacidad ATPasa, de muy alta frecuencia, si est unida a microtbulos. Provoca el movimiento de cilios y flagelos, generando una fuerza de deslizamiento en los microtbulos que los componen. Como la dinena citoplasmtica se desplaza por el microtbulo hacia el extremo -. Es una protena ms larga que su homloga citoplasmtica. Dinena citoplasmtica Cabeza con 2 subunidades, 2 estructuras similares a antenas y una cola. Tiene la capacidad de unirse a otros componentes de la clula. La especificidad de unin viene dada por la presencia de cadenas intermedias. La primera de las dos en descubrirse fue la dinena de cilios y flagelos, para despus conseguir aislar la citoplasmtica, radicando la diferencia entre ambas, por un lado en el tamao, y por otro, la cola que no es de unin a MT. La dinena citoplasmtica se desplaza de + a -, por lo que tena que existir una protena encargada de desplazarse en direccin contraria, que es la kinesina, que fue descubierta aproximadamente hace 10 aos. KINESINA Se compone de 2 cabezas globulares y una cola de unos 30 nm. En la cabeza encontramos las funciones de unin a ATP y de unin a microtbulos. En la cola encontramos el dominio de unin a las vesculas, mediante una cadena ligera. Se demostr fcilmente que la kinesina era la encargada del transporte de a +, mediante su unin a vesculas marcadas o a bolas de ltex, y su posterior observacin. Otro mtodo fue fijar la kinesina a un portaobjetos y depositar microtbulos por encima. Esto daba como resultado que los microtbulos se movan. Para poder visualizar estos resultados, se desarrollaron nuevas tcnicas de visualizacin. Un mtodo desarrollado fue la videoamplificacin. El mecanismo empleado para conseguir la especificidad es la abundancia de protenas, ya que en realidad no existe un solo tipo de protenas, sino que se trata de una familia de protenas. Todas las protenas de esa familia llevan carga de a +. En un mismo tipo celular podemos encontrar 3 o 4 isoformas de la kinesina. La caracterstica comn que tienen todas las kinesinas es la capacidad hidroltica que se encuentra ubicada en la cabeza, mientras que las diferencias se encuentran en las diferentes colas de la kinesina, que tienen la capacidad de cargarse de diferente manera. En una clula interfsica puede haber hasta 6 tipos de kinesinas diferentes y 2 tipos distintos de dinenas. Drogas que afectan a los microtbulos Diferentes sustancias qumicas tienen distintos efectos sobre los microtbulos. Por un lado, el taxol tiene efectos estabilizadores, mientras que la vinblastina o la colchicina desestabilizan los microtbulos. Estas drogas permiten el tratamiento de tumores. Se ha identificado el mecanismo de funcionamiento de estas protenas, por ejemplo, la colchicina acta sobre la unin de y .

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Centros organizadores de microtbulos (MTOC) En una clula podemos encontrar los microtbulos formando 3 estructuras bsicas: Red de microtbulos citoplasmtica Haz mittico de las clulas en divisin Cilios y flagelos Detrs de todos estos sistemas podemos encontrar un centro organizador de microtbulos o MTOC. El centro organizador de microtbulos controla la polimerizacin y la distribucin de los microtbulos. Podemos encontrar en el MTOC un tipo especial de tubulina, que slo est presente all, que es la tubulina. Adems encontramos una protena, la centrina. Los MTOC son todava bastante desconocidos para la biologa celular.

Centrosomas Los centrosomas son el MTOC ms importante de una clula. En su interior podemos encontrar dos estructuras de forma cilndrica, situadas perpendicularmente, que se conocen como centrolos. Durante la interfase podemos encontrar el centrosoma en la proximidad del ncleo, muy cercano a la envoltura nuclear. El centriolo tiene estructura cilndrica de aproximadamente 0,2m de ancho y 0,4 m de longitud. La pared del centrolo est formada por nueve grupos de 3 microtbulos, distribuido en tripletes. Cada triplete est inclinado hacia el eje central. Los tripletes adyacentes estn unidos a intervalos a lo largo de su longitud. En electromicrografas se pueden ver radios proteicos irradiando desde el ncleo central hasta cada triplete. Alrededor del centrosoma encontramos la regin pericentriolar o matriz del centrosoma, que es la regin del centrosoma que nuclea la polimerizacin de los microtbulos. La composicin proteica de esta matriz slo es parcialmente conocida, igual que el mecanismo a partir del cual se produce la nucleacin de los microtbulos. Sin embargo s es conocido el hecho de que est formada por protenas especficas del centrosoma, entre ellas una forma poco frecuente de tubulina, la tubulina, que puede actuar con el dmero / , colaborando en la nucleacin de los microtbulos. No todos los centros organizadores de microtbulos tienen centrolos. En las clulas mitticas de las plantas superiores, los microtbulos terminan en zonas electrodensas pobremente definidas, totalmente desprovistas de centrolos. El huso meitico del oocito de ratn tampoco presenta centrolos, aunque estos aparecern ms tarde, en el embrin en desarrollo. Pese a las diferencias de forma, todos los centros organizadores poseen una matriz que nuclea la polimerizacin de microtbulos y que normalmente est formada por tubulina y otras protenas especficas del centrosoma. Parece que el mecanismo celular de nucleacin de los microtbulos se ha conservado relativamente intacto a lo largo del proceso evolutivo. En las clulas con centrolos, la duplicacin de estos se da, junto con toda la regin pericentriolar, en la interfase. Al inicio de la fase M del ciclo celular se dividir el resultado. Pese a darse de manera simultnea en el tiempo, la duplicacin del DNA y de los centrolos es independiente. Corpsculos basales Los corpsculos basales se sitan en la base de cilios y flagelos. Estn formados a partir de microtbulos, y, bsicamente, no son ms que MTOC. De hecho se trata de centrolos que se van transformando, hasta adquirir la estructura de cilios o flagelos. Este centrolo tiene su origen en los centrosomas, a partir del cual se duplicar todas las veces que sea necesario, hasta formar los cilios y flagelos de la clula. Los MTOC han seguido una evolucin independiente del ncleo. Se trata de estructuras independientes e interconvertibles, en la mayora de los casos.

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Cilios y flagelos Tanto cilios como flagelos son muy similares en su ultraestructura, pero los flagelos tienden a ser ms largos y a estar en menor nmero en la clula. El movimiento de un cilio o flagelo est producido por la flexin de su eje, conocido como axonema, que est formado por microtbulos y por sus protenas asociadas. Los microtbulos est modificados y estn dispuestos siguiendo un patrn que sigue una estructura en forma de nueve dobletes de microtbulos, situados alrededor de 2 microtbulos simples. Esta disposicin de 9+2 es caracterstica de casi todas las formas de cilios y flagelos de las clulas eucariotas, desde los protozoos hasta los organismos ms evolucionados. Los microtbulos se extienden ininterrumpidamente a lo largo de la longitud de todo el axonema, que suele ser de 10m, aunque puede llegar a ser de 200m.

En A se muestra la seccin transversal del flagelo de Chlamydomonas en la que se puede observar la disposicin de 9+2 de los microtbulos. B es un diagrama de las partes que componen el axonema. Las diversas proyecciones de los microtbulos los mantienen unidos y se producen a intervalos regulares a lo largo del axonema. Cada miembro del par de microtbulos sencillos que componen el par central son microtbulos completos, pero los componentes de los microtbulos exteriores estn formados por un microtbulo completo y uno parcial, fusionados, de manera que comparten una pared, tal y como se aprecia en el esquema. En secciones transversales, cada microtbulo est formado por un anillo de 13 subunidades, pero los parciales estn formados por 11 subunidades. El microtbulo completo de cada doblete est relacionado con el parcial del doblete vecino mediante la dinena ciliar. La cola se une al completo, mientras que la cabeza se une al microtbulo parcial. Existen 2 brazos de dinena, el interior con 2 cabezas y el exterior con 3. Otra protena que desempea un importante papel es la nexina, que es una protena extensible. Los 9 dobletes perifricos han de estar relacionados con el par central mediante otros puentes proteicos. El movimiento flagelar se da por la accin de la dinena, que permite el desplazamiento de los microtbulos, unos sobre otros. Este desplazamiento permite la flexin del cilio, y se da hasta que la nexina alcanza su lmite de extensin, momento en que deja de darse.

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FILAMENTOS INTERMEDIOS El dimetro de estos filamentos est situado entre los de actina y los microtbulos, de ah el nombre que se les dio. El dimetro est entre 8 y 10 nm. Es un grupo muy heterogneo, ya que hay muchas protenas implicadas, que tienden a ser alargadas. Se trata de estructuras menos lbiles que la actina o la tubulina, de hecho, el trmino citoesqueleto se acu con la observacin de estas protenas tan estables e insolubles. En la mayora de las clulas animales, una extensa red de filamentos intermedios rodea al ncleo y se extiende desde esta zona hacia la periferia nuclear, donde interacciona con la membrana plasmtica. Adems, un armazn de filamentos intermedios, conocido como lmina nuclear se encuentra bajo la envoltura del ncleo. Los filamentos intermedios son ms abundantes en clulas que estn sometidas a importantes tensiones mecnicas, como ocurre muchas veces con los epitelios. Son tambin abundantes a lo largo de los axones de las clulas nerviosas y en todos los tipos musculares. A diferencia de la actina y de la tubulina, que son globulares, los tipos principales de monmeros que componen los filamentos intermedios son molculas fibrosas muy alargadas, con dominios amino y carboxilo terminales, y con un dominio intermedio, a modo de varilla. Este dominio central consta de una regin extensa de hlice , que contiene largos tndems repetidos de secuencias aminoacdicas distintas, que reciben el nombre de repeticiones en heptada. Estas secuencias de 7 aminocidos permiten la formacin de dmeros enrollados entre 2 hlices paralelas. En la siguiente etapa del ensamblaje, dos dmeros interaccionarn antiparalelamente, formando un tetrmero. Es posible que la subunidad tetramrica constituya la unidad fundamental en la formacin de los filamentos, ya que se encuentran ciertas cantidades de los tetrmeros dispersas por la clula. La disposicin antiparalela indica que el tetrmero, y, por consiguiente, el filamento carecer de polaridad, a diferencia de los filamentos de actina y los microtbulos. Los tetrmeros se irn uniendo a un filamento de manera sencilla, alinandose a lo largo del filamento y siguiendo un patrn helicoidal.

El dominio central, cuya estructura es muy similar en todos los tipos de filamentos intermedios, interviene en las interacciones laterales que forma el filamento ensamblado, ya que los aminocidos que componen los dominios globulares de la cabeza y la cola pueden variar significativamente, sin que ello afecte a la estructura axial bsica del filamento. A menudo se proyectan desde la superficie del filamento, interviniendo en las uniones con otros componentes. Esto implica una gran variedad de tamaos de las protenas que los componen, desde 40000 a 200000 daltons.

En A se presenta la hlice sencilla, formada por la repeticin de secuencias de aminocidos en heptada. Los aminocidos que propician la formacin de la hlice son hidrofbicos y son el primero y el cuarto, indicados en el grfico como a y d. En B se muestra como dos cadenas se pueden unir para formar una hlice, compuesta por las dos cadenas proteicas, unidas por los aminocidos hidrofbicos, dejando expuestos los hidrfilos. En C se muestra la estructura atmica de una de esas cadenas.

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En la mayora de clulas, casi todas las protenas de los filamentos intermedios se encuentran polimerizadas, con muy pocas subunidades tetramricas libres. Sin embargo, una clula puede regular el ensamblaje de los filamentos intermedios, controlando la cantidad, longitud y posicin. Uno de los mecanismos mediante los cuales la clula puede ejercer este control es mediante la fosforilacin de los residuos de serina en el dominio amino terminal de las protenas de los filamentos intermedios. En un caso extremo, la fosforilacin de las subunidades proteicas que componen la lmina nuclear provoca un desensamblaje de esta, lo que sucede durante la mitosis. Despus de este proceso, las serinas sern desfosforiladas, con lo que se producir la formacin de novo de la lmina nuclear. Los filamentos intermedios citoplasmticos pueden sufrir tambin alguna modificacin durante la mitosis, debido a alguna seal extracelular. Estos procesos suelen ir acompaados de fosforilacin de las subunidades, aunque pueden intervenir otros procesos reguladores. Existen muchos tipos diferentes de filamentos intermedios: Tipo de Filamento Intermedio cidas (Tipo I) Queratinas Neutras o bsicas (Tipo II) Vimentina (Tipo III) Protenas relacionadas con la vimentina : Desmina Protena glial acdica fibrilar Periferina NF-L Protenas de neurofilamentos NF-M (Tipo IV) NF-H A Lminas nucleares (Tipo V) B C Localizacin Celular Clulas epiteliales y sus derivados, como pelo o uas. Muchas clulas de origen mesenquimtico, expresada transitoriamente en el desarrollo. Msculo Clulas gliales (astrocitos y cel. Schwann) Neuronas Neuronas Lmina nuclear de las clulas eucariotas Masa (en daltons) 40000 70000 40000 70000 54000 53000 60000 56000 60000 13000 65000 75000

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Heterogeneidad de los Filamentos Intermedios Queratinas Queratinas cidas (Tipo I) 15 tipos Queratinas bsicas (Tipo II) 15 tipos Forman un heterodmero: una cida se une a una bsica. Existen muchas combinaciones. En el hombre se conocen 20 tipos diferentes de queratinas en los epitelios, junto con otras 8 queratinas, llamadas queratinas duras, en pelo y uas. A estas queratinas se las ha llamado tambin queratinas, para diferenciarlas de las queratinas de las plumas de las aves, que tienen un origen evolutivo distinto. Cada epitelio tiene una combinacin de queratinas diferente, que variar tambin en funcin del estado de diferenciacin. En el caso de los tumores se pueden emplear las queratinas a modo de marcadores, ya que permiten determinar el origen de las clulas tumorales, a la vez que pueden determinar su malignidad, ya que est puede depender del grado de diferenciacin. Una queratina en una clula epitelial forma una compleja red desde la lmina nuclear hasta la periferia de la clula. Esta red permite organizar los desmosomas y hemidesmosomas a nivel de la membrana. Encontramos, por lo tanto, diferentes tipos de protenas de asociacin de la membrana y de los filamentos de queratina. Protenas relacionadas con la vimentina Vimentina Desmina Protena Glial Acdica Fibrilar (PAGF) Periferina Son de tipo III. Las podemos encontrar en diferentes tipos celulares, tal y como se indica en el esquema de la pgina anterior. Se unen formando homdimeros. Su organizacin en la clula es similar a la de las queratinas, ya que se distribuyen formando una compleja red desde el ncleo hasta la periferia celular. La desmina es una excepcin, ya que envuelve la estructura del sarcmero. Mediante ingeniera gentica se han creado ratones que no tienen vimentina, y su desarrollo es normal. Si la deficiencia que se induce es de la PAGF pasa igual. En un principio se crea que la vimentina mantena las gotas de lpidos en los adipositos, pero en los casos de deficiencia en vimentina los adipositos son normales. Neurofilamentos Son protenas de tipo IV. Los podemos encontrar en todas las neuronas del SNC. Existen 3 tipos: L, M y H. Slo L forma los filamentos, a los que se pueden unir M y H para formar brazos laterales. Se trata, por lo tanto, de estructuras filamentosas con brazos laterales que sobresalen. Los distintos brazos laterales se pueden asociar entre ellos, formando haces de neurofilamentos, a los que tambin se asociarn microtbulos. Estos haces se extendern a lo largo del axn y de las dendritas, manteniendo su estructura. Internexina Se trata de una especializacin de neurofilamentos de algunas clulas del SNC.

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Lminas nucleares Se trata de filamentos intermedios de tipo V. Es posible que se trate del filamento intermedio ancestral. Se conocen 3 tipos de protenas: A, B y C. De las 3, slo B forma filamentos, que son cortos y forman tupidas redes. A y C mantienen la estructura en forma de red. La funcin de estas protenas es servir de punto de anclaje al resto de filamentos intermedios, con lo que permite que se establezca la estructura radial del citoplasma. Nestina Son filamentos intermedios de tipo VI. La podemos encontrar en algunas clulas madre del SNC. Permite diferenciar neuroblastmeros, de los que se diferenciarn hasta formar clulas adultas. Estructura de los filamentos intermedios Como ya se ha dicho, los filamentos intermedios forman una estructura que va desde el ncleo hasta la periferia, llegando a conectar con la membrana plasmtica. Ha de haber algo que mantenga la estructura de estos filamentos. Mediante estudios de colocalizacin, es decir, de estudios que permiten ubicar y observar la organizacin de 2 estructuras en una misma clula, se ha observado que los microtbulos siguen estructuras similares. Estos estudios se realizan con diferentes anticuerpos, marcados con diferentes fluorocromos. Se observa que la vimentina y la tubulina estn colocalizadas, pero no tienen idnticas estructuras, sino slo muy similares. Se intenta observar entonces, si alterando la distribucin de una de las 2 protenas se afecta a la otra. Mediante colchicina o bajas temperaturas se puede provocar la despolimerizacin de los microtbulos. La bajada de temperatura no afecta a la estructuracin de los filamentos intermedios, ya que para afectar a estos y provocar su desorganizacin se han de microinyectar anticuerpos especficos anti filamentos intermedios o anti protenas asociadas a ellos. Como resultado se obtiene que la modificacin de los filamentos intermedios no afecta a la distribucin de los microtbulos, pero la desestructuracin de los microtbulo provoca el colapso de las estructuras de los filamentos intermedios, por lo que se puede afirmar que la organizacin de los filamentos intermedios est gobernada por los microtbulos. El proceso para aislar los filamentos intermedios es bastante complejo, ya que se trata de estructuras poco solubles y muy estables. En primer lugar se ha de tratar la muestra de la que queremos aislar los filamentos intermedios con un detergente, como el Tritn X 100. Mediante este proceso se solubilizarn los lpidos, con lo que podremos obtener una fraccin soluble, que contendr los lpidos de membrana y las protenas solubles del citoplasma, as como todas aquellas que estuviesen integradas en la membrana. Seguiremos trabajando con la fraccin sobrante, que contendr El citoesqueleto, formado por actina y filamentos intermedios, y las protenas asociadas. Adems todava tendremos el ncleo, con todas sus estructuras, cromatina, DNA,... El siguiente paso para aislar los filamentos intermedios es tratar con ms detergente y cido, ya que as podremos eliminar la actina y las protenas asociadas, que estarn en la fraccin soluble. La fraccin no soluble se tratar con DNAasas, de manera que eliminaremos el DNA, que quedar en la fraccin soluble, por lo que en la fraccin no soluble slo habr filamentos intermedios. Slo despus de este proceso podremos estudiar los filamentos intermedios aislados y sus protenas asociadas.

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Dinmica de los filamentos intermedios Al dividirse la clulas, la lmina media se deshace y con ella la membrana nuclear. Las estructuras de los filamentos intermedios son muy similares en la parte central, tal y como ya se ha dicho, pero en las partes globulares, son ms variables. Los extremos pueden ser fosforilados por quinasas celulares, con lo que se desorganizan los filamentos, por lo que otro mtodo de control de los filamentos es la fosforilacin. Existen diferentes quinasas, al igual que existen diferentes filamentos intermedios. Una vez se ha acabado el ciclo celular, y se ha finalizado la mitosis, una fosfatasa elimina el fosfato del los filamentos, por lo que volvern a polimerizarse. Los filamentos intermedios sufren un recambio de subunidades constante. Esto se demostr por el experimento que se conoci como fotoblanqueamiento. Se inyectan subunidades del filamento a estudiar marcadas con fluorescencia, dejando un tiempo que se formen los filamentos. Despus se retira la fluorescencia y se observa como evolucionan los filamentos intermedios. Mediante un lser se suprime la fluorescencia de los filamentos, con lo que queda una zona blanqueada. Si seguimos observando, veremos que en la parte blanqueada se vuelven a colocar filamentos marcados. Los aminocidos de los extremos amino y carboxi terminales se fosforilan, con lo que se disgrega el filamento. Mediante la fosforilacin por una quinasa activa, se impide que el filamento acte con los dems filamentos colindantes. Protenas asociadas a filamentos intermedios Existen diferentes tipos de protenas asociadas a los filamentos intermedios: La filagrina es una protena de agregacin de filamentos intermedios, situada en epitelios queratinizados, como la piel, el pelo y las uas. Su funcin es formar haces de FI. Existen tambin protenas que se encargan de establecer el entrecruzamiento entre FI y otras estructuras, como la plectina, que acta en todo tipo de FI, siendo universal. Se pueden detectar estas protenas mediante extraccin diferencial con detergentes, o bien con anticuerpos marcados que permitan la deteccin de la plectina. Otra opcin es la de usar marcadores de oro coloidal, lo que la hara visible. La ubicacin ms comn de la plectina es en los nudos de FI, pero la podemos encontrar a lo largo de toda la red. Tiene la capacidad de asociarse MAPs, lo que permite la interaccin entre FI y MT. En los extremos de los filamentos encontramos la lmina , responsable de la asociacin a la lmina nuclear. La lmina es en s misma un FI. En el otro extremo de los FI encontramos la desmoplaquina, que se asocia a desmosomas y hemidesmosomas, en la membrana plasmtica de muchos tejidos epiteliales. Tambin es otra protena de unin a FI la anquirina, situada en la membrana plasmtica. Algunas protenas de origen vrico pueden tener tambin un efecto desorganizador de FI.

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RELACIONES CLULA ENTORNOMATRIZ EXTRACELULAR Es la propia clula la que fabrica el hbitat de su alrededor, pero a la vez se ve fuertemente influenciada por l. La matriz celular se puede encontrar en todo tipo de clulas, y es sintetizada por ellas. En todas las matrices extracelulares podemos encontrar tanto colgeno como proteoglucanos. Colgeno El colgeno est presente en cierta medida en todo tipo de matriz extracelular. Existen 19 tipos de colgeno conocidos. En cada tejido podemos encontrar diferentes tipos de colgeno. En un mismo tejido ser mayoritaria una forma del colgeno, que unindose a las dems formas minoritarias formar la matriz extracelular. Todos los tipos de colgeno son fruto de la unin de 3 cadenas polipeptdicas, que se combinan en forma de hlice , con lo q