Citoesqueleto y movilidad celular

1. Citoesqueleto y movilidad celular M. en C. Carlos Gerardo Castillo Sosa FMVZ-BUAP Primavera 2012

2. El Citoesqueleto • Compuesto de tres estructuras filamentosas bien definidas: • Microtúbulos • Microfilamentos • Filamentos intermedios • Son polímeros de subunidades proteicas unidas por enlaces no covalentes

4. Revisión de las funciones del citoesqueleto • Un andamio dinámico que brinda soporte estructural • Un marco interno que establece las posiciones de los organelos • Una red de rieles • El aparato generador de fuerza que mueve la célula de un sitio a otro • Componente esencial para la división celular

9. Microtúbulos • Son estructuras tubulares huecas • Forman huso mitótico y centro de cilios y flagelos • La pared esta constituida por hileras longitudinales llamadas protofilamentos • Cada protofilamento esta ensamblado por bloques dimericos • Tubulina α y tubulina β

10. Microtúbulos • Un extremo del microtúbulo termina con una fila de subunidades beta y se llama extremo mas • El extremo contrario termina con subunidades alfa y se llama extremo menos

13. Las MAP • Proteínas asociadas a microtúbulos ( MicrotubulesAsociatedProteins) • Incrementan la estabilidad de los microtúbulos y promueven su ensamble • La actividad de las MAP se controla principalmente con la adición y el retiro de grupos fosfato

15. Microtúbulos como soportes y organizadores estructurales • La distribución de los microtúbulos ayuda a determinar la forma de la célula • También participan en el mantenimiento de la organización interna de la célula

17. Microtúbulos como agentes de motilidad intracelular • Transporte axónico • La mayor parte de los materiales de una neurona motora, como moléculas neurotransmisoras, se incluyen en compartimentos dentro de vesículas membranosas • Luego se transportan por toda la longitud del axón • 0.5 µm por segundo • Dirección anterógrada

20. Proteínas motoras • Estas proteínas convierten la energía química (ATP) en energía mecánica • Transportan: vesículas, mitocondrias, lisosomas y otros filamentos del citoesqueleto • Tres grandes familias: • Cinesinas • Dineínas • Miosinas • Los filamentos intermedios no tienen motores proteicos

21. Las proteínas motoras se mueven por pasos en una sola dirección a lo largo del riel de citoesqueleto • Sufre un cambio de conformación: ciclo mecánico • Ciclo químico: • Unión de una molécula de ATP con el motor, • Hidrólisis del ATP • Unión a una nueva molécula de ATP • Proporciona un “golpe” que mueve el motor

22. Cinesinas • Las proteínas motoras mejor estudiadas • Tetramero, dos cadenas ligeras y dos pesadas • Tienen un par de cabezas globulares que se unen al microtúbulo y actúan como “maquinas” generadoras de fuerza • Hidrolizan ATP • Cabeza, cuello y cola con forma de abanico

23. Cadena pesada Cadena ligera Bisagra flexible Tallo Cabezas Cuello Cola

25. Una sola molécula de cinesina se mueve por un solo protofilamento de un microtúbulo • Velocidad proporcional a la concentración de ATP • 0.1 µm por segundo • El movimiento es muy progresivo • Superfamilia de proteínas conocidas como KLP • Los mamíferos producen hasta 45 KLP distintas

26. Las porciones motoras de las KLP tienen secuencias de aminoácidos relacionadas • Las colas de las KLP tienen secuencias diversas • La cinesina y la mayoría de las KPL se mueven hacia el extremo mas del microtúbulo

27. Dineinas • Es una proteína muy grande, formada por dos cadenas pesadas idénticas y varias cadenas intermedias y ligeras • Cada cadena pesada consiste en una cabeza globular grande con dos proyecciones alargadas (tallo) • Actúa como una maquina generadora de fuerza • Tiene una proyección larga, conocida como pie, que esta relacionada con el cargamento

29. La dineína se mueve hacia el extremo menos del microtúbulo • Dos funciones principales: • Un agente generador de fuerza para el posicionamiento del huso y el movimiento de los cromosomas durante la mitosis • Un motor microtubular dirigido al extremo menos para el movimiento de organelos y vesículas

32. Centros organizadores de los microtúbulos • La función de un microtúbulo en la célula dependerá de su localización • Ensamble de microtúbulos en dos fases: • Nucleación, fase lenta • Elongación, fase rápida • Relacionadas con los centros organizadores de microtúbulos (MTOC)

34. Los MTOC tienen funciones similares en todas las células • Controlan el numero de microtúbulos • Su polaridad • Numero de protofilamentos • Momento y localización de su ensamble • Tubulina gamma

35. Función de la tubulina gamma en el ensamblaje de los microtúbulos

36. Las propiedades dinámicas de los microtúbulos • Presentan diferencias en su estabilidad • Los microtúbulos del huso mitótico son muy lábiles • Los microtúbulos de las neuronas son mucho menos lábiles • Los de cilios y flagelos son muy estables • La labilidad refleja el hecho de que los microtúbulos son polímeros formados por enlaces no covalentes

37. Los microtúbulos del citoesqueleto están sujetos a despolimerización y repolimerizacion • Para el ensamble se necesita GTP • El GTP se une con la tubulina beta • La incorporación del dímero no necesita de la hidrólisis de GTP • El GTP se hidroliza poco después y el GDP resultante permanece unido al polímero permanentemente

38. Disposiciones de los microtúbulos durante el ciclo celular de una célula vegetal

41. Filamentos intermedios • Son fibras fuertes, similares a cuerdas • Proporcionan fuerza mecánica a las células que se someten a tensión física • Neuronas • Células musculares • Células epiteliales de cavidades

42. Filamentos intermedios • Se han identificado solo en células animales • Se conectan con otros tipos de filamentos por medio de una proteína llamada plectina • Estructuralmente heterogéneo • Cinco clases principales de subunidades • De acuerdo a su distribución tisular

46. Ensamble y desensamble de los filamentos intermedios • Unidad básica formada por un tetrámero • El filamento ensamblado carece de polaridad • Menos sensibles a otros agentes químicos • Mas difíciles de disolver • Tienen un comportamiento dinámico in vivo

48. Tipos y funciones de los filamentos intermedios • Los filamentos de queratina constituyen las principales proteínas estructurales de las células epiteliales • Hepatocitos • Células epidérmicas • Células acinares pancreáticas • En neuronas, neurofilamentos • Formados por 3 proteínas distintas: NF-L, NF-H y NF-M

50. Ratones modificados genéticamente • Delecion en el gen que codifica para K14 • Polipéptido de queratina, encontrado en células de epidermis • Muy sensibles al mas mínimo traumatismo • Epidermolisis ampollar simple • Miopatía relacionada con desmina • Enfermedad de Lou Gehrig o esclerosis lateral amiotrofica