Comportamientos Intracelulares: Retículo Endoplásmico, Complejo de Gogi, Endosomas, Lisosomas y Peroxisomas (página 2)

El centrosoma está compuesto normalmente por dos
centriolos rodeados por un material granuloso difuso
conocido como material pericentriolar.

Los centriolos no son imprescindibles para la
formación de MTOCs.

La tubulina ? (gamma). Se pueden ver los
anillos de tubulina ? en la base de los MTs que emergen del
centrosoma. Los complejos con forma de anillo de tubulina ?
sirven como núcleo para el ensamblaje de nuevos
MTs.

Antes de la profase, el centrosoma se replica dando
lugar a dos centrosomas hijos. Estos se separan durante la
profase temprana y se mueven a lados opuestos de la célula
donde sirven como los polos del huso mitótico.

Córtex celular: La red de actina
desarrollada por debajo de la membrana
plasmática.

Ciertas drogas afectan al ensamblaje de los
microtúbulos.

Drogas antimitóticas (colchicina o
nocodazol –se usa en vez de colchicina porque los
efectos pueden revertirse, vinblastina y la
vincristina) porque desorganizan el huso mitótico
de las células en división, bloqueando el progreso
de la mitosis. La sensibilidad del huso mitótico a estas
drogas es comprensible ya que las fibras del huso están
compuestas por muchos microtúbulos.

La vinblastina y la vincristina tienen
aplicación médica como drogas
anticancerosas.

El taxol se usa también en el tratamiento
de algunos tipos de cáncer, en especial en el de
cáncer de mama.

Las MAPs motoras se denominan así porque
usan ATP para dirigir el transporte de vesículas u
orgánulos o para generar fuerzas de deslizamiento entre
MTs. Entre ellas se encuentran la quinesina y la
dineína.

Las MAPs no motoras parecen controlar la
organización de los microtúbulos en el
citoplasma.

El correcto funcionamiento del sistema nervioso depende
de las conexiones que establecen las neuronas entre sí y
con otros tipos celulares. Para ello las neuronas emiten
prolongaciones llamadas neuritas.

Microfilamentos

Con un diámetro cercano a los 7 nm, los
microfilamentos (MFs) son los filamentos más
pequeños del citoesqueleto. Funcionan en las fibras
contráctiles de las células musculares donde
interaccionan con filamentos de miosina, más gruesos, para
provocar la contracción característica del
músculo. Los MFs no son exclusivos de las
células eucariotas y participan en muchos otros
fenómenos que incluyen varias funciones locomotoras y
estructurales.

Los movimientos celulares en los que participan los
microfilamentos son el movimiento ameboide, movimiento de
las células sobre un sustrato al que están unidas y
las corrientes citoplásmicas, un patrón de
flujo citoplásmico regular de algunas células
vegetales y animales.

Los MFs también producen los surcos de
segmentación que dividen el citoplasma de las
células animales durante la citocinesis.

Los MFs también están presentes en los
lugares de unión de una célula con otra y con la
matriz extracelular. Los MFs también son importantes en el
desarrollo y mantenimiento de la forma celular.

Casi todas las células animales poseen una
intrincada red de microfilamentos justo debajo de la membrana
plasmática que se denomina córtex celular.
El córtex aparta rigidez estructural en la superficie de
la célula y facilita los cambios de forma y el movimiento
celular.

La actina es la proteína con la que se
construyen los microfilamentos.

La actina extremadamente abundante en todas las
células eucariotas incluyendo las células de las
plantas, las algas y los hongos. Se sintetiza como un
único polipéptido de 375 aminoácidos,
con un peso molecular aproximado de 42
kDa. Una vez sintetizada se pliega tomando una forma
similar a una U, con una cavidad central que une ATP o ADP. Las
moléculas individuales de actina se denominan
actina-G (actina globular).

Bajo las condiciones apropiadas, las moléculas de
actina-G polimerizan para formar microfilamentos, esta forma se
conoce como actina-F (actina filamentosa). La
actina tanto en forma G como F se une a muchas otras
proteínas. Estas proteínas de unión a
actina bien regulan y modifican la función de la
actina.

En las células existen diferentes tipos de
actinas y de proteínas relacionadas con la
actina.

La actina es la más conservada de los tres
tipos de proteínas del citoesqueleto.

Además de los diferentes tipos de actinas existe
una colección de proteínas parecidas que se
denominan proteínas relacionadas con la actina
(Arps).

Arp2 y Arp3 participan en la nucleación de
nuevos microfilamentos en las células en
migración.

Los monómeros de actina-G polimerizan en
microfilamentos de actina-F.

Los monómeros de actina-G pueden polimerizar
reversiblemente en filamentos.

Todos los monómeros de actina están
orientados la misma dirección dentro de un mismo
microfilamento, por lo que el MF, posee una polaridad inherente
con un extremo que difiere del otro tanto química como
estructuralmente.

Subfragmento 1 de la miosina (S1):
Fragmento proteolítico de la miosina. Los fragmentos S1 se
unen o decoran a los MFs de atina siguiendo un patrón en
forma de flecha con todas las moléculas de S1 apuntando en
la misma dirección. Basándose en este patrón
en forma de flecha, frecuentemente se utilizan los
términos extremo puntiagudo (menos) y extremo
barbado (más) para identificar los
extremos.

La polaridad de los microfilamentos se refleja en la
incorporación o pérdida de actina-G, más
rápida en el extremo más y la incorporación
o pérdida de actina más lenta en el extremo
menos.

Los extremos en crecimiento de un MF tienden a tener
ATP-actina.

Los MF pueden alongarse con ADP-actina.

Las células pueden regular
dinámicamente la manera y el lugar donde se ensambla la
actina.

Las células que se desplazan por un sustrato,
tienen estructuras especializadas en su extremo de avance
denominadas lamelipodios y filopodios que les permiten
caminar sobre la superficie.

En aquellas células que están fuertemente
adheridas al sustrato y que no se mueven bien existen unos haces
de actina denominados fibras de estrés o de
refuerzo. Las células que se mueven
rápidamente no poseen estos haces de actina tan
peculiares.

La actina de los lamelipodios está pero
organizada que la de los filopodios.

Ciertas proteínas y drogas específicas
afectan a la dinámica del polímero en los extremos
de los microfilamentos.

Tanto las proteínas como los lípidos de
membrana regulan la formación, estabilidad y la ruptura de
los MFs.

En ausencia de otros factores el crecimiento de los
microfilamentos depende de la concentración de actina-G
unida a ATP.

En la célula no se dispone de una gran cantidad
de actina-G libre para la formación de microfilamentos
porque la mayoría está unida a la proteína
timosina ß4.

Las drogas que provocan la despolimerización de
los microfilamentos afectan a la capacidad de la célula
para incorporar actina-G en los extremos más de los
MFs.

Las citocalasinas bloquean la
incorporación de nuevos monómeros a los MFs
polimerizados existentes.

Latrunculina A actúa secuestrando los
monómeros de actina impidiendo su incorporación en
los extremos más de los MFs en crecimiento.

El crecimiento depende además de que los
microfilamentos estén o no encasquetados. El
encasquetamiento tiene lugar cuando una proteína
casquete se une al extremo del filamento e impide la
incorporación o pérdida adicional de subunidades,
provocando así su estabilización. Una de estas
proteínas que actúan como una capucha en los
extremos más de los microfilamento se denomina
CapZ. Cuando CapZ se une al extremo del filamento se
bloquea la incorporación adicional de subunidades en el
extremo más.

Los lamelipodios contienen filamentos de actina
que constituyen una red en forma dendrítica o de
árbol.

Los enfermos que no pueden producir WASP
funcional, tiene un déficit en la capacidad de sus
plaquetas de cambiar de forma y como consecuencia tiene problemas
de coagulación sanguínea.

Las forminas son necesarias para ensamblar
ciertas estructuras de F-actina como los haces compactos y el
anillo contráctil de la división
celular.

Las pequeñas proteínas G Rac, Rho y
Cdc42 son importantes reguladores de la polimerización
de atina dentro de las células. La
estimulación de la vía de Rac tiene como
resultado la extensión de lamelipodios y la
inhibición de Rac impide esta respuesta normal al PDGF. La
activación de la vía de Rho tiene como
resultado la formación de fibras de refuerzo y la
inactivación de Rho impide la aparición de fibras.
La activación de Cdc42 produce la formación
de filopodios.

La estructura local del citoesqueleto de actina depende
del funcionamiento de proteínas de unión a
actina y de cómo interaccionan éstas con los
microfilamentos. Un buen ejemplo de la función de las
proteínas de unión a actina es el del
córtex celular. El córtex celular
es una malla tridimensional de microfilamentos y proteínas
asociadas, localizada justo debajo de la membrana
plasmática de casi todas las células animales. El
córtex sostiene la membrana plasmática confiere
rigidez a la superficie celular y facilita los cambios de forma y
el movimiento celular.

Gelsolina: Cuya función es romper los MFs
de actina y encasquetar los extremos más recién
expuestos impidiendo su polimerización
posterior.

Los haces de filamentos de actina forman el
núcleo de las microvellosidades.

Las microvellosidades (o microvilli) son
un rasgo muy importante de las células de la mucosa
intestinal. Una sola célula del intestino delgado tiene
cientos de microvellosidades cada una de ellas de 1-2
&µm de longitud y 0.1 &µm de diámetro,
lo que aumenta la superficie de la célula unas 20
veces.

El corazón de una microvellosidad intestinal
está formado por un haz de microfilamentos.

Fimbrina y villina llamadas también
proteínas formadoras de haces de actina.

En base de la microvellosidad el haz de MFs se extiende
formando una red de filamentos conocida como la red
terminal. Los filamentos de esta están compuestos
principalmente de miosina y espectrina que conectan
los microfilamentos entre sí con proteínas de la
membrana plasmática y posiblemente también con los
filamentos intermedios que se hallan bajo la red terminal. La
red terminal confiere rigidez a las microvellosidades
anclando sus haces de MFs de tal manera que se proyecten erguidos
desde la superficie celular.

Los MFs participan íntimamente en el movimiento
celular y en el estrangulamiento de la membrana celular durante
la citocinesis.

Las proteínas de unión a actina de la
familia FERM son un grupo de proteínas cuya función
general parece ser la de unir los microfilamentos a las
membranas. Si estas proteínas están mutadas muchos
procesos celulares como la citocinesis, la secreción y la
formación de microvellosidades se ven
afectados.

Filamentos
intermedios

Los filamentos intermedios (FIs) tienen un
diámetro aproximado de 8-12nm, lo que les
confiere un tamaño intermedio entre los
microtúbulos y los microfilamentos o entre los filamentos
finos (actina) y gruesos (miosina) en las
células musculares donde se describieron por primera
vez.

Los filamentos intermedios son el elemento más
estable y menos solubles de los constituyentes del
citoesqueleto.

Los Fis parecen no tener polaridad.

Las proteínas de los filamentos intermedios
son específicas para cada tejido.

Los filamentos intermedios sólo se encuentran en
organismos pluricelulares.

Podemos diferenciar seis clases de Fis: Las clases I
y II comprenden a las queratinas, las proteínas
que constituyen los tonofilamentos de las células
epiteliales que tapizan las superficies del cuerpo y bordean sus
cavidades. Las queratinas de clase I son queratinas
ácidas mientas que las de clase II son
queratinas básicas o neutras cada una de
estas clases está formada por al menos 15 queratinas
diferentes.

La clase III de Fis la componen la vimentina,
la desmina y la proteína gliofibrilar ácida. La
vimentina está presente en el tejido conjuntivo y
en otras células derivadas de células no
epiteliales. La desmina se encuentra en las células
musculares y la proteína gliofibrilar ácida
(GFA) es característica de las células
gliales que rodean y aíslan a las células
nerviosas.

La clase IV de Fis constituyen las
proteínas de los neurofilamentos (NF) que se
encuentran en los neurofilamentos de las células
nerviosas.

La clase V son las láminas nucleares A,
B y C que forman un andamio filamentoso bajo la
superficie interna de la membrana nuclear de prácticamente
todas las células eucariotas.

Las neurofilamentos de las células embrionarias
del sistema nervioso están formados por nestina que
constituye la clase VI.

Clase de filamentos intermedios:

La actina y la tubulina son
proteínas globulares los Fis son
proteínas filamentosas.

Los filamentos intermedios confieren resistencia
mecánica a los tejidos.

Los filamentos intermedios se localizan con
frecuencia en lugares de célula sometidos a estrés
mecánico por lo que se cree que desempeñan una
función de resistencia a la tensión.

En las células epiteliales los
tonofilamentos compuestos de queratina rodean unas placas
conocidas como desmosomas que son puntos de unión
fuertes entre dos células vecinas.

El hemidesmosoma establece conexiones entre la
superficie basal de una célula epitelial y la matriz
extracelular.

En el ser humano no existen mutaciones naturales en
las queratinas, que provocan una enfermedad en la que se producen
frecuentes ampollas en la piel denominada
epidermólisis bullosa simple.

La lámina nuclear está compuesta
por tres Fis diferentes llamados lámina nuclear A,
B y C.

Los microtúbulos resisten la distorsión
cuando se comprime a una célula mientras que los
microfilamentos funcionan como elementos contráctiles que
generan tensión. Los filamentos intermedios son
elásticos y pueden resistir fuerzas de
tensión.

La integración mecánica de los filamentos
intermedios, los microfilamentos y los microtúbulos es
posible gracia a la acción de proteínas de
unión que los conectan entre sí.

Los desmosomas y los hemidesmosomas están unidos
a los filamentos intermedios a través de los miembros de
la familia de proteínas de la plaquina.

La plectina es una proteína de
unión versátil que se encuentra en lugares de
conexión entre los filamentos intermedios y los
microfilamentos o los microtúbulos.

Movimiento
celular: motilidad y contractilidad

El citoesqueleto de las células eucariotas
da forma a la célula y le proporciona un andamiaje
intracelular que organiza ciertas estructuras en su interior.
Este andamiaje tiene una función dinámica en la
motilidad celular.

Motilidad celular: Esta comprendería el
movimiento de una célula (o un organismo completo) a
través de su ambiente.

La contractilidad: Termino utilizado
frecuentemente para describir el acortamiento de las
células musculares representa una forma especializada de
motilidad.

SISTEMAS MOVILES

La motilidad tiene lugar en el nivel tisular,
celular y subcelular.

En el ser humano, el músculo esquelético
representa alrededor del 40% del peso corporal y consume una
cantidad significativa de nuestro presupuesto energético
total.

Corrientes citoplásmicas: El citoplasma
está sujeto a un patrón rítmico de
flujo.

Los microtúbulos y microfilamentos del
citoesqueleto proporcionan el andamiaje básico para
proteínas motoras especializadas o
mecanoenzimas que interaccionan con el citoesqueleto para
generar movimiento en el nivel molecular. Los efectos combinados
de estos movimientos moleculares provocan el movimiento en el
nivel celular.

Existen dos sistemas principales de movilidad en los
eucariotas. En el primero se producen interacciones entre
los microtúbulos y motores moleculares especializados. Los
microtúbulos son abundantes en la célula y se usan
en una gran variedad de movimientos intracelulares. Un ejemplo
especifico del movimiento basado en los
microtúbulos es el transporte axonal
rápido uno de los procesos mediante el cual una
célula nerviosa transporta materiales desde la zona
central de la célula a las zonas periféricas. El
segundo tipo de movilidad en los eucariotas está
basado en las interacciones entre los microfilamentos de actina y
los motores moleculares que pertenecen a la familia de la
miosina. Un ejemplo conocido del movimiento basado en
los microfilamentos es la contracción
muscular.

MOVIMIENTO INTRACELULAR BASADO EN LOS
MICROTUBULOS QUINESINA Y DINEINA

Los microtúbulos (MTs) constituyen
un conjunto de pistas rígidas para el transporte de varios
orgánulos membranosos y vesículas.

El centrosoma organiza y orienta los MTs debido a
que el extremo menos de la mayoría de los
microtúbulos se encuentra embebido en el centrosoma. El
centrosoma se encuentra normalmente cerca del centro de la
célula.

El trabajo mecánico que se necesita para el
movimiento depende de las proteínas motoras asociadas
en los microtúbulos (MAPs motoras) que se unen
a los orgánulos y después caminan a lo largo del MT
siendo el ATP quien proporciona la energía
necesaria.

Se conocen dos familia principales de MAPs motoras:
quinesinas y dineínas.

Transporte axonal rápido: Consiste en el
movimiento de vesículas que contienen proteínas y
otros orgánulos a lo largo de los MTs.

Axoplasma aislado: el citoplasma de los
axones.

Los filamentos a lo largo de los cuales se
desplazaban los orgánulos eran los
microtúbulos.

La quinesina media el transporte desde el soma al
terminal nervioso a través del axón (este
transporte se denomina transporte axonal
anterógrado). Cuando se llevaron a cabo experimentos
similares añadiendo dineína purificada las
partículas se desplazaron en dirección contraria
hacia los extremos menos de los MTs (este transporte se conoce
como transporte axonal retrógrado).

Las quinesinas se mueven a lo largo de los
microtúbulos a través de la hidrólisis de
ATP.

Las quinesinas se identificaron por primera vez
en el axón gigante de calamar. Estas quinesinas
clásicas constan de tres partes: La cabeza globular
que se une a los microtúbulos y que está implicada
en la hidrólisis de ATP, una región
helicoidal y una cadena ligera que está
implicada en la unión de la quinesina a otros
orgánulos o proteínas.

Las dineínas pueden agruparse en dos clases
principales: del axonema y citoplasmáticas.

La familia de las MAPs motoras de la dineína
está formada por dos tipos principales: las
dineínas citoplásmicas y las dineínas
del axonema.

Las dineínas citoplásmicas: Poseen
dos cadenas pesadas que pueden interaccionar con los
microtúbulos, tres cadenas intermedias y cuatro cadenas
ligeras. Las dineínas citoplásmicas se desplazan
hacia el extremo menos de los MTs. Las dineínas
citoplásmicas no pueden unirse de una manera eficaz a los
orgánulos por sí mismas. Para ello necesitan
asociarse a un complejo conocido como
dinactina.

El complejo de Golgi consiste en una pila de
membranas aplanadas localizadas en la región del
centrosoma. La función del complejo de Golgi es
recibir las proteínas fabricadas en el retículo
endoplásmico (RE) y procesarlas y empaquetarlas para su
distribución a las zonas celulares correspondientes.
Encada una de las etapas de este proceso, las proteínas se
transportan en vesículas. Las vesículas son
transportadas sobre los microtúbulos gracias a MAPs
motoras.

Los extremos menos están anclados en el
centrosoma por lo que todas las vesículas fabricadas por
el RE en varias partes de la célula, se desplazan hacia el
centrosoma.

Si se induce la despolimerización de los MTs
con la droga nocodazol se produce la dispersión del
complejo de Golgi.

Las MAPs motoras y los microtúbulos posibilitan
un tráfico bidireccional de vesículas desde y hacia
el complejo de Golgi.

MOVIEMIENTOS BASADOS EN LOS
MICROTUBULOS

Los cilios y los flagelos son apéndices
móviles propios de las células
eucariotas.

Los microtúbulos no sólo son cruciales
para los movimientos intracelulares sino también para el
movimiento de cilios y flagelos. Ambos apéndices tiene la
misma base estructural y sólo se diferencian en su
longitud, en el número por célula y en la manera en
que baten.

Los cilios tiene una diámetro
aproximado de 0.25 &µm y una longitud
entre 2 y 10 &µm de largo y suelen presentarse
en un número elevado en la superficie de las
células ciliadas. Cada cilio está rodeado por una
extensión de la membrana plasmática y es por lo
tanto una estructura intracelular. Los organismos
unicelulares como los protozoos utilizan los cilios tanto
para la locomoción como para la recolección de
partículas alimenticias.

En los organismos pluricelulares los cilios
sirven principalmente para hacer pasar el medio alrededor de la
célula más que para impulsar la célula por
el medio.

Uno de los efectos nocivos del humo del tabaco es
que inhibe el batido ciliar.

Los flagelos mueven a la célula a
través de un medio fluido. Son mucho más largos
-desde 1 &µm hasta 100 a 200
&µm– y suelen estar limitados a uno o unos pocos
por célula. Los flagelos están rodeados por una
extensión de la membrana plasmática. Los flagelos
se mueven con un movimiento curvo propagado.

Los cilios y los flagelos están formados por
un axonema unido a un corpúsculo basal.

Los cilios y los flagelos poseen una estructura
común que consiste en un axonema o en cilindro
principal de túbulos, con un diámetro
aproximado de 0.25 &µm. El axonema está
conectado a un corpúsculo basal y rodeado por una
extensión de la membrana celular. Entre el axonema y el
corpúsculo basal existe una zona de
transición donde los microtúbulos cambian la
disposición que tenían en el corpúsculo
basal a la disposición característica del
axonema.

El corpúsculo basa está constituido
por nueve grupos de estructuras tubulares organizadas alrededor
de su circunferencia. Cada grupo se denomina triplete
porque está formado por tres túbulos con sus
paredes compartidas –un microtúbulo completo y dos
microtúbulos incompletos.

Una vez que el ensamblaje de los túbulos
ha comenzado, el centriolo pasa a denominarse
corpúsculo basal.

El axonema tiene una disposición
característica conocida como -9+2- con nueve dobletes
de túbulos externos y dos microtúbulos
adicionales en el centro, conocidos habitualmente como par
central.

Cada doblete del axonema está por tanto
constituido por un MT completo denominado el túbulo
A y un MT incompleto el túbulo B. El
túbulo A tiene 13 protofilamentos mientras que el
túbulo B solo 10 u 11. Los dos túbulos
del par central son completos con 13 protofilamentos
cada uno. Todas estas estructuras contienen tubulina y una
segunda proteína denominada tectina. La tectina
está relacionada con las proteínas de los
filamentos intermedios y es n componente imprescindible del
axonema.

El axonema posee otras estructuras como un conjunto de
brazos exteriores que se proyectan hacia fuera desde cada
uno de los túbulos A de los nueve dobletes externos. Cada
brazo exterior se proyecta en sentido horario hacia el
túbulo B del doblete adyacente. Estos brazos están
formados por dineína, que es la encargada de deslizar los
MTs unos sobre otros para doblar el axonema.

Existen dos brazos de dineína, un brazo
interior y otro exterior, que se encuentran dispuestos a
intervalos regulares a lo largo del MT. Los dobletes adyacentes
están unidos a intervalos menos frecuentes por uniones
interdoblete. Se cree que estas uniones limitan la distancia
que un doblete puede desplazarse con respecto a otro cuando el
axonema se curva.

Espinas radiales: Se proyectan hacia el interior
desde cada uno de los nueve dobletes de MT y que acaban cerca de
un conjunto de proyecciones que se extienden desde el exterior
del par central de microtúbulos.

Aparte de la unión de las espinas radiales al par
central, una proteína denominada nexina une los
dobletes adyacentes entre sí.

El deslizamiento de los microtúbulos en el
axonema provoca que los cilios y los flagelos se
doblen.

Modelo de deslizamiento de microtúbulos de
cilios y flagelos, este deslizamiento produce un incurvamiento
localizado debido a que los dobletes del axonema están
conectados radialmente al par central y circunferencialmente
entre si y por lo tanto no pueden deslizarse libremente uno sobre
otro.

Los brazos de dineína son los responsables del
deslizamiento: La fuerza motriz para el deslizamiento de los
MTs la proporciona la hidrólisis del ATP catalizada por la
actividad ATPasa de los brazos de dineína.

Existen motores tanto de movimiento hacia el extremo
más como hacia el extremo menos y que transportan
componentes hacia y desde los extremos de los flagelos. Este
proceso conocido como transporte intraflagelar. Una
quinesina parece transportar el material hacia el extremo del
flagelo y una dineína lleva el material de vuelta a la
base del flagelo.

MOVIMIENTOS CELULARES DEPENDIENTES DE
ACTINA: LAS MIOSINAS

El principal sistema de filamentos de la célula
el citoesqueleto de actina es también capaz de
desplazar molécula y otros componentes
celulares.

Las mecanoenzimas funcionan como motores
dependientes de ATP que ejercen tensión sobre los
microfilamentos de actina en la célula. Las mecanoenzimas
pertenecen a una familia conocida como miosinas. Se
conocen al menos 18 clases de miosinas. Todas las miosinas tienen
una cadena polipeptídica denominada cadena pesada,
con una cabeza globular en un extremo unida a una cola de
longitud variable.

Cadenas ligeras: Desempeñan frecuentemente
un papel en la regulación de la actividad ATPasa de la
miosina.

La miosina I y la miosina V parecen unirse a membranas,
lo que sugiere que pueden intervenir el movimiento de la membrana
plasmática o en el trasporte de orgánulos de
membrana dentro de la célula.

Melanocitos: Células que producen
pigmento. Queratinocitos células del pelo
que toman el pigmento.

Parece ser necesaria una miosina V para el correcto
posicionamiento del retículo endoplásmico liso en
las células nerviosas.

Las miosinas de tipo II: Está formada por
dos cadenas pesadas, cada una con una cabeza globular de miosina,
una región bisagra. Estas miosinas se encuentran en
las células del músculo liso, del músculo
cardíaco y del esquelético al igual que en
células no musculares. Las miosinas de tipo II
tiene la característica de que pueden juntarse para formar
filamentos largos como los filamentos gruesos de las
células musculares. La función primordial de las
miosinas de tipo II en todas los tipos celulares es trasformar la
energía del ATP en fuerza mecánica que provoque el
deslizamiento de los filamentos de actina sobre las
moléculas de miosina, produciéndose así la
contracción de la célula.

La distancia media de una miosina II puede
deslizarse sobre un filamento de actina es de 12-15 nm. Al
igual que la quinesina, la miosina II es un motor
eficaz.

Es útil comparar los dos motores proteicos
citoesqueléticos: la quinesina clásica y la
miosina II. Los dos tiene dos cabezas que usan para
caminar a lo largo del filamento proteico y ambos se valen de la
hidrólisis del ATP para cambiar su forma.
Diferencias: Las quinesinas convencionales
trabaja solas o en pequeños grupos para trasportar
vesícula a largas distancias, una única quinesina
puede moverse cientos de nanómetros a lo largo de un
microtúbulo. Una única molécula de
miosina II no puede desplazarse sobre el filamento. A
cambio las moléculas de miosina II pueden trabajar
formando grupos grandes. En el caso de los filamentos de miosina
del músculo, los grupos pueden contener billones de
motores trabajando conjuntamente.

MOVIEMIENTO BASADO EN LOS FILAMENTOS:
EL MUSCULO

La concentración muscular es el ejemplo de
trabajo mecánico mediado por filamentos intracelulares
más conocidos.

Las células del músculo
esquelético están formadas por filamentos finos y
gruesos.

Los músculos esqueléticos son los
responsables del movimiento voluntario. Un músculo
está formado por haces de fibras musculares
paralelas que se unen mediante tendones al hueso que el
músculo debe mover.

Miofibrillas: Las miofibrillas tienen un
diámetro de 1-2 &µm. Cada
miofibrilla está subdividida en unidades que se repiten y
que se denominan sarcómeros. El sarcómero es
la unidad contráctil elemental de la célula
muscula. Cada sarcómero posee haces de filamentos
gruesos y de filamentos finos.

Los filamentos gruesos están formados por
miosina, mientras que los filamentos finos están
formados básicamente por actina.

Los filamentos finos están organizados alrededor
de los filamentos gruesos siguiendo un patrón
hexagonal.

El patrón de bandas o estrías es
característico del músculo esquelético y del
cardíaco y es por esta razón por la que se les
clasifica como músculos estriados.

Las bandas oscuras se denominan bandas A y las
bandas claras bandas I. I viene de
isótropa y A de
anisótropa.

La región más clara en la mitad de cada
banda A se denomina zona H (de la palabra alemana
hell que significa -claro).

Recorriendo el centro de la zona H se encuentra la
línea M, que contiene miomesina, una
proteína que mantiene unidos entre sí a los
filamentos de miosina.

En la mitad de cada banda I se observa una línea
densa, el disco Z (de la palara alemana zwischen que
significa -entre-). La distancia entre un disco Z y el siguiente
determina la longitud de un sarcómero. Un sarcómero
mide 2.5 – 3 &µm en el estado relajado,
pero esta longitud se hace más pequeña a medida que
el músculo se contrae.

Los sarcómero están formados por grupos
ordenados de actina, miosina y proteínas
accesorias.

El patrón estriado del músculo
esquelético y el acortamiento de los sarcómeros
durante de la contracción se puede explicar atendiendo a
los filamentos gruesos y finos que conforman las
miofibrillas.

Filamentos gruesos: Los filamentos gruesos de las
miofibrillas tiene un diámetro de 15 nm y
una longitud aproximada de 1.6 &µm. Se
sitúan paralelos unos a otros en la mitad del
sarcómero. Cada filamento grueso está formado por
multitud de moléculas de miosina. Las moléculas de
miosina son largas y finas y presentan un peso molecular
aproximado de 510 kDa.

Los pares de cabezas se distancian entres si
14.3 nm a lo largo del filamento grueso.

Filamentos finos: Los filamentos finos tiene un
diámetro de 7 nm y una longitud
aproximada de 1 &µm y son los únicos
filamentos que se encuentran en las bandas I de la miofibrilla.
Cada banda I contiene dos series de filamentos finos, una a cada
lado del disco Z, que se extienden hacia la banda A del centro
del sarcómero hasta introducirse en ella. La
longitud de las bandas I es casi 2
&µm en un músculo distendido. El
filamento fino está constituido por actina. Los
filamentos finos son cadenas lineales de actina F entretejidas
con las proteínas tropomiosina y
troponina.

La tropomiosina es una molécula larga con
forma de bastón que encaja en el hueco de la hélice
de actina. Cada molécula de tropomiosina se
extiende aproximadamente 38.5 nm.

La troponina es en realidad un complejo formado
por tres cadenas polipeptídicas llamadas TnT, TnC y
TnI. La TnT se une a la tropomiosina. La TnC liga
iones de calcio y la TnI se une a la actina, la TnI inhibe
la contracción muscular. El espacio entre
troponinas consecutivas a lo largo del filamento fino se de
38.5 nm.

Organización de los filamentos musculares:
La a-actina mantiene los filamentos de atina organizados
en haces paralelos y junto con la proteína casquete
CapZ, mantiene el anclaje de los extremos barbados
(más) de los filamentos de actina al disco Z.

En los filamentos dinos se encuentra la
tropomodulina que ayuda a mantener la longitud y la
estabilidad de los filamentos dinos uniéndose a sus
extremos apuntados (menos).

La miomesina se localiza en los filamentos
gruesos de la zona H y une las moléculas de miosina
formando los haces.

La titina sujeta los filamentos gruesos a los
discos Z. La titina es muy flexible.

La nebulina estabiliza la organización de
los filamentos finos.

Las bandas A de las miofibrillas no varían
su longitud durante la contracción.

Las bandas I se acortan progresivamente y
desaparecen casi por completo en el estado de contracción
máxima.

Para explicar estas observaciones se propuso el
modelo de deslizamiento de filamentos. Este modelo fue
propuesto por: Andrew Hanson en 1954. Según
este modelo, la contracción muscular se produce por el
deslizamiento de los filamentos finos sobre los filamentos
gruesos, sin que exista ningún cambio en la longitud de
ambos filamentos. El resultado es un acortamiento de los
sarcómeros y de las miofibrillas y por lo tanto una
contracción de la célula muscular y del tejido en
su totalidad.

Funciones de las proteínas:

La cantidad de fuerza que un músculo puede
generar durante l contracción depende del número de
cabezas de miosina del filamento grueso que pueden contactar con
el filamento fino.

Cuando el sarcómero está estirado, existe
relativamente poca superposición entre los filamentos
gruesos y los finos por lo que la fuerza generada es
pequeña.

A medida que el sarcómero se acorta la zona
superposición se incrementa y la fuerza de
contracción es por consiguiente mayor.

Los puentes mantiene juntos los filamentos y el ATP
impulsa su movimiento.

Puentes: Se forman mediante la unión entre
la actina F del filamento fino y las cabezas de miosina del
filamento grueso.

La contracción es por tanto el resultado neto de
la formación y ruptura repetida de muchos de estos
puentes, en los que en cada ciclo el filamento fino de un
fibrilla se desplaza una distancia corta.

APT y el ciclo de contracción: La fuerza
impulsora de la formación de puentes es la
hidrólisis del ATP que está catalizada
por una ATPasa que se activa por actina y se encuentra
en la cabeza de la miosina.

Si no se dispone de suficiente ATP la ruptura de los
puentes no tiene lugar y el músculo se queda bloqueado en
un estado rígido conocido como rigor. El rigor
mortis característico de la muerte, se produce por el
agotamiento de ATP y la acumulación progresiva de
puentes.

Cada filamento grueso tiene alrededor de 350
cabezas de miosina y cada una de ellas se une y desune
aproximadamente cinco veces por segundo durante una
contracción rápida.

La miosina II siempre avanza hacia el extremos
más del filamento fino.

El calcio regula la contracción
muscular.

La función del calcio en la
contracción: La regulación de la
contracción del músculo depende de los iones de
calcio (Ca+2) libres y de la capacidad del músculo de
aumentar y disminuir rápidamente la contracción de
calcio en el citosol (denominado sarcoplasma en las
células musculares) alrededor de las
miofibrillas.

Los sitios de unión a la miosina en el filamento
de actina están normalmente bloqueados por la
tropomiosina. Para que la miosina se una a la actina y comience
un ciclo de formación de puentes de cruzamiento, la
tropomiosina se debe retirar.

Cuando la concentración de calcio en el
sarcoplasma baja (<10-4 nM), la tropomiosina bloquea
los sitios de unión en el filamento de actina e impide
eficazmente su interacción con la miosina. Como
consecuencia la formación de puentes se inhibe y el
músculo se relaja o permanece relajado.

Un aumento en la concentración de calcio en el
sarcoplasma estimula lo contracción del músculo
esquelético provocando los siguientes eventos:

1. El calcio se une a la troponina e induce un
cambio conformacional del complejo

2. Este cambio en la troponina provoca un cambio
en la tropomiosina con la que está asociada

3. Los sitios de unión sobre la actina
quedan libres para interaccionar con la miosina

4. Se forman los puentes de cruzamiento poniendo
en marcha la serie de eventos

Regulación de la concentración de
calcio en las células del músculo
esquelético.

La contracción muscular está
regulada por la concentración de iones calcio en el
sarcómero.

Motoneuronas (Células nerviosas):
Que controlan un pequeño músculo. Las Motoneuronas
activan a las células musculares apropiadas que se
contraen y relajan todo ello en unos 100 mseg.

Procesos en la unión neuromuscular: La
señal que hace que se contraiga una célula muscular
es un impulso eléctrico denominado potencial de
acción. La neurona transmite el potencial de
acción a la célula muscular a través de los
axones.

El sitio en el que la célula nerviosa inerva o
hace contacto con la célula muscular se llama
unión neuromuscular.

Transmisión de un impulso al interior del
músculo: Túbulos T: Penetran en el interior de
la célula muscular. Los túbulos T transportan el
potencial de acción al interior de la célula
muscular y son en parte responsables del hecho de que las
células musculares respondan tan rápidamente al
impulso nervioso.

Retículo sarcoplásmico (RS):
Sistema intracelular de membranas con forma de sacos o tubos
aplanados. El RS recorre toda la miofibrilla y está listo
para liberar los iones de calcio directamente sobre esta,
provocando la contracción. Asimismo es capaz de retirar el
calcio provocando la relajación. Esta proximidad del RS a
las miofibrillas facilita una respuesta rápida de las
células musculares a las señales
nerviosas.

Función del RS en la liberación y
recaptura de calcio: El RS puede dividirse funcionalmente en
dos compartimientos: el elemento medio y la cisterna
terminal. La cisterna terminal del RS
presenta una elevada concentración de bombas de calcio que
bombean calcio continuamente hacia la luz del RS. La capacidad
del RS de bombear calcio es crucial para la relajación
muscular, pero es también necesaria para la
contracción. El bombeo de calcio hace que la
contracción del ion en la luz del RS sea alta.

Las cisternas terminales se encuentran justo pegadas a
un túbulo T formando una estructura denominada
tríada. Son tres círculos, el círculo
central es la membrana del túbulo T.

La cercanía entre el túbulo T, las
cisternas terminales del RS y la maquinara contráctil,
explica el hecho de que las células musculares respondan
al impulso nervioso tan rápidamente.

Para que el músculo se relaje, la
concentración del calcio debe reducirse hasta los niveles
basales. Esto se consigue a través del bombeo de calcio al
interior del RS.

ATPasa de calcio: Es capaz de bombear calcio
desde el sarcoplasma al interior del RS.

El bombeo de retorno del calcio desde el sarcoplasma al
interior de las cisternas del RS disminuye rápidamente la
concentración del calcio sarcoplásmico hasta el
punto en el que al troponina libera el calcio.

La ausencia de puentes de cruzamiento permite que los
filamentosos finos se deslicen entre los filamentos
gruesos.

El acoplamiento eléctrico entre las
células musculares cardíacas permite su
contracción coordinada.

El musculo cardiaco (del corazón) es el
responsable del latido del corazón y del bombeo de la
sangre por el sistema circulatorio del cuerpo. El musculo
cardiaco tiene una organización de filamentos de actina y
de miosina que presenta una apariencia estriada. La
energía necesaria para el latido del corazón en
condiciones basales, no la proporciona la glucosa de la sangre,
sino los ácidos grasos libres que son transportados por la
albúmina sérica, una proteína
sanguínea, desde el tejido adiposo (almacén de
grasa) hasta el corazón. Las células cardiacas
no son multinucleadas.

Las células están unidas unas a otras por
sus extremos mediante unas estructuras denominadas discos
intercalares.

Estos discos tienen uniones comunicantes (gap) que
acoplan eléctricamente a las células
vecinas.

El ritmo cardiaco está controlado por una
región -marcapasos- situada en la parte superior del
corazón (aurícula derecha). La onda de
despolarización se inicia en el marcapasos y se propaga
después al resto del corazón para producir el
latido cardiaco.

El músculo liso se asemeja más a las
células no musculares que al músculo
esquelético.

El musculo liso es el encargado de la
contracción involuntaria como la del estómago, el
intestino, el útero y las de los vasos sanguíneos.
Dichas contracciones son lentas y tardan 5 segundos en alcanzar
su tensión máxima. El musculo liso no se
contrae rápidamente pero es capaz de mantener la
tensión durante periodos de tipo prolongados como se
requiere en los órganos y tejidos mencionados
anteriormente.

Estructura del musculo liso: Las células
musculares lisas son largas y finas con extremos
puntiagudos.

Regulación de la contracción en las
células musculares lisas: Tanto en las células
del musculo esquelético como en las células del
musculo liso, el estímulo que desencadena la
contracción es el aumento de la concentración
sarcoplásmica de iones de calcio.

Cuando la concentración sarcoplásmica de
calcio se eleva en las células no musculares y en las del
músculo liso se ponen en marcha una serie de
fenómenos que suponen la activación de la
quinasa de cadenas ligeras de miosina (MLCK). La
MLCK activada, fosforila un tipo de cadena ligera de miosina
conocida como cadena ligera reguladora.

La fosforilación de la cadena ligera de la
miosina afecta a la miosina de dos maneras: la primera
algunas moléculas de miosina están hechas un ovillo
(enredada y de figura redonda) de tal manera que no forman
filamentos. En segundo lugar la fosforilación de la
cadena ligera activa a la miosina, posibilitando su
interacción con los filamentos de actina y por lo tanto
llevar a cabo el ciclo de formación de puentes de
cruzamiento.

Como consecuencia de la llegada de un impulso nervioso o
de una señal hormonal a un musculo liso, se produce una
entrada de calcio extracelular que hace que la
concentración de calcio intracelular aumente y se produzca
la contracción. El efecto de la concentración de
calcio sobre la contracción está mediado por la
unión del calcio a la calmodulina. El complejo
calcio- calmodulina puede unirse a la quinasa de la cadena
ligera de la miosina, activándola. Esto tiene como
resultado la fosforilación de las cadenas ligeras de la
miosina y que esta pueda interaccionar con la actina provocando
la contracción.

Pseudosustrato: Es una secuencia de
aminoácidos similar a la del sustrato normal de la
enzima.

Autoinhibición: Es la propia enzima quien
se inhibe a si misma.

Fosfatasa de cadenas ligeras de miosina: Elimina
el grupo fosfato de la cadena ligera de la miosina. El musculo
entonces se relaja.

En el musculo liso, el calcio proviene del exterior
celular y su efecto está mediado a través de la
calmodulina.

MOVIMIENTO BASADO EN ACTINA, EN
CELULAS NO MUSCULARES

El aspecto mejor conocido de la actina y la miosina es
su papel como principales componentes de los filamentos finos y
gruesos de las células musculares.

La migración celular por lamelipodios implica
ciclos de extensión, unión, cambio de lugar y
desunión.

Los microfilamentos de actina (MFs) son necesarios para
el movimiento de la mayoría de las células animales
no musculares.

Protrusiones: Un tipo de protrusión es una
fina lámina de citoplasma denominada
lamelipodioEstructura puntiaguda fina conocida como
filopodio.

Integrinas: Proteínas de unión, en
el exterior de la célula se unen a
proteínas de la matriz extracelular. En el
interior las integrinas se conectan a los
filamentos de actina a través de proteínas de
enlace.

La contracción esta mediada por la
interacción entre las miosinas y la
actina.

La miosina de actina II se localizan en la parte trasera
de la célula.

El movimiento ameboide se basa en ciclos de
gelificación y solificación del citoesqueleto de
actina.

Movimiento ameboide: Viene acompañado de
la formación de protrusiones del citoplasma denominadas
pseudópodos. Las células que muestran este
tipo de movimiento presentan una capa externa de citoplasma
gelatinoso y espeso denominado ectoplasma y una capa
interna de un citoplasma más fluido que se conoce como
endoplasma.

Los componentes celulares de algunas células
se mueven gracias a corrientes
citoplasmáticas.

Las corrientes citoplasmáticas: Un
movimiento del citosol dependiente de actomiosina, se observa en
varios organismos que no manifiestan movimiento
ameboide.

El fenómeno por el que una célula se mueve
hacia una concentración mayor o menor de una
molécula difusible se conoce como
quimiotaxis.

Autor:

Pablo Turmero