citoesqueleto

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Biología Celular 2005-06

Tema 1. Citoesqueleto de actina


¿Citoesqueleto?

El citoesqueleto es un sistema citoplasmático (y nuclear) de fibras esencial para la motilidad celular, así como para el posicionamiento y movimiento intracelular de particulas y organelas

Características : -denso y aparentemente dispuesto aleatoriamente, se reorganiza constantemente

-Formado por tres tipos de fibras :-Microfilamentos (7-9 nm diámetro), polímeros de actina-Filamentos intermedios (10 nm diámetro), polímeros de filamentos intermedios (5 tipos)-Microtúbulos (24 nm de diámetro

microfilamentos Filamentos intermedios microtúbulos

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Microscopio fluorescencia


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-cada tipo de fibra del citoesqueleto (MF, IF, MT) está constituido por :•Una proteína mayoritaria (monómero : actina, tubulina, IF). Monómeros de pequeño tamaño (facilidad de difusión) que polimerizan formando estructuras grandes•Proteínas accesorias (control de la polimerización, organización 3D,...)•Un tipo especial de proteína accesoria : proteínas motoras

•Las fibras del citoesqueleto están formadas por múltiples protofilamentos, que habitualmente se enrollan unos sobre otros en disposiciones helicoidales


Citoesqueleto de actina

Polímero de actina globular (G), formado por fibras de actina fibrilar (F)

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G-actin PDB 2BTF

ATP

Actina :

•Proteína globular (G) que polimeriza formando fibras (F), 375 AA, 43 kDa.•Gran conservación evolutiva•Muy abundante (10% en cel musculares, del 1-5% en no musculares) : 500 millones de moléculas en una célula hepática típica (frente a por ej 20000 receptores insulina)•Varios genes en el hombre (6) : α,β,γ (α : solo musculares, β,γ : juntas en no muscul)•Une Mg2+-ATP, con capacidad para hidrolizar el ATP unido (genera ADP+Pi)•La conformación de la actina es diferente dependiendo de si une ATP o ADP•Cuatro estados de la actina : actinaG-ATP, actinaG-ADP, actinaF-ATP, actinaF-ADP

G-actin-ATP polymerization

F-actin-ATP Pi

F-actin-ADP depolymerization

G-actin-ADP ADP/ATP exchange

G-actin-ATP


Polimerización de actina G Actina F (IN VITRO) (1/4)

1. El paso crítico de la polimerización es la nucleación : oligómeros de pocas subunidades se forman con facilidad pero son inestables y despolimerizan

Esquema polimerización actina

2. La concentración de monómeros de actina G por encima o por debajo de la concentración crítica (Cc) dirigirá la polimerización o despolimerización del filamento

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3. Los dos extremos de un filamento de actina fibrilar (F) son diferentes (+, -). Las constantes de unión de nuevos monómeros (Kon) y de desunión (Koff) son mayores en el extremo +. (+:barbed, -:pointed)

4. La actinaG (ATP) se hidroliza lentamente. Al unirse al filamento se hidroliza con mayor eficiencia. Los filamentos son una mezcla de monómeros-D y T. El extremo D tiene una Cc mayor que el T (Cc(D)>Cc(T)). A una determinada concentración intermedia Cc (Cc(D)>Cc>Cc(T)) el filamento D decrece mientras T crece. Regulando el estado D/T se puede regular la polimerización-despolimerización del filamento.

actin filament myosin heads

− +

5. El extremo – y el extremo + de un filamento tienen diferentes Cc, (Cc(-)>Cc(+)). A una concentración intermedia Cc (Cc(-)>Cc>Cc(+)) el extremo – se despolimeriza mientras el + polimeriza. TREADMILLING (mecanismo noria)



6. La inestabilidad de las formas T a D y vicerversa permiten que a una concentración fija Cc entre la de la forma D y la T un mismo extremo pueda en ocasiones polimerizar y en otras despolimerizar (INESTABILIDAD DINÁMICA)

7. La INESTABILIDAD DINÁMICA y TREADMILLING son energéticamente costosas pero dotan a la célula de flexibilidad espacial y temporal (‘ant-trail’) basadas en la gran capacidad de difusión de los monómeros (1-2 s)

8. En el proceso de polimerización se consume energía que incrementa la energía libre del filamento. Esta energía puede emplearse para realizar trabajo mecánico (deformar el borde celular, propulsar organelas, ...)

mov


mov

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Polimerización de actina G Actino F (IN VITRO) (4/4)

9. Existen drogas que alteran el equilibrio monómero – filamento modificando las propiedades de uno de ellos :

a. Faloidina (Amanita phalloides) : une actina F y estabiliza el filamento.

b. Citocalasina (alcaloide fúngico) : despolimeriza filamentos al unirse a extremo +

c. Latrunculina (esponjas) : une actina G y bloquea su unión al filamento

d. Swinholide : corta filamentos (accion ‘severing’)

Parte B

citoesqueleto

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