tema 4. Actina (2016)

Apunte Español
Universidad Universidad de Lleida (UdL)
Grado Biotecnología - 1º curso
Asignatura Biología Celular
Año del apunte 2016
Páginas 5
Fecha de subida 17/03/2016
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Biologia celular Tema 4 Héctor Escribano Microfilamentos o filamentos de actina Son las fibras más delgadas de las que forman el citoesqueleto. Están formadas por una proteína monomérica globular llamada actina. Pese a ser monomérica, la actina está formada por 4 dominios y también tiene un extremo más y un extremo menos. Se une el menos de una con el más de la siguiente, por lo que también tiene una cierta polaridad. Entre los 4 dominios hay una hendidura que constituye el centro de unión a ATP. Cada molécula de actina interacciona con otras cuatro moléculas cuando forman el filamento. La actina es capaz de hidrolizar ATP, y necesita tener ATP unido para poder polimerizar. Al poco tiempo de haber formado filamento, el ATP es hidrolizado a ADP, esto causa un cambio en la conformación que reduce las interacciones entre actinas volviendo el filamento inestable y provocando su despolimerización. La actina libre es la G-actina-ATP. Una vez unida es la F-actina-ATP, al hidrolizar se convierte en F-actina-ADP, y al despolimerizar se produce un intercambio de ADP/ATP y volvemos a tener actina libre. Las uniones entre moléculas de actina no son covalentes, permitiendo una rápida des/polimerización. No hablamos aquí de inestabilidad dinámica sino de Intercambio rotatorio.
La polimerización de la actina in vitro también comparte fases con la de los microtúbulos, una fase de nucleación seguida de la elongación y finalmente un equilibro cuando la concentración de actina es la crítica. Para que se dé nucleación almenos 3 moléculas han de chocar simultáneamente y por el lado correcto, por tanto es la fase más lenta.
Tal y como pasaba con los microtúbulos, la actina también tiene extremo más y extremo menos. Cada punta tiene una velocidad de adición diferente debido a que cada extremo tiene su propia concentración crítica. En el momento en que nos encontramos entre las dos concentraciones críticas, un extremo polimeriza y el otro despolimeriza, así, el filamento va avanzando. Visualmente es como si el filamento no cambiase de longitud y se fuera moviendo.
También se produce un casquete de ATP, que estabilizaría el filamento cuando la adición de actina es rápida. Si la adición es más lenta, el ATP hidroliza y el extremo se desestabiliza. El extremo más normalmente formará casquete, mientras que el extremo menos rara vez lo hará.
Ubicación de los filamentos de actina La actina se encuentra justo debajo de la membrana, formando lo que llamamos el córtex celular, constituyendo un soporte estructural para la bicapa lipídica que es la membrana.
También encontraremos actina en las microvellosidades celulares y en otros tipos de protusiones como dedos o laminares. La actina también desarrolla un papel en la función contráctil, así que la encontramos yendo de lado a lado de la célula (fibras de estrés), para permitir que esta contraiga. Y finalmente en el anillo contráctil encargado de estrangular las dos células en mitosis para que se separen.
Biologia celular Tema 4 Héctor Escribano Proteínas que regulan el comportamiento de la actina Proteínas que intervienen en la nucleación: Complejo Arp2/3 (Actin related protein). Se trata de un complejo proteico que se une a actina para empezar la nucleación, hace de soporte inicial. Está formado por dos proteínas que interaccionan directamente con la actina y con 5 proteínas más pequeñas. El complejo tiene tendencia a formar filamentos de actina después de unirse a un filamento ya formado, de forma que el nuevo filamento crezca desde ahí y forme un ángulo de 70 grados. De hecho nuclea más fácilmente si está unido a un filamento ya existente que si está suelto.
Proteínas que se unen a la actina libre La Profilina es una proteína globular que promueve la incorporación de actina al filamento, pero cuando esté unida a la actina. La Timosina, en cambio, al unirse a la actina libre la bloquea e imposibilita que ésta pueda ir a polimerizar. De actina siempre hay una concentración más o menos constante. Lo que varía es la concentración de Profilina Y de Timosina, y es lo que realmente dirige la polimerización o despolimerización.
Proteínas que se unen a los filamentos de actina La Tropomiosina es una proteína alargada que se une a lo largo de la actina, como si de celo se tratase estabilizando el filamento.
La Cofilina provoca una torsión en el filamento. Si la longitud entre cada vuelta de hélice es normalmente de 74nm, la Cofilina provoca que sea de 57nm, desestabilizando así el filamento.
Proteínas que entrecruzan los filamentos de actina La Fimbrina y la alfa-actinina son las encargadas de formar los haces, empaquetando los filamentos paralelamente. La Fimbrina deja un espacio entre filamento de 14nm y la alfaactinina de 30nm. Esta diferencia de amplitud provoca que la Miosina 2 solo pueda entrar entre haces de actina separados por alfa-actinina. Nunca se combinan, pues daría lugar a una estructuralmente inestable. Por otro lado, la villina sí que se puede intercalar entre fimbrina.
En los microvillis, la membrana plasmática está recubierta de Miosina 1, que van desplazando la membrana hacia arriba, permitiendo que el microvilli crezca.
Proteínas que anclan la actina a la membrana El citoesqueleto de actina está anclado a la membrana plasmática a través de proteínas como la Filamina, que conecta a proteínas de membrana con la actina, haciendo de puente. O como la Distrofina que se une a lo largo de un filamento de actina. La distrofia muscular es una enfermedad que tiene su raíz en una disfunción de la Distrofina.
La espectrina, en cambio, une filamentos de actina creando estructuras triangulares y hexagonales.La Filamina también crea redes de actina al obligarlos a entrecruzarse entre ellos.
Resumiendo, el córtex celular está constituido por filamentos de actina entrecruzados por complejos Arp2/3 y por filamina.
Biologia celular Tema 4 Héctor Escribano Disposición de la actina Como ya hemos dicho la actina se dispone en redes, entrecruzando los filamentos en el córtex celular. En cambio, en las fibras de estrés, filamentos que empiezan en un punto de la célula se entrecruzan paralelamente con otros que empezaron en otro punto más distante. En cambio en los puntos en que la membrana celular se deforma saliendo hacia afuera en forma de dedos (filopodios) o en forma de láminas (lamelipodios) , los haces de filamentos son todos de la misma orientación y mucho más compactos que los haces contráctiles, al estar unidos por proteínas diferentes.
Efecto de la gelsolina sobre los filamentos de actina La gelsolina es una proteína que se une al filamento de actina, obligándolo a que se doble, rompiéndolo por la mitad. Así, al romperlo, la gelsolina queda en el extremo más bloqueándolo e incapacitando su crecimiento. Los filamentos que no tienen gelsolina unida crecen por los dos extremos y por tanto crecen más rápido que aquellos bloqueados, que solo crecen por el extremo menos. La gelsolina también puede liberar al filamento, dejando filamentos de actina más pequeños, que así polimerizarán todos más rápidamente que cuando solo había unos pocos filamentos muy largos.
Desplazamiento por arrastre La célula primero se une a la matriz extracelular o al sustrato mediantes adhesiones o contactos focales. A estos contactos es a donde va a parar la actina, ya que entre adhesiones focales suele haber fibras de actina contráctiles que los comunican. Después, se da lugar una polarización de la célula, en la que uno de los lados emite una extensión lameliforme grande, y crea nuevas adhesiones focales. Entonces, los haces de estrés se contraen, arrastrando el citoplasma celular hacia el lado donde se han creado las nuevas adhesiones focals, y deshaciendo las antiguas. De esta forma la célula puede irse moviendo, creando nuevas adhesiones focales y deshaciendo las antiguas.
Formación de los lamelipodios y filopodios En reposo, los filamentos de actina pueden estar bloqueados pero cuando se quiere que la célula se mueva o forme extensiones, éstos se desbloquean y empiezan a crecer por el extremo más. Por tanto, se necesita actina libre. Por eso se activa la cofilina que despolimeriza los filamentos de la parte trasera, y crea actina libre para que los complejos de nucleación junto con la profilina puedan polimerizan en la parte delantera. También se inactiva la timosina, para que no bloquee las actinas libres.
El grosor del córtex, por tanto, se mantiene constante. Lo que crece por un lado, decrece por el otro, llevando a la membrana más lejos.
Biologia celular Tema 4 Héctor Escribano Proteínas motoras asociadas a la actina Miosina 1, se trata de una proteína con una sola cabeza, de región globular i de una sola cadena peptídica, con una especia de collar de calmodulina. Es la proteína presente en los filopodios más alargados.
Miosina 2, se trata de un dímero, con una región fibrosa en hélice alfa además de las dos regiones globulares de la cabeza. Camina 5/10nm por paso.
Miosina 5, cuenta con una región fibrosa más corta que la de la Miosina 2 ya que parte de la hélice alfa esta como deshecha y separada en dos colas diferentes. Tiene dos cabezas así como una región de calmodulina más grande que la de la Miosina 1. Camina 30/40nm por paso.
La cabeza es el sitio de unión a filamento y al ATP, las cadenas que hay como de collar, son las subunidades que las regulan.
Estructura de la Miosina 2 Las Miosinas 2 interaccionan entre ellas, creando una especie de limpia biberones en las que cada pelo sería una cabeza de la Miosina 2. Así, forman todas un filamento bipolar y grueso, con muchas cabezas recubriendo toda la superficie, excepto por la parte central qu no esta recubierta.
Funciones de las Miosinas Las Miosinas pueden estar fijas en un filamento y caminar sobre otro, desplazando así uno sobre otro, incluso cuando uno este fijo a la membrana, queden caminar sobre el filamento para acercarlo a la membrana. También se unen a vesículas, y así al caminar por el filamento, transportan a la vesícula de un lado a otro. Los filamentos gruesos de miosina también se pueden intercalar entre filamentos de actina, provocando el deslizamiento de uno sobre otro, sin necesidad de que ninguno este anclado a ningún sitio. Además, pueden estar unidas a orgánulos más grandes y fijos o a la membrana, y desplazar a filamentos de un lado al otro sin ellas moverse.
Funcionamiento de las fibras de estrés Tal y como habíamos dicho antes, existen unas proteínas que disponen a los filamentos de actina, dejando un espacio libre entre ellos, en los haces contráctiles. Es en esos espacios donde se intercalan los filamentos gruesos de Miosina 2, y al caminar unos sobre otros, se produce la contracción. Pero esta contracción no es igual que la contracción muscula. Todas las células se contraen, más o menos. E la mitosis, se forma un anillo contráctil, que provoca el estrangulamiento de la membrana separando a las dos células hijas. La Miosina 2 también da cierta estabilidad a el córtex celular, , ya que sin ella, la membrana es mucho más deformable.
Biologia celular Tema 4 Héctor Escribano Corrientes citoplasmáticas en células vegetales En las células vegetales, próximo a la pared pero dejando un hueco para orgánulos como cloroplastos, existe una especie de córtex celular de actina. Sobre él caminan proteínas motoras asociadas a vesículas y diferentes orgánulos, que los van moviendo por toda la célula a una velocidad de 4,5nm por minuto, lo que crea unas corrientes en el citoplasma que facilitan la difusión de todas las sustancias por todo el citoplasma.
Contracción muscular La unidad contráctil muscular es el sarcómero. El sarcómero es una estructura cilíndrica delimitada por dos discos Z, de los cuales salen filamentos de actina unidos a éste por el extremo más y se dirigen hacia el centro. La parte central del sarcómero no tiene filamentos de actina ni cabezas de Miosina 2 y se llama Línea M. los filamentos de actina antes de llegar a la línea M, son bloqueados por una proteína caperuza, llamada Tropomodulina. La Nebulina se une a lo largo de toda la longitud del filamento de actina, estabilizándolo y determinando su longitud. Los extremos están protegidos por la Tropomodulina y la Cap Z. entre todos los filamentos de actina, se encuentran filamentos gruesos de Miosina 2, que están unidos a los discos Z mediante Titina, una proteína elástica.
Las células musculares son células alargadas y multinucleares, que están atravesadas por miofibrillas. Las miofibrillas son repeticiones de sarcómeros. Las miofibrillas son circulares.
Cuando las Miosinas 2 se activan, provocan que el sarcómero se acorte y el musculo se contraiga.
Señalización de la contracción muscular Las miofibrillas están recubiertas de retículo endoplásmico, con túbulos T que los atraviesan, que son invaginaciones de la membrana plasmática y que rodean las miofibrillas. Las membranas de los Túbulos T y del retículo endoplásmico están muy próximas, . en la membrana de los T, hay proteínas sensibles a los cambios en el potencial de membrana. Por lo que frente un estímulo nervioso, cambian de conformación, abriendo mecánicamente canales de la membrana del retículo endoplásmico. El retículo entonces libera gran cantidad de calcio al citosol. Cuando el calcio se une al complejo de la Troponina, que esta interactuando con la actina y con la tropomiosina; desplaza a la tropomiosina, dejando libres los sitios de unión de las cabezas de la Miosina 2 a las subunidades de actina. Las miosinas no son procesivas, se unen, se desplazan y se sueltan, pero la unión de todas las cabezas juntas y la fuerza que ejercen es suficiente para contraer el musculo. Una vez el musculo se ha contraído y se debe relajar, unas bombas de calcio vuelven a entrar el calcio dentro del retículo endoplásmico.
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