TEMA 13. MICROTÚBULS (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 1º curso
Asignatura Biología Celular
Año del apunte 2014
Páginas 6
Fecha de subida 02/11/2014
Descargas 92
Subido por

Descripción

Apuntes realizados con el docente Lleonard Barrios.

Vista previa del texto

BIOLOGIA CEL·LULAR Tania Mesa González 1º CURS BIOLOGIA UAB TEMA13: Microtúbuls.
Microtúbuls  (µT) són un dels 3 components principals del citosquelet. Són fibres rígides i buides d’uns 25 nm de diàmetre. Són estructures dinàmiques que estan contínuament acoblant-se i desacoblant-se en la cèl·lula. Intervenen a la determinació de la forma cel·lular i en diversos moviments cel·lulars, en el transport intracel·lular d’orgànuls i en la separació dels cromosomes durant la mitosi.
- Tots els microtúbul irradien des del centre d’organització de microtúbuls MTOC, que és on també es troben els centriols, envoltat del material pericentriolars.
Estructura d’un microtúbul  Els µT estan compostos per un únic tipus de proteïna globular, la tubulina, que està constituïda per dos polipèptids estretament relacionats, l’α-tubulina i la β-tubulina. Els µT estan constituïts per 13 protofilaments acoblats al voltant d’un espai buit, col·locades l’α-tubulina al costat de decreixement (-) i la β-tubulina al costat de creixement (+). Per tant, els protofilaments són paral·lels, donant una estructura polar amb dos extrems diferenciats, un extrem + de creixement ràpid i un extrem – de creixement lent. La polaritat és un factor important per determinar la direcció del moviment al llarg dels µT.
β  Pol positiu (+)  creixement Incorpora α  Pol negatiu (-)  decreixement  Desprèn Polimerització dels microtúbuls  Els dímers de tubulina poden polimeritzar (acoblamnt) i despolimeritzar (desacoblament). Tant l’α-tubulina com la β-tubulina s’uneixen a GTP, que és l’encarregat de regular la polimerització dels µT . El GTP unit a l’α-tubulina afavoreix la unió de la tubulina a l’extrem de creixement del µT. Un cop es produeix aquesta unió, el GTP queda unit per l’altre costat a la β-tubulina de l’extrem del µT. Aquesta unió provoca la hidròlisis de GTP en GDP. La presència de GDP = pèrdua d’afinitat cosa que, quan aquestes proteïnes arribin a l’extrem -, permetrà l’alliberament de la tubulina.
- Els µT sofreixen un intercanvi rotatori, en el qual les molècules de tubulina unides a GDP són alliberades per l’extrem – i són reemplaçades per la unió de molècules de tubulina amb GTP a l’extrem +.
BIOLOGIA CEL·LULAR Tania Mesa González 1º CURS BIOLOGIA UAB Inestabilitat dinàmica  El cicle dinàmic depèn molt de la presència de GTP. Amb una alta concentració de GTP, el procés serà l’explicat anteriorment afavorint uns µT estables, amb un creixement ràpid per l’extrem (+) i amb un decreixement lent per l’extrem (-). Un cop s’ha consumit aquest GTP i havent-n’hi una baixa concentració, els µT continuen despolimeritzant per l’extrem (-), però alhora comencen a despolimeritzar ràpidament per l’extrem (+).
Centre organitzador de microtúbuls (MTOC)  Els µT s’estenen a partir del centre organitzador de microtúbuls, al qual s’ancoren amb els extrems (-). En el MTOC hi trobem un tercer tipus de subunitats, la γ-tubulina, la qual desenvolupa un paper molt important per iniciar l’acoblament de la tubulina al MTOC . A les cèl·lules animals el principal MTOC s’anomena centrosoma, i es localitza junt al nucli, prop del centre de les cèl·lules en interfase. Durant la mitosi els µT s’estenen a partir dels centrosomes duplicats per formar el fus mitòtic responsables de la segregació i distribució dels cromosomes en els cèl·lules filles . El centrosoma doncs, és clau per la correcte distribució del material genètic, però, també serveix d’ancoratge als µT que es dirigeixen cap a la perifèria cel·lular. Això s’observa amb un marcatge de tubulina lliure . Al cap d’una estona es veu com la tubulina marcada forma part dels µT mentre que hi ha tubulina lliure que no ho està.
Inhibidors de la polimerització dels microtúbuls  Els inhibidors es fan servir per a evitar la divisió cel·lular. Hi ha varis inhibidors de la polimerització que actuen de diferents maneres:  La colquicina i el colcemid inhibeixen l’addició de tubulina als µT provocant la despolimerització d’aquest per falta de unions amb GTP.
 La vincristina i la vinblastina indueixen la formació d’agregats paracristal·lins de tubulina provocant també la despolimerització dels µT.
Orientació dels microtúbuls en les cèl·lules  Depenent del tipus cel·lular i de la fase del cicle en la que es trobi, podem trobar diferents orientacions en els µT: 1. En una neurona, els µT polimeritzen paral·lelament entre ells seguint la llargada de l’axó o de les dendrites.
BIOLOGIA CEL·LULAR Tania Mesa González 1º CURS BIOLOGIA UAB 2. En cèl·lules epitelials, es dirigeixen des dels cossos basals, situats a l’inici dels cilis, fins a l’extrem d’aquests, essent els responsables del moviment ciliar a la superfície apical.
3. En glòbuls vermells, es situen a la perifèria cel·lular resseguint-ne el contorn. S’ha de dir que un sol µT no dóna la volta sencera, sinó que es fa amb agregats de µT.
4. Durant la divisió cel·lular, els µT s’estenen perifèricament des del centrosoma i alhora uns altres es dirigeixen directament cap al centre cel·lular per capturar els cromosomes pel seu centròmer.
Moviment associat a microtúbuls  Els µT són responsables de diversos moviments cel·lulars, incloent el transport intracel·lular i el posicionament de les vesícules de membrana i dels orgànuls, la separació de cromosomes i el moviment de cilis i flagels. El moviment al llarg dels µT es basa en l’acció de proteïnes motores que utilitzen energia obtinguda de la hidròlisi d’ATP per fer força i moviment. Aquestes proteïnes es divideixen en dues grans famílies:  Quinesina  és una molècula d’uns 380kDa, constituïda per dues cadenes pesades i dues cadenes lleugeres. Les cadenes pesades tenen regions d’α-hèlix que s’enrotllen una al voltant de l’altra en una estructura d’hèlix enrotllada. Els dominis del cap globular N-terminal de les cadenes pesades són els dominis motors de la molècula. Aquests dominis motors s’uneixen tant a ATP com als µT , i amb la hidròlisi d’ATP obtenen l’energia necessària pel moviment. Pel que fa a l’altre extrem, la zona de cua, la molècula està constituïda per les cadenes lleugeres unides als dominis C-terminals de les cadenes pesades, essent aquesta regió la responsable de la unió a les vesícules o orgànuls els quals s’estan transportant. Les quinesines es desplacen cap a l’extrem (+) del µT. Sabent que l’extrem (+) és el que sempre està en direcció a la perifèria cel·lular, sabem que les quinesines transporten vesícules amb destí secretor i orgànuls cap a la perifèria o l’exterior cel·lular.
 Dineïna  és una molècula molt gran, d’uns 2000kDa. Que està constituïda per 2 o 3 cadenes pesades unides a un nombre variable de polipèptids lleugers o BIOLOGIA CEL·LULAR Tania Mesa González 1º CURS BIOLOGIA UAB intermedis. Igual que la quinesina, les cadenes pesades formen dominis globulars motors d’unió a ATP i als µT. La porció basal de la molècula, que conté cadenes lleugeres i intermèdies, s’uneix a altres estructures, com serien orgànuls i vesícules. Les dineïnes es desplacen cap a l’extrem (–) dels µT, és a dir, són les encarregades de transportar els elements endocitats cap a l’interior per fer-ne la fagocitosi i la consegüent digestió cel·lular, entre d’altres.
 Així doncs, la dineïna i la quinesina són molècules transportadores, amb un origen comú i una estructura semblant.
 Hi ha una cooperació entre µT i µF en el transport vesicular de la perifèria cel·lular, ja que els µT mai arriben a contactar amb la membrana plasmàtica on s’han de fusionar les vesícules, mentre que els µF si que ho fan mitjançant miosines.
Centríols i MTOC  Els centrosomes de les cèl·lules animals estan formats normalment per 2 centríols en disposició perpendicular i rodejats per material pericentriolar.
 Centríols  estructures cilíndriques formades per nou triplets de microtúbuls. Sembla ser que no són necessaris per l’acoblament o l’organització dels µT. Els µT que emanen del centrosoma acaben en el material pericentriolar, que és l’encarregat d’iniciar el muntatge dels µT.
 En la divisió cel·lular, els centríols del centrosoma original es separaran i cadascun servirà de motlle per sintetitzar l’altre complementari (com la divisió de DNA). Durant la mitosi, els centrosomes ja estan formats de nou ja que han de ser els encarregats d’estirar els cromosomes cap als pols.
BIOLOGIA CEL·LULAR Tania Mesa González 1º CURS BIOLOGIA UAB Cilis i flagels són prolongacions de la membrana plasmàtica constituïts per µT i responsables del moviment de les cèl·lules o del medi que les acompanya .
 Els cilis  poden tenir una longitud de 10µm i sempre es troben en agrupacions, tenen un moviment de batuda que serveix per desplaçar la cèl·lula o bé el fluid per la seva superfície.
 Els flagels  acostumen a estar solitaris i són molt més llargs (200µm), tenen un moviment de batuda ondulatori que serveix pel desplaçament.
 L’estructura fonamental tant de cilis com de flagels és l’axonema, ancorat al corpuscle basal:  El corpuscle basal té la mateixa estructura que el centríol en el centrosoma, a mode de 9 triplets de µT, i organitza els µT de l’axonema. En definitiva, serveix per iniciar el creixement de µT de l’axonema i alhora per ancorar cilis i flagels a la superfície cel·lular.
 L’axonema en canvi, és molt més complex. Consta de 9 parells de µT corresponents cadascun a un dels triplets de µT del corpuscle basal, a més d’un parell central rodejat pels altres 9 parells . Els dos µT de cada parell exterior, són diferents:  El µT A: és un µT complet constituït per 13 protofilaments.
 El µT B: és un µT incomplet, constituït només per 10 o 11 protofilaments units al µT A.
Els doblets exteriors es connecten al parell central mitjançant espines radials, i es connecten entre si mitjançant una proteïna anomenada nexina. A cada µT hi estan units dos braços de dineïna, i és l’activitat motora d’aquestes dineïnes axonèmiques la que dirigeix el moviment de cilis i flagels.
Moviment de cilis i flagels  es produeixen pel desplaçament dels doblets extrems dels µT, l’un respecte de l’altre, impulsats per l’activitat motora de la dineïna axonèmica . La base de la dineïna està unida als túbuls A mentre que els braços (grups de cap) s’uneixen als túbuls B dels doblets adjacents. El moviment dels braços de la dineïna cap a l’extrem (–) provoca que el túbul A d’un doblet es desplaci cap a l’extrem basal del túbul B adjacent. Com que els doblets de µT a l’axonema estan units per ponts de nexina, els desplaçament d’un doblet sobre un altre fa que es dobleguin, constituint així la base del moviment de batuda.
BIOLOGIA CEL·LULAR 1º CURS BIOLOGIA Tania Mesa González UAB Microtúbuls i proteïnes motores en el fus mitòtic  Durant l’anafase és quan es realitza la distribució dels cromosomes cap al pols oposats al fus. El moviment dels cromosomes es realitza per dos mecanismes diferents: 1. Anafase A: consisteix en el moviment dels cromosomes cap als pols del fus al llarg dels µT cinetocòrics , que s’escurcen a mesura que el cromosoma avança. És dirigit per les proteïnes motores associades al cinetòcor que traslladen els cromosomes al llarg dels µT cap a l’extrem (-), cap als centrosomes. Pot ser que hi intervinguin dues proteïnes: la dineïna, estirant cada centrosoma cap al pol corresponent, i la quinesina, recorrent els µT en direcció al centrosoma. L’acció d’aquestes proteïnes va coordinada amb l’escurçament dels µT cinetocòrics.
2. Anafase B: es refereix a la separació dels pols del fus entre si. A aquesta separació l’acompanya un allargament dels µT polars. Els µT polars solapats llisquen els uns sobre els altres empenyent els pols i separant-los. Aquest moviment és degut a dues proteïnes alhora: les quinesines, que dirigint-se cap a l’extrem (+) entrellacen µT polars i els allunyen del pol oposat, i de la dineïna unida al còrtex cel·lular, la qual desplaçant-se cap a l’extrem (–) el que fa és arrossegar el centrosoma cap al còrtex.
...