17. Citoesquelet (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Lleida (UdL)
Grado Medicina - 1º curso
Asignatura Estructura i Funció Cel·lular
Año del apunte 2014
Páginas 9
Fecha de subida 10/02/2015
Descargas 11
Subido por

Vista previa del texto

T·17:  El  citoesquelet     És  un  conjunt  de  microfibres  proteiques  estès  per  tot  el  citoplasma  amb  diferents   funcions,  la  principal  de  sosteniment.       Les  seves  funcions  són:     -­‐ Donar   forma:   com   el   cas   de   l’espectrina   en   els   glòbuls   vermells   i   dels   neurofilaments  en  les  neurones.   -­‐ Oferir   resistència   mecànica:   com   la   queratina.   La   patologia   associada   a   un   dèficit   de   queratina   és   l’epidermòlisi   bullosa   símplex,   causada   per   una   mutació  en  la  queratina.  Al  mínim  fregament,  la  pell  s’obra  i  apareixen  unes   butllofes  a  causa  de  la  baixa  resistència  que  ofereix  la  dermis.   -­‐ Transport  intracel.  vesicular:  els  microtúbuls  constitueixen  unes  “vies”  per   la  quals  circulen  les  vesícules.   -­‐ Moviment   cel.:   tant   en   conjunt,   com   els   lamelopodis   (membrana   plena   de   filaments   d’actina),   com   a   nivell   d’orgànuls   i   altres   estrucutres   .   Això   demostra   que   el   citoesquelet   és   una   estructura   dinàmica     que   es   reorganitza  contínuament.   -­‐ Mantenir  la  citoarquitectura:  la  posició  dels  orgànuls.  Com  per  exemple  en   les  microvellositats  de  la  zona  basal  de  la  cèl.  epitelial  que  resten  immòbils   gràcies  a  filaments  d’actina.     Els  seus  components  són:   -­‐ Filaments   o Microtúbuls   o Microfilaments   o Filaments  intermedis   -­‐ Motors  moleculars:  permeten  el  moviment   o Dineïna   o Kinesina   o Miosina   -­‐ Proteïnes   associades:   amb   microfilaments   i   proteïnes   motores   tropomiosina,  troponina,  espectrina...   17.1.  Microtúbuls   Són   estructures   buides   formades   per   un   conjunt   de   13   protofilaments,     i   un   pes   molecular   aproximat   de   50   KDa   i   amb   un   diàmetre   de   25nm.   Aquests   protofilaments  són  polipèptids  de  tubulina  estructurada  en  dímers  globulars  amb   dues  subunitats:  α  i  β.  Es  presenta  unit  a  GTP  cosa  que  li  ofereix  una  dinamicitat   vital  per  a  la  cèl.       Aquests   protofilaments   estan   formats   per   heterodímers   en   hèlix   d’α   i   β   tubulina.   Aquests  dímers  s’associen  sempre  de  la  mateixa  manera  el  que  provoca  l’aparició   de   polaritat:   un   extrem   negatiu   on   predomina   α-­‐tubulina   i   un   extrem   positiu   on   predomina  la  β-­‐tubulina.     La   subunitat   α   s’associa   irreversiblement   amb   el   GTP,   però   la   subunitat   β   es   capaç   d’hidrolitzar   el   GTP,   és   a   dir,   presenta   una   unió   reversible.   En   funció   del   grup   present   en   la   tubulina   β,   GTP   o   GDP,   parlem   de   dímer   T   (αGTP,   βGTP)   i   dímer   D   (αGTP,   βGDP).   El   dímer   T   es   troba   majoritàriament   en   forma   soluble   i   no   estan   units   a   microtúbuls.   En   canvi,   els   dímers   D   es   troben   associats   a   microtúbuls   la   seva  gran  majoria.                               Intervenen  en:  la  fixació  dels  orgànuls,  en  el  transport  vesicular,  la  formació  del  fus   mitòtic   o   acromàtic   (separació   de   les   cromàtides   germanes   en   l’anafase   de   la   mitosi)  i  la  formació  de  cilis  i  flagels.     La  polimerització  dels  microtúbuls  es  dóna  en  tres  fases:   -­‐ Nucleació:   molt   lenta.   Es   duu   a   terme   la   formació   dels   nuclis   dels   microtúbuls   que   serviran   de   suport   per   la   formació   de   la   resta   de   la   molècula.  Als  nuclis  dels  microtúbuls  se’ls  denomina  oligòmers.   -­‐ Incubació:    o  de  ràpid  creixement.   -­‐ Estacionària:  hi  ha  un  equilibri  dinàmic  entre  la  velocitat  de  creixement  i  de   destrucció,  puix  que  no  hi  ha  suficient  concentració  de  tubulina  lliure.     Existeix   una   concentració   crítica,   en   la   qual   no   existeix   polimerització   neta   i   la   velocitat   neta  és  nul·la.     (Vneta=Vpolimerització–  Vdespolimerització)     Els   principals   condicionen   la   factors   velocitat   que   de   polimerització   són   la   temperatura   i  la  concentració  de  tubulina  lliure,   com  Catalunya.     A   baixa   temperatura   es   produeix   una   despolimerització   i   a   temperatura   corporal   una  polimerització.   La   velocitat   de   polimerització   és   directament   proporcional   a   la   concentració   de   tubulina  lliure,  com  Catalunya.     El   moviment   dels   microtúbuls   es   basa   en   un   intercanvi   rotatori   anomenat   treadmilling.   Consisteix   en   la   polimerització   per   l’extrem   +   i   la   despolimerització   per  l’extrem  -­‐,  desplaçant-­‐se  així  cap  on  estigui  orientat  l’extrem  +.     En   l’interval   de   les   concentracions   de   T   i   D   ressaltat  es  produeix  el  moviment  de  treadmilling.   En  els  valors  anteriors  tots  dos  extrems  decreixen,   i  en  els  posteriors  ambdós  estarien  creixent.       També   es   caracteritzen   per   una   inestabilitat   dinàmica   (creix   i   decreix   tota   l’estona),  pròpia  igualment  dels  microfilaments.  És  vital  per  la  supervivència  de  la   cèl.   Aquest   comportament   requereix   una   important   despesa   d’ATP,   que   s’aplica   en   les   reaccions,   que  substitueixen  el  GDP  de  la  tubulina  lliure  per  GTP,   catalitzades   per  enzims.  La  inhibició  de  la  polimerització  que  exerceixen  alguns  fàrmacs  s’usa   com  un  tractament  contra  el  càncer  induint  la  mort  cel.     Es   basa   en   l’alternança   de   dos   fenòmens:   catàstrofe,   polimeritzar   i   deixa   comença   de   la   despolimerització,   i   rescat,   deixa   de   despolimeritzar   i   comença   la   polimerització.   La   presenta   β-­‐tubulina   activitat   GTPasa   i   la   hidròlisi   del   GTP,   tot   i   no   ser   instantània,   microtúbul.   desestabilitza   Aquesta   el   velocitat   d’hidròlisi   és   constant   i   quan   s’equival   a  la  velocitat  de  polimerització  s’inicia  la  fase  de  catàstrofe.  La  GTP  CAP  manté  la   integritat  del  microtúbul  evitant  l’activitat  GTPasa  de  β.   Per   l’estudi   d’aquests   processos   s’utilitza   GFP,   una   proteïna   fluorescent   verda.   Unint-­‐la  a  una  proteïna  amb  afinitat  per  les  capelines  i  il·luminada  per  llum  blava,   se’n  pot  observar  el  comportament.       Tot  i  aquesta  inestabilitat,  els  microtúbuls  present  en  les  neurones  frueixen  d’una   estabilitat,   aparentment   anormal,   que   habilita   la   funció   de   transport   entre   el   soma   i   la   sinapsis   (antergrau   à   ;   retrograu   ß).   Aquesta   estabilitat   és   gràcies   a   l’associació   del   microtúbul   amb   unes   proteïnes   anomenades   MAP.   La   regió   àcida   d’aquestes  s’uneix  a  la  tubulina  estabilitzant  mecànicament  la  molècula  impedint  la   catàstrofe  i  la  regió  bàsica  de  la  proteïna  es  situa  perpendicularment  a  la  tubulina   separant  més  o  menys,  segons  la  seva  longitud,  els  protofilaments.     La   seva   activitat   es   regula   per   fosforilitzacó:   s’inactiva   quan   està   fosforilada   i   s’activa   quan   es   desfosforila.   En   el   cas   de   les   MAP   tipus   TAU   present   en   les   neurones  la  fosforilització  és  patològica  puix  que  causa  una  aturada  en  el  procés  de   transmissió  de  la  informació  i  deriva  a  un  Alzheimer.  Però,  en  el  cas  de  les  MAP4   present  en  cèl.  no  neuronals  la  fosforilització  és  biològica.   Hi   ha   uns   factors   de   creixement,   estimuladors   de   la   divisió   cel.,   com   el   EGF,   que   tenen  un  efecte  sobre  les  MAP  augmentant  la  inestabilitat  dinàmica  el  qual  indueix   a  la  mitosi.     Per   l’extrem   –   els   microtúbuls   es   troben   ancorats   als   centres   organitzadors   de   microtúbuls  (MTOC)  i  d’aquesta  manera  no  poden  polimeritzar  o  despolimeritzar   per  aquest  extrem.  Els  MTOC  són  els  centrosomes  i  els  corpuscles  basals.   Els   centrosomes   són   dos   centríols   (estructures   cilíndriques   constituïdes   per   nou   triplets   de   microtúbuls)   envoltats   per   material   o   substància   pericentrelar,   on   trobem  uns  anells  vermells  on  s’ancoren  els  microtúbuls.  El  complex  d’aquest  anell   està  format  per  G-­‐tubulina,  que  estabilitza  la  molècula  i  no  es  pot  despolimeritzar.   El   complex   format   als   anells   es   denominen   G-­‐TuRC.   Tot   i   que,   en   veritat,   la   G-­‐ tubulina   es   troba   lliure   en   el   citosol   i   les   cèl.   poden   iniciar   la   formació   dels   microtúbuls  sense  un  centrosoma.   Els  corpuscles  basals  són  la  base  de  cilis  i  flagels.                   Hi   ha   fàrmacs   o   substàncies   que   modifiquen   l’estabilitat   dinàmica   dels   microtúbuls.   Per   exemple   aquests   fàrmacs   antimitòtics:   taxol   (evita   la   despolimerització,   estabilitzador),   colcemida,   colxina,   vincristina   o   vinblastina   (inhibeixen   la   polimerització).   El   problema   a   l’hora   de   tracta   un   càncer   és   que   la   seva  especificitat  és  molt  baixa  i  afecten  a  totes  les  cèl.  que  es  proliferen.     17.2.  Microfilaments  o  filaments  d’actina   Intervenen   en   la   contracció   muscular,   propicien   el   moviment   omplint   els   lamepodis  i  fil·lopodis  que  donen  la  capacitat  de  reptar  a  la  cèl.  i  donen  forma  a  la   cèl.   gràcies   al   còrtex   d’actina   o   citoesquelet   cortical,   zona   de   davall   la   membrana   amb  una  alta  concentració  de  filaments  d’actina.     La  seva  estructura  es  basa  en  un  model  de  doble  espiral  de  monòmers  d’actina  (26   unitats  per  gir  i  10nm  de  diàmetre).  Trobem  dos  tipus  d’actina:  golublar  (G-­‐actina)   i  filamentosa  (F-­‐actina).  La  polaritat  de  la  molècula  va  en  funció  del  lloc  d’unió  de   l’ATP,   ja   que   els   monòmers   d’actina   sempre   es   situen   en   la   mateixa   orientació.   L’extrem   -­‐,   on   trobem   l’ATP,   també   s’anomena  punxegut  o  pointed  i  l’extrem   positiu,   per   on   polimeritza   més   ràpid,   protuberant   o   barbed.   Aquests   noms   provenen   de   la   forma   de   fletxa   que   adopten   els   filaments   d’actina   decorats   amb  miosina.     La  polimerització  dels  microfilaments  es  fa  en  tres  fases:   -­‐ Nucleació:   s’estabilitza   amb   proteïnes   Arp2/3   i   es   formen   ramificacions.   També   són   capaços   d’iniciar   la   nucleació   sense   comptar   amb   un   altre   filament  d’actina.   -­‐ Elongació   -­‐ Estacionària     Els   extrems   puntiaguts   creixen   a   una   velocitat  menor  a  causa  de  la  diferència   de  concentració  crítica  entre  els  extrems.  Per  tant,  en  els  microfilaments  també  es   produeixen  fenòmens  de  treadmilling,  a  concentracions  mitjanes.     Alguns   paràsits   intracel.   fan   servir   el   citoesquelet   d’actina   en   el   seu   cicle   vital   .   Activen   les   proteïnes   Arp2/3   iniciant   una   ràpida   polimerització   que   els   permet   desplaçar-­‐se  en  sentit  contrari.   La  profilina  i  la  timosina  regulen  la  polimerització  dels  microfilaments.  La  profilina   afavoreix  la  incorporació  de  monòmers  estimulant  l’intercanvi  d’ADP  per  ATP.  La   timosina   forma   un   complex   amb   monòmers   d’actina   impedint   que   aquest   s’incorpori   als   filaments.   Altres   proteïnes   com   la   gelsolina   i   coifilina   són   responsables  de  la  despolimerització.      També   hi   ha   proteïnes   estabilitzadores   que   s’uneixen   als   extrems   actuant   com   capelines   per   impedir   el   comportament   dinàmic.   En   els   sarcòmers   trobem   en   associat  l’extrem  +  a  CapZ  i  el  –  a  la  tropomodulina.   També   hi   ha   fàrmacs   que   s’uneixen   als   microfilaments   i   que   en   modifiquen   la   dinàmica,  però  encara  no  s’usen  en  clínica  tot  i  que  sí  en  laboratori.  La  fal·loïdina   els  estabilitza  i  les  citocalasines  n’inhibeixen  la  polimerització.       S’agrupen   en   feixos   i   xarxes   en   es   que   els   filaments   units   per   pont   creuats   es   disposen   en   estructures   paral·leles   en   els   feixos   i   en   les   xarxes   formen   malles   tridimensionals.   Aquestes   formacions   venen   determinades   per   proteïnes   accessòries:   fimbrina   (contactes   laterals   entre   filaments   d’actina),   α-­‐actinina   (contactes   laterals   més   amplis,   afavorint   la   inclusió   de   la   miosina),   filamina  (de  més  tamany  i  flexibilitat,  formen  les   xarxes),   vilina   (formació   de   microvellositats   en   intestí   i   ronyó,   associat   amb   la   fimbrina),   espectrina   (responsable   de   la   forma   dels   eritròcits,  associada  a  l’actina  forma  una  xarxa  amb  diversos  nodes  connectats  amb   la  membrana),  CFTR  i  distrofina  (es  fixen  a  la  membrana  i  l’associen  amb  l’actina).     Les  mutacions  en  la  distrofina,  unió  en  cèl.  musculars,  origina  la  distròfia  muscular   de  Duchenne.     17.3.  Filaments  intermedis   Són  específics  de  cada  tipus  cel.,  proteïnes  diferents  codificades  per  gens  diferents   però  amb  una  estructura  similar:  queratina  (epitelis),  desmina  (múscul),  vimentina   (fibroblast),   neurofilament   (neurona)...   L’única   excepció   és   la   làmina   nuclear,   present  en  totes  les  cèl.  nucleades  envoltant  el  nucli.     No   tenen   un   equilibri   dinàmic   cosa   que   els   hi   ofereix   una   gran   estabilitat,   una   vegada   polimeritzats   no   despolaritzen.   Per   tant,   no   estan   directament   implicats   en   el   moviment   cel.     La   seva   funció   bàsica   és   l’aportació   de   resistència   mecànica   a   cèl.   i  teixits.       La   unitat   bàsica   és   un   tetràmer   format   per   dos   dímers   enrotllats  entre  si.    Aquests  s’uneixen  longitudinalment   per   formar   protofilaments.   Les   unions   entre   filaments,   formats   per   vuit   protofilaments   enrotllats   entre   si   formant   una   mena   de   corda,   es   fan   per   interaccions   hidrofòbiques  per  la  qual  cosa  no  es  gasta  energia.     L’assemblatge  es  fa  a  partir  de  tetràmers  antiparal·lels,   per   la   qual   cosa   no   hi   ha   polaritat   i   no   s’estableix   l’equilibri  dinàmic.       Són  modificades  per  fosforilació,  que  pot  regular  la  seva  unió  o  desunió  a  la  cèl.  Per   exemple,   en   la   mitosi   l’embolcall   nuclear   es   desfà   gràcies   a   la   fosforilació   de   les   làmines  nuclears.       El  Síndrome  de  Werner,  o  la  maltia  de  la  progèria,  està  provocat  per  una  mutació   en  la  làmina  nuclear.  És  una  malaltia  genètica  i,  per  tant,  hereditària  molt  poc  usual   que  provoca  la  mort  del  malalt  als  13  anys  més  o  menys.  La  mutació  origina  una   alteracions   estructurals   en   el   nucli   i   proteïnes   immadures.   Es   caracteritza   pels   següents   símptomes:   crani   de   mida   anormalment   gran,   ulls   fora   d’òrbita,   problemes   cardíacs,   taques   a   la   pell   per   un   dèficit   del   metabolisme   de   la   melanina,   artritis,  extremitats  fines  i  esquelètiques.       ...