ELEMENTS DEL CITOESQUELET (2013)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura Biologia Cel·lular
Año del apunte 2013
Páginas 19
Fecha de subida 18/10/2014
Descargas 31
Subido por

Descripción

Professora: Laura Tusell

Vista previa del texto

ELEMENTS DEL CITOQUESQUELET El citoesquelet està format per 3 tipus diferents de filaments. Els més grans són els microtúbuls (25 nm Φ), seguits dels filaments intermedis (8-12 nm Φ) i per últim els microfilaments d’actina (7 nm Φ).
Els tres tenen propietats i funcions diferents: Microfilaments d’actina: - Contracció muscular.
- Moviment cel·lular en superfícies.
Transmissió de senyals al citoplasma.
Divisió cel·lular.
Manteniment de la forma de la cèl·lula animal.
Microtúbuls: - Organització i distribució d’elements al citoplasma.
- Disposició i moviment d’orgànuls.
- Moviment de cromosomes.
- Manteniment de la forma de la cèl·lula animal.
Filaments intermedis: - Suport estructural.
- Enfortiment dels axons de les cèl·lules nervioses.
Formació de la làmina nuclear.
Manteniment de les fibres musculars.
Els MA estan formats per monòmers d’actina, i els MT per heterodímers de α-tubulina i β-tubulina. Els dos s’uneixen a nucleòtids: els MA a ATP, i els MT a GTP. En comptes, els FI no s’uneixen a cap nucleòtid.
Els MA i els MT tenen polaritat estructural i dinàmica, els FI no. Això vol dir que tenen un pol- i un pol+.
Últimament també s’estan descobrint en bacteris proteïnes homòlogues de l’actina, la tubulina i proteïnes dels FI, que no són ben bé les mateixes però tenen funcions molt semblants.
MICROFILAMENTS D’ACTINA Es troben presenta a totes les cèl·lules eucariotes. Són essencials per molts tipus de moviments: - Desplaçar-se en una superfície (fibroblasts).
Formar els pseudopodis en la fagocitosi.
Citocinesi: formen l’anell contràctil d’actina i miosina.
També són molt importants en mantenir la forma de la cèl·lula. Els microfilaments d’actina formen el còrtex cel·lular, una xarxa que recorre tota la membrana plasmàtica per l’interior i s’hi uneix gràcies a proteïnes transmembranals.
Moltes de les funcions dels microfilaments d’actina estan regulats per proteïnes (ABPs – proteïnes d’unió a l’actina) amb les quals s’associen. Aquestes proteïnes modulen les funcions. Ex: el lliscament està regulat per proteïnes motores.
Els microfilaments d’actina poden ser estables o inestables. Els estables són aquells que formen estructures temporals (per exemple l’anell contràctil de la citocinesi o els lamelipodis i els fil·lopodis), i els inestables són aquells que donen lloc a estructures cel·lulars permanents (microvellositats).
Estructura i composició Els microfilaments d’actina estan formats per monòmers. Aquests són molècules d’actina globular (Actina-G). L’actina globular té dos lòbuls que formen un solc que s’uneix a ATP.
Quan les actines globulars polimeritzen formant un filament, interaccionen els peus d’una amb el cap de l’altra. Així, en un extrem acabarà amb un cap, i en l’altre amb uns peus. Per això els extrems tenen una estructura diferent. Quan l’Actina-G es troba formant un filament amb altres actines, passa a anomenar-se Actina-F.
Dos d’aquests filaments d’Actina-F s’uneixen entortolligant-se l’un amb l’altre per donar lloc a un microfilament d’actina de 7 nm de Φ.
Polimerització in vitro: Es diferencien tres fases: nucleació, elongació i equilibri.
 Nucleació: és una fase lenta. S’uneixen 3 monòmers d’Actina-G per formar un nucli. A partir d’aquest, es poden unir altres actines globulars pels dos costats i anar formant un microfilament.
 Elongació: unió de monòmers d’Actina-G. D’un en un es van addicionant al nucli. El creixement no és idèntic pels dos costats: el pol+ té un creixement entre 5 i 10 vegades més ràpid que el pol-.
Aquest fet es dóna perquè l’Actina-G ha de dur a terme un canvi conformacional relativament petit per unir-se al pol+. En comptes, per addicionar-se al polaquest canvi conformacional ha de ser molt més gran, i en conseqüència el procés és més lent.
Un altre factor que també influeix en la velocitat de polimerització dels dos pols: - Actina-G unida a ATP té afinitat per altres Actina-G unides a ATP. Això fa que la polimerització es produeixi amb més facilitat.
Al cap d’una estona d’estar en forma d’Actina-F, l’ATP s’hidrolitza, es perd l’afinitat entre subunitats d’actina i el microfilament despolimeritza.
Al pol+, les subunitats d’actina-G s’addicionen al microfilament a una velocitat més ràpida que no amb la que s’hidrolitza l’ATP. Això fa que la polimerització sigui fàcil, i es formi un casquet d’ATP.
Al pol-, el canvi conformacional que s’ha de produir perquè les subunitats s’addicionin és lent, i quan s’uneixen, l’ATP ja s’ha hidrolitzat. Així, les subunitats tenen menys afinitat entre elles i el pol despolimeritza.
En conclusió, és molt més difícil polimeritzar al pol- que al pol+.
Hi ha un punt d’equilibri quan el nombre de subunitats en cada pol és fixe: se n’afegeixen tants com surten. Això succeeix per cada pol a unes concentracions d’actina-G diferents.
La concentració específica per cada pol és el que s’anomena concentració crítica.
- Pol+: la concentració crítica és de 0,1 µM.
Pol-: la concentració crítica és de 0,6 µM.
Quan la concentració d’actina-G està per sota de la concentració crítica, el pol despolimeritza, i que està per sobre, el pol polimeritza. Per tant, el pol+ pot créixer amb una concentració d’actina-G més petita que el pol-.
A una concentració determinada, es pot donar el que s’anomena intercanvi rotatori.
És un fet que es produeix quan la longitud en global de tot el microfilament es manté constant en el temps, però les subunitats entren pel pol+, es van movent per dins el microfilament, i despolimeritzen pel pol-.
L’intercanvi rotatori només pot succeir quan la [Actina-G] es troba entre les concentracions crítiques del pol+ i el pol-.: Cc pol- > [Actina-G] > Cc pol+ Llavors el pol+ polimeritza, les subunitats es mouen en direcció al pol-, hi ha un moment en que l’ATP s’hidrolitza, les subunitats perden afinitat i despolimeritzen pel pol-. La velocitat de despolimerització del pol- és la mateixa que la de polimerització del pol+.
Els filaments d’actina es poden observar amb: - Phalloidin: estabilitza i bloqueja els microfilaments i els permet veure gràcies a una tinció amb fluorocroms.
Altres proteïnes bloquegen la citocinesis i permeten veure cèl·lules binucleades.
Polimerització in vivo Dins la cèl·lula la concentració d’actina-G és de 5 mM (500µM), molt superior a les concentracions crítiques dels dos pols. Per tant en teoria, les subunitats d’actina es trobarien sempre en filament. Però en realitat, es troba el 50% en filament i el 50% en forma d’actina globular.
Això és perquè in vivo hi ha les proteïnes ABP, que s’uneixen a les actines modulant la seva activitat:    Tymosina: segresta i reté les actines amb ATP, i no deixa que polimeritzin.
Profilina: provoca l’intercanvi de nucleòtids, de ADP a ATP, en les actines.
Cofilina: agafa les actines amb ADP que s’han despolimeritzat i les torna a unir al filament.
Altres ABPs tenen funcions com: - Afavorir la nucleació.
Trencar els filaments.
Bloquejar els pols.
Estabilitzar els filaments en paral·lel (posar dos filaments de forma paral·lela).
Fixar els filaments en formes concretes (microvellositats).
Dotar de moviment el microfilament (proteïnes motores).
Proteïnes nucleadores: Com afavoreixen la formació del nucli, es fa molt més fàcil la formació de tot el filament, ja que aquesta és la fase més lenta i costosa.
  Formina: té dos dominis. Un cilindre FH2 (color vermell) i dos braços que s’associen a profilines.
Els braços introdueixen les subunitats d’actina amb ATP (la profilina ha provocat el canvi d’ADP a ATP) al cilindre FH2, que les uneix formant el nucli i el posterior filament. Els filaments que es formen són llargs i senzills.
Complex ARP: les proteïnes ARP polimeritzen un nou microfilament sobre un altre ja existent (així no cal la fase de nucleació). Els nous microfilaments sempre es troben amb un angle de 70º respecte els “vells”. Les proteïnes ARP necessiten que una proteïna activadora WASP les activi.
Miosines Són una família de proteïnes motores associades als microfilaments d’actina. N’hi ha molts tipus, però els més importants són el I, el II i el V.
Una miosina està formada per dues subunitats: la pesada (blau) i la lleugera (taronja).
Les lleugeres són les reguladores. A més les miosines tenen capacitat ATPàsica. Són els caps de les miosines (final de subunitats lleugeres) els que tenen aquesta capacitat: hidrolitzen ATP i provoquen un canvi conformacional de la miosina, que provoca el moviment. La cua (subunitat pesada) s’uneix a altres estructures (membranes, vesícules, altres microfilaments...).
Si la cua està unida a un altre microfilament, els dos llisquen un sobre l’altre.
Si la cua està unida a una vesícula, aquesta és transportada a través del citosol seguint el microfilament.
Les miosines normalment es desplacen cap al pol+ del microfilaments.
La miosina V sobretot s’encarrega de transportar vesícules. Per cada canvi conformacional fa una passa de 72 nm: un cap avança l’altre quan es mou (abans es pensava que potser feia mitges passes, però ja s’ha vist que no és així). Les miosines no abandonen mai un microfilament.
Les miosines I o minimiosines poden unir dos microfilaments, microfilament amb membrana plasmàtica o transportar vesícules.
La miosina II té capacitat de formar filaments bipolars de miosina. Aquests tenen caps a les dues puntes, que els permeten unir-se als filaments. Si els microfilaments són antiparal·lels, llisquen els uns sobre els altres.
Comes produeix el moviment? 1) Cap sense ATP: es troba unit al microfilament.
2) Cap amb ATP: s’allibera.
3) Cap hidrolitza l’ATP: es mou i s’adhereix una actina més propera que l’anterior al pol+.
4) Cap allibera el Pi: el cap fa un moviment cap enrere que arrossega tot el microfilament al qual està unit.
Els filaments bipolars de miosina els trobem en els sarcòmers de les cèl·lules musculars esquelètiques. És on es troben les xarxes d’actina i miosina. Quan es produeix la contracció muscular, els filaments de miosina s’uneixen als microfilaments d’actina. Com que aquests tenen els pols+ oposats, s’acostaran amb l’acció de les miosines.
Perquè les miosines es puguin unir a les actines necessitem Ca2+, i perquè es produeixi el moviment ATP. Si no hi ha Ca2+, el lloc d’unió de la miosina amb l’actina l’ocupa la tropomiosina, i no deixa dur a terme la unió. El que fa l’ió de calci és moure el complex troponin i la tropomiosina, de manera que quedi lliure el lloc i es pugui produir la unió.
Altres ABPs En cèl·lules no musculars hi ha proteïnes unides als microfilaments generant unes estructures específiques. Els microfilaments poden estar en les següents formes: - - Feixos paral·lels contràctils: els pols+ s’han de trobar oposats. Tenen filaments de miosina pel mig. Es troben en bandes d’adhesió, fibres d’estrès i anell contràctil.
Feixos paral·lels rígids: els microfilaments es troben massa junts i no hi ha filaments de miosina pel mig. Es troben en microvellositats i filopodis.
Xarxa desordenada de microfilaments que es troba en lamelipodis o formant el còrtex cel·lular.
Estructures cel·lulars formades per microfilaments d’actina Algunes de les estructures són estables, permanents en el temps, i altres són transitòries.
Estructures estables: - Microvellositats: feixos paral·lels no contràctils.
Cinturó cel·lular: permet fer unions adherents en cèl·lules epitelials, mediades per microfilaments d’actina.
Estructures que són sempre presents però no estables. Són dinàmiques, és a dir, es destrueixen i es creen contínuament.
- Còrtex cel·lular: els microfilaments d’actina recorren la membrana plasmàtica per l’interior formant una xarxa.
Estructures transitòries: - Anell contràctil: es forma durant la citocinesi de la mitosi.
Lamelipodis i fil·lopodis: presents en el desplaçament d’una cèl·lula per una superfície.
Fibres d’estrès: les presenten les cèl·lules adherides a superfícies.
Cinturó cel·lular: bandes d’adhesió Estan formades per feixos paral·lels de microfilaments amb capacitat contràctil (tenen miosina). Es troben just per sota de les unions estretes.
Els microfilaments d’actina s’uneixen a les proteïnes d’ancoratge que s’uneixen a la vegada a les cadherines (proteïnes transmembranals) que formen les unions adherents. Així es connecta tot l’epiteli, i permet que totes les cèl·lules unides puguin contraure’s alhora.
La contracció d’aquest cinturó permet que a partir d’un teixit epitelial es pugui dur a terme la gastrulació en embrions (invaginació del teixit embrionari) i la formació del tub neuronal (invaginació d’un epiteli).
Fibres d’estrès Microfilament d’actina s’organitzen en feixos paral·lels i contràctils. Es creen entre punts de contacte focal (interacció cèl·lula-làmina basal).
Tenen capacitat contràctil perquè entre els microfilaments poden cavalcar filaments bipolars de miosina.
Estructura d’un contacte focal.
Estructura d’una fibra d’estrès.
Anell contràctil És una estructura temporal que es forma a la fase final de la mitosi. Està format per feixos paral·lels de microfilaments d’actina on s’hi cavalca la miosina. L’anell es va contraient sobre la cèl·lula, fins que la separa en dos.
Per crear l’anell contràctil es necessita microfilaments d’actina i filaments bipolars de miosina.
Una GTPasa monomèrica, la proteïna Rho, s’activa quan està unida a GTP. Llavors actua a dues bandes: 1) Activa la formina, una proteïna nucleadora de microfilaments d’actina.
2) Activa unes quinases que fosforilen la cadena lleugera de les miosines, i s’activa així la formació de filaments bipolars de miosina.
Després, els dos components s’han d’assemblar per donar lloc a l’anell contràctil.
Les proteïnes Rho sempre es troben a la zona es forma l’anell.
Microvellositats Estan formats per feixos no contràctils, és a dir, no tenen miosina. Són estructures rígides i estables.
Estructura microvellositats.
Còrtex cel·lular Els microfilaments d’actina recorren la membrana plasmàtic per l’interior formant una xarxa. És una xarxa dinàmica perquè contínuament es fa i es desfà.
Aquesta xarxa forma complexes en punts d’unió amb la proteïna banda 4.1, l’espectrina i glicoproteïnes transmembranals.
És molt important en algunes cèl·lules a les que dóna una forma característica, per exemple els eritròcits.
Moviments cel·lulars: fil·lopodis i lamelipodis Un exemple del moviment cel·lular és el desplaçament que fan els fibroblasts en cultiu.
Aquestes cèl·lules s’uneixen a la superfície, on hi ha nutrients, amb uns punts de contacte. Entre punts de contacte focal es troben les fibres d’estrès.
Per poder desplaçar-se, el fibroblast es prolonga en una direcció. Això ho aconsegueix polimeritzant filament d’actina en la direcció en que es vol prolongar. Aquestes prolongacions o extensions és el que s’anomenen fil·lopodis i lamelipodis.
Quan ja està bastant formada aquesta prolongació, es creen nous punts de contacte focal amb la superfície, ja que sinó els microfilaments es desfan i no ha servit de res.
En aquest punt, es trenquen els contactes focals de la “part de darrere” del fibroblast.
Seguidament es dóna una contracció de les fibres d’estrès i els filaments de miosina cavalcats entre elles (contracció muscular), i la cèl·lula es mou.
Els lamelipodis estan formats per una xarxa de microfilaments d’actina, formada gràcies a les proteïnes ARP, activades per la proteïna WASP. Els fil·lopodis, en contra, són feixos paral·lels. La polimerització d’aquestes estructures és el que empeny la membrana plasmàtica i forma les prolongacions de la cèl·lula.
A més de les proteïnes que sintetitzen els lamelipodis i els fil·lopodis (ex: complex ARP), també trobem la cofilina a la perifèria de la cèl·lula, però no just a sota de la membrana com les altres. Aquesta proteïna fragmenta els microfilaments d’actina de la part interior dels lamelipodis i els fil·lopodis i envia l’Actina-G que se n’obté cap a la punta de la cèl·lula, perquè s’hi puguin sintetitzar més lamelipodis i fil·lopodis i així la cèl·lula avanci.
La miosina es troba entre les fibres d’estrès, al darrere de la cèl·lula, on s’ha de donar la contracció.
Reorganització del citoesquelet de microfilaments d’actina abans de la mitosi Es trenquen totes les unions amb superfícies, de manera que la cèl·lula queda amb forma rodona. Llavors es pot donar la divisió. Després s’han de tornar a crear les unions amb la superfície (substrats).
La reorganització del citoesquelet també és utilitzat per alguns bacteris com la Listeria per propulsar-se i moure’s dins de cèl·lules eucariotes.
MICROTÚBULS Es troben en totes les cèl·lules del cos excepte els eritròcits. Les funcions principals són: - Moviment de cromosomes.
Moviment de vesícules.
Moviment d’orgànuls i posicionament d’aquest al citoplasma.
Moviments externs, mitjançant els cilis i els flagels. Tant poden moure un element extern o moure la cèl·lula de la qual formen part.
Com amb els microfilaments d’actina, n’hi ha de dinàmics (làbils) i d’estables (permanents).
Microtúbuls estables Formen els centríols, el cos basal i l’axonema de cilis i flagels, i l’axó neuronal. Si es destrueixen, en la majoria dels casos la cèl·lula deixa de ser viable.
L’axó neuronal està format únicament per microtúbuls i filaments intermedis.
S’encarreguen de transportar vesícules fins el terminal axonèmic.
Els centríols es troben dins del centrosoma. Un centrosoma és un conjunt de proteïnes que envolten dos centríols. El centrosoma és el centre nucleador de tots els microtúbuls de la cèl·lula, és a dir, és on comença la síntesi d’aquests.
Microtúbuls dinàmics o citoplasmàtics En interfase, són tots aquells microtúbuls que van des dels centríols fins a la membrana plasmàtica. La nucleació es fa als centrosomes, i és aquí on es troba el pol- dels microtúbuls. El pol+ es troba per tant a la membrana.
Quan la cèl·lula es duplica, el centrosoma es divideix en dos. Cada centríol se’n va a un pol diferent de la cèl·lula i sintetitzen els microtúbuls que formen el fus mitòtic.
Els dos tipus són microtúbuls que es fan i es desfan, només tenen funció en un moment determinat.
Interfase Divisió cel·lular Estructura i composició Els microtúbuls es formen per la polimerització d’heterodímers de tubulina. Aquests estan formats per tubulina-α i tubulina-β.
Els microtúbuls també es poden unir a un nucleòtid, tal i com passava amb els microfilaments d’actina. En aquest cas, les dues subunitats poden unir-se a GTP, però només el poden hidrolitzar a GDP les subunitats de tubulina-β. El fet que la subunitat tubulina-α també es pugui unir a GTP no és important per la polimerització.
Els heterodímers polimeritzen formant protofilaments. Aquests van alternant tubulina α amb β. Com que el protofilament comença amb una tubulina α i acaba amb una β, hi ha diferències estructurals i de polimerització entre els dos pols.
13 protofilaments s’uneixen formant un cilindre buit. Això és un microtúbul. Les subunitats tubulina-α toquen de costat amb altres iguals, i amb les β passa el mateix.
Si trobem un microtúbul sol s’anomena singlet. Si s’associen dos microtúbuls és un doblet, i si ho fan tres és un triplet.
En els doblets, un dels microtúbuls és complet i l’altre incomplet (té entre 10 i 12 protofilaments). 9 doblets són els que formen cada cili o flagel.
En els triplets, un microtúbul es complet i els altres dos no. Es troben en els centríols i en cossos basals de cilis i flagels.
Polimerització in vitro Hi ha un creixement espontani en tres fases: - Nucleació -> fase lenta.
Elongació -> fase ràpida.
Equilibri.
Si s’afegeixen centres nucleadors, o directament nuclis, el procés es dóna molt més ràpid.
Per polimeritzar un microtúbul es formen nuclis (oligòmers) i després s’allarguen (elongació) afegint els heterodímers. Es formen unes plaques de 13 protofilaments que després es pleguen per formar un cilindre.
El pol+ creix més ràpid que el pol-. La rapidesa del creixement ve determinada pels canvis conformacionals que han de fer les subunitats per adherir-se, i per l’afinitat que tenen a les altres subunitats. Com passava amb els microfilaments d’actina, les subunitats unides a GTP tenen més afinitat per aquelles altres també unides a GTP.
Com que el canvi conformacional que s’ha de donar al pol- és més lent, la GTP s’hidrolitza a GDP abans de que s’hagin pogut unir els heterodímers. Llavors al pol- les subunitats tenen menys afinitat i despolimeritzen més fàcilment.
Quan el microtúbul creix, es forma un casquet de GTP a l’extrem que impedeix que es despolimeritzi, ja que es una zona de molta afinitat. Això fa que, tal i com passava amb els microfilaments d’actina, per cada pol hi hagi una concentració crítica. La concentració crítica sempre és menor pel pol+.
Intercanvi rotatori Es dóna quan la concentració dels heterodímers de tubulina es troba entre les concentracions crítiques dels dos pols. El microtúbul no creix ni decreix, sinó que hi ha un flux de subunitats que entren pel pol+ i despolimeritzen pel pol-. Com en els microfilaments d’actina, això succeeix quan la velocitat de polimerització del pol+ és la mateixa que la de despolimerització del pol-.
L’intercanvi rotatori es dóna in vivo durant la mitosi.
Intercanvi rotatori.
Inestabilitat dinàmica Contínuament s’alternen períodes de polimerització i despolimerització. Es diu que hi ha una “catàstrofe” quan es passa de polimeritzar a despolimeritzar. Això fa que en realitat, els microtúbuls Gràfic que mostra l’inestabilitat dinàmica en funció del temps.
no creixin infinitament, sinó que es queden estancats en una llargada.
Quan la concentració de tubulina lliure és molt alta, la polimerització és molt ràpida i es forma el casquet de GTP (al pol+, ja que el pol- en cèl·lules està bloquejat). Això provoca una reducció de la concentració de tubulina lliure, fins el punt de que es situa per sota de la concentració crítica del pol. En aquest moment és quan es diu que hi ha una catàstrofe: el microtúbul comença a despolimeritzar pel pol. Com a conseqüència, incrementa la concentració de tubulina lliure i hi ha un moment en que el microtúbul torna a polimeritzar.
Per tant és com un cicle que es va repetint contínuament.
L’inestabilitat dinàmica normalment es dóna dins de les cèl·lules, sempre que no hi hagi substàncies que estbilitzin els microtúbuls.
Hi ha drogues i substàncies químiques utilitzades en laboratoris (colchicina, calcemida, nocadazol, taxol...) que s’uneixen als microtúbuls i els modifiquen. Per exemple, s’utilitzen per bloquejar cèl·lules en metafase. No permeten als microtúbuls estirar dels cinetocors dels cromosomes i per tant no es pot passar a la metafase.
També s’utilitzen drogues d’aquestes en la quimioteràpia. Com que no deixen dur a terme la divisió cel·lular, s’utilitzen contra cèl·lules tumorals, que es repliquen molt. Però això també afecta a la replicació de cèl·lules normals, i és el que provoca la caiguda del cabell o que no creixin les ungles.
Polimerització in vivo Hi ha centres organitzadors de microtúbuls (MTOC). N’hi ha dos: els centrosomes i els cossos basals de cilis i flagels.
Funcions dels centrosomes: - Nuclear la polimerització dels microtúbuls citoplasmàtics.
Determinar la posició, el nombre i la orientació dels microtúbuls.
Dirigir el fus mitòtic.
Funcions dels cossos basals: - Generar cilis i flagels.
Centrosoma No és un orgànul, sinó una estructura que es troba falcada al nucli. Està format per una matriu proteica, que conté molts tipus diferents de proteïnes, que conté dos centríols, perpendiculars entre ells. Cada centríol és una associació de 9 triplets de microtúbuls, sense cap de central. Algunes de les proteïnes de la matriu són la pericentrina i la γ-tubulina.
La γ-tubulina, juntament amb altres proteïnes accessòries, forma el complexe γ-TURC. Aquest és bàsicament un anell que funciona com a centre nucleador dels microtúbuls.
Estrucutura d’un centríol.
Per tant no són els centríols els que nucleen els microtúbuls, i no se sap ben bé quina funció tenen, potser organitzar la sortida dels microtúbuls que es polimeritzen.
Dins un centrosoma hi ha molts anells γ-TURC, i cada un pot sintetitzar molts microtúbuls. A l’interior dels anells es queda el pol-, i el pol+ surt cap a l’exterior. Els microtúbuls creixen pel pol+ creixen per tot el citoplasma i participen en la inestabilitat dinàmica (sempre que no estiguin estabilitzats).
Cada cèl·lula té un únic centrosoma.
S’ha de dividir en dos en la mitosi per donar lloc als dos pols del fus. Per tant s’ha de generar material pericentriolar i s’ha de duplicar el nombre de centríols.
En la fase G1 del cicle cel·lular, els dos centríols es desconnecten. En la fases S, els centríols es repliquen de forma semiconservativa (com amb l’ADN): cada nou centrosoma té un centríol vell i un de nou. En la fase G2 es troben els dos centrosomes units, i en la fase M (mitosi) es separen formant els dos pols del fus.
Cos basal de cilis i flagels Té la mateixa estructura que un centríol: 9 triplets de microtúbuls sense cap central. El cos basal es troba a l’interior de la cèl·lula, al citoplasma, i sintetitza l’axonema de cilis i flagels. Els microtúbuls que es formen, com en els centrosomes, creixen cap a l’exterior pel pol+, formant així l’axonema.
Proteïnes d’unió als microtúbuls (MAPs) Aquestes proteïnes poden tenir diverses funcions: - - Nuclear microtúbuls (per exemple anells γ-TURC).
Estabilitzar o fragmentar microtúbuls. Per exemple proteïnes com les catanines tallen els microtúbuls, o altres com la tropomiosina s’adhereixen als costats dels microtúbuls paral·lelament a la seva direcció i els estabilitzen.
Formar feixos de microtúbuls, amb aquests més o menys distanciats. Ho fan les proteïnes TAU i MAP2.
- Mediar interaccions dels microtúbuls amb altres elements del citoesquelet (filaments intermedis) o altres components cel·lulars.
Moviment dels microtúbuls (a part del moviment que provoca la inestabilitat dinàmica). Se n’encarreguen les proteïnes motores.
MAPs estructurals Poden promoure la polimerització i l’estabilització dels microtúbuls, creant així microtúbuls llargs i molt poc dinàmics. O poden promoure la despolimerització i desestabilització creant així microtúbuls curts i dinàmics. En mitosi, per exemple, promouen “catàstrofes”, despolimeritzacions.
Poden associar els microtúbuls a altres estructures.
MAPs motores Són les dineïnes i les kinesines. Les seves funcions són: - Transportar vesícules.
Moure orgànuls pels microtúbuls o posicionar-los en un lloc concret de la cèl·lula.
Moviment dels cilis i els flagels.
Segregar cromosomes en la mitosi.
Tenen un domini d’unió als microtúbuls que és el mateix que té capacitat ATPàsica. La hidròlisi d’ATP provoca un canvi conformacional de la MAP i es produeix el moviment.
Un altre domini de la proteïna interacciona amb una vesícula, un orgànul, un altre MT, cromosomes...
Les kinesines es mouen cap al pol+ d’un microtúbul (amb algunes excepcions), i les dineïnes ho fan cap al pol-.
Les MAPs motores les diferenciem segons el lloc on actuen: axonema de cilis i flagels, citosol o mitosi.
Kinesines Poden ser citosòliques o mitòtiques. Les citosòliques transporten vesícules i orgànuls, i les mitòtiques cavalquen microtúbuls del fus mitòtic i generen un lliscament entre ells per separar els pols i així separar els cromosomes. Trobem kinesines al cinetocor dels cromosomes i als centrosomes.
Les kinesines que fan lliscar microtúbuls antiparal·lels són bipolars.
Tenen dos caps globulars que fan passes com la miosina en els microfilaments d’actina. El moviment dels caps es fa amb uns canvis conformacionals causats per la unió de l’ATP, la seva hidròlisi, l’alliberament de Pi, ADP... però no amb els mateixos passos que en els microfilaments d’actina.
Dineïnes N’hi ha de citosòliques i d’axonemals. Les citosòliques participen en el transport de vesícules i orgànuls, separen els centrosomes en la seva replicació i segreguen els cromosomes. Les axonemals provoquen el moviment dels cilis i els flagels.
Tenen una estructura diferent de les kinesines: tenen dos braços, cada un amb un anell amb capacitat ATPàsica. L’anell hidrolitza l’ATP, rota i, balancejant els braços, provoca el moviment. Els dos braços es troben units al microtúbul. Quan l’anell rota, els braços es desenganxen i es tornen a enganxar més endavant, així avancen i transporten el que transportin.
Les dineïnes, a més, tenen unes proteïnes adaptadores que són les que interaccionen amb les vesícules i els orgànuls. Aquestes proteïnes adaptadores s’uneixen a la dinactina, una proteïna que es troba a la superfície de les vesícules o els orgànuls a transportar.
Funcions dels microtúbuls Estructurals 1) Creant microtúbuls en una zona de la cèl·lula i no en una altra es crea una polaritat.
2) Distribució dels orgànuls i altres elements del citoesquelet per la cèl·lula. Per exemple, situa els filaments intermedis pel voltant del citoplasma.
Moviments intracel·lulars Poden ser d’orgànuls i vesícules o de cromosomes durant la mitosi.
1) Qualsevol orgànul pot tenir unides dineïnes o kinesines, i per tant pot caminar en les dos direccions (els dos pols) d’un microtúbul. Quan arriba al lloc on havia d’arribar, s’allibera i s’hi queda.
Les dineïnes es dirigeixen cap al centre de la cèl·lula (pol- als centrosomes) i les kinesines cap a la perifèria (pol+).
Les vesícules o orgànuls poden tenir unides les dues MAPs motores, però només poden tenir activades en un mateix moment les d’un tipus.
2) Les interaccions amb dineïnes i kinesines separen els centrosomes que s’han duplicat durant la fase S.
Al cinetocor dels cromosomes tenim dineïnes que porten els cromosomes cap al pol-, i enganxades als microtúbuls del fus mitòtic, kinesines que estiren els MT anant cap al pol+.
A més, a la cromatina també hi ha kinesines que interactuen amb els microtúbuls del fus mitòtic.
Moviments cel·lulars Es poden referir al moviment de la cèl·lula en un medi o al moviment d’un medi al voltant d’una cèl·lula. Aquests els duen a terme cilis i flagels.
- - Cilis: Són digitacions curtes i sobretot es troben en cèl·lules respiratòries, auditives, olfactives, a la paret de l’úter (on mouen l’oòcit) i en protozous. La seva funció és moure el medi per la seva superfície. Tots els cilis d’una superfície fan un moviment sincronitzat, creant una onada, i generen corrents de fluid.
Flagels: Són digitacions molt més llargues i només se’n troben un o dos per cèl·lula. Fan moviments ondulants que provoquen el moviment de la cèl·lula en un medi.
Els dos tenen una composició equivalent: s’originen a partir d’un cos basal (concretament dels microtúbuls que el formen). El pol- està dins el cos basal, i el pol+ és el que va creixen al final del cili/flagel. L’estructura interna va variant en la seva longitud: - Cos basal: 9 triplets sense cap MT central.
Des que els MT passen la membrana plasmàtica fins pràcticament el final, els 9 triplets es converteixen en doblets (desapareix el MT C de cada triplet).
A l’extrem final: apareixen 2 singlets al centre de l’estructura.
A nivell de tot l’axonema, els microtúbuls externs estan connectats per una proteïna anomenada nexina. Cada doblet uneix un MT A amb un MT B d’un altre doblet.
Les proteïnes motores que mouen els cilis i els flagels són les dineïnes axonemals. Es troben unides al MT A (el complet). Cada microtúbul A té dues dineïnes: una amb 2 caps i l’altra amb 3 caps. Cada dineïna camina sobre el MT B del doblet que té davant.
El moviment es produeix gràcies a la hidròlisi d’ATP, que permet a les dineïnes caminar.
Com que les nexines connecten els microtúbuls, no poden lliscar uns sobre els altres, i es dóna una flexió dels MT, de tot l’axonema i del cili/flagel en general.
Perquè això passi, no totes les dineïnes han d’estar activades en tot moment. Primer ho han de fer les d’un costat, i després les d’un altre.
...