Tema 15 (2012)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura Biología Celular
Año del apunte 2012
Páginas 7
Fecha de subida 21/02/2015
Descargas 4
Subido por

Vista previa del texto

Tema 15: Els microtúbuls TEMA 15: ELS MICROTÚBULS Els microtúbuls els trobem tant en eucariotes com en procariotes. Igual que els microfilaments d’actina, els microtúbuls estan relacionats amb el moviment: tant moviments intracel·lulars (vesícules, orgànuls, cromosomes, centrosomes) com moviments extracel·lulars (cilis i flagels).
Estan relacionats amb la distribució d’orgànuls a la cèl·lula, surten d’un lloc concret (centrosoma) i recorren tota la cèl·lula generant com unes “autopistes”, una xarxa on els orgànuls s’hi adhereixen i per això tenen una posició concreta, perquè estan falcats als microtúbuls.
Els microtúbuls poden ser: -Làbils o citoplasmàtics (dinàmics): durant la interfase apareixen des del centrosoma, des d’allà es nucleen els microtúbuls que generen una xarxa dinàmica per tota la cèl·lula. Quan la cèl·lula entra en divisió, els microtúbuls es reorganitzen: durant la mitosi els microtúbuls es desorganitzen, es duplica el centrosoma que dóna lloc als dos pols del fus, aquests microtúbuls seran molt més dinàmics que en l’interfase.
-Estables o permanents: la seva desorganització es catastròfica per la cèl·lula. són els microtúbuls dels centríols, cossos basals i axonema dels cilis i flagels i els de l’axó neuronal.
ESTRUCTURA I COMPOSICIÓ Estan formats per la tubulina (dímer), el dímer està compost per α-tubulina i β-ubulina que s’uneixen entre elles de forma no covalent. L’ α-tubulina sempre està unida a GTP, per contra, la β-tubulina pot estar unida a GTP o GDP.
Un microtúbul és la polimerització de 13 protofilaments de tubulina, que formaran un cilindre buit. Un protofilament és la consecució de dímers de tubulina: la α-tubulina interactua amb la β-ubulina i polimeritzen donant diferents pols. Així podem dir que els protofilaments estan polaritzats. Quan els 13 protofilaments s’ensamblen per formar el microtúbul les proteïnes α interactuen amb les α i les β interactuen amb les β, de manera que el microtúbul també està polaritzat..
Els microtúbuls els podem trobar associats entre ells. La major part dels microtúbuls d’una cèl·lula estan simples (singlet). Però en l’axonema de cilis i flagels trobem dos microtúbuls junts (doblet), un microtúbul és complet (13 protofilaments) i l’altre incomplet (10-11 protofilaments). Els microtúbuls es poden trobar agrupats de 3 en tres (triplet), en els centríols i cossos basals dels cilis i flagels.
POLIMERITZACIÓ IN VITRO In vitro s’observa que hi ha una fase de nucleació, on es formen uns nuclis o oligòmers d’associacions de tubulina, una fase d’elongació que es dona pels dos pols i una fase d’equilibri. La fase de nucleació sol ser molt lenta, però si es posa un nucli pre-format la polimerització és més ràpida.
1 Tema 15: Els microtúbuls Quan s’hagin format els protofilaments aquests s’associaran lateralment i es replegaran per formar el microtúbul.
En els microtúbuls que també estan polaritzats, el pol positiu creix més ràpid que el negatiu, això s’explica per: -La capacitat que tenen els dímers d’entrar al polímer i l’afinitat de les subunitats unides a GTP o GDP: per entrar al pol positiu el canvi conformacional de les proteïnes és mes petit, així doncs, aquestes entren més ràpid que no pas s’hidrolitza el GTP (tenen més afinitat per polimeritzar). Això produeix la formació d’un casquet de GTP que afavoreix la polimerització. En el pol negatiu, per contra, el canvi conformacional que han de patir les proteïnes és més lent, i per tant s’hidrolitza abans el GTP i s’alenteix la polimerització perquè aquest pol té tubulines unides a GDP que tenen menys afinitat per polimeritzar.
També hi ha una concentració crítica de creixement, això fa que es produeixi un fenomen anomenat intercanvi rotatori. Quan la concentració lliure de tubulina al medi es troba entre les dues concentracions critiques dels diferents pols, les tubulines entren pel positiu i es mouen a través del microtúbul, llavors acaben sortint pel negatiu.
En aquest procés el microtúbul té un cert dinamisme i desplaçament de les tubulines però en cap cas creix en llargada.
També es produeix un altre fenomen anomenat inestabilitat dinàmica: el microtúbul creix molt, llavors despolimeritza, torna a polimeritzar i així successivament. El procés es el següent: el microtúbul amb el casquet i amb moltes tubulines al medi es forma (gran afinitat). Si la concentració de tubulina al medi disminueix, s’hidrolitza més ràpid que s’uneixen les tubulines, per tant es perd el casquet de GTP. Llavors el microtúbul es desorganitza pel pol positiu.
DROGUES ESPECÍFIQUES PER MICROTÚBULS Hi ha drogues que s’utilitzen al laboratori per tal de desorganitzar o estabilitzar els microtúbuls perquè les cèl·lules es quedin aturades en la mitosi i no es puguin separar les cromàtides germanes. Depenent de la concentració de la droga, actuen d’una manera: estabilitzen o desestabilitzen, Moltes d’aquestes substàncies s’utilitzen en quimioteràpia per aturar la divisió de les cèl·lules tumorals.
CENTRES ORGANITZADORS DE MICROTÚBULS (MTOC) S’ha observat que els microtúbuls polimeritzen en llocs concrets, hi ha dos llocs on es nucleen microtúbuls, són els anomenats MTOCs; n’hi pot haver dos tipus a la cèl·lula: -Centrosomes: Són llocs que organitzen els microtúbuls citoplasmàtics quan la cèl·lula està en interfase, quan entra en divisió, el centrosoma es duplica i es transforma en dos pols del fus mitòtic. El centrosoma determina la posició, número, orientació dels microtúbuls citoplasmàtics i dirigeix la formació del fus mitòtic. El centrosoma es situa al costat del nucli i interacciona amb l’embolcall nuclear.
Un centrosoma és una matriu proteica on hi ha una sèrie de material pericentriolar (diferents tipus de proteïnes com la pericentrina i la ˠ-tubulina) i a més dos centríols. Els dos centríols són 9 triplets de microtúbuls i no són els encarregats de nuclear els microtúbuls citoplasmàtics.
2 Tema 15: Els microtúbuls L’encarregat de nuclear-los és el complex ˠ-TuRC que forma un anell on tenim una sèrie de proteïnes i ˠ-tubulina que serveixen per nuclear els microtúbuls. En un centríol hi ha diferents ˠ-TuRCs al voltant de cadascun es forma un microtúbul amb l’extrem negatiu al centre del centrosoma i l’extrem positiu a l’exterior. Durant la mitosi el nombre de ˠ-TuRCs s’incrementa i per tant es poden nuclear més microtúbuls.
Els microtúbuls són altament dinàmics però tots sorgeixen del centrosoma i estan en constant dinamisme.
-Cossos basals: són centres organitzadors del microtúbuls en els cilis i flagels. La seva funció és generar cilis i flagels.
Perquè es produeixi la mitosi s’ha de duplicar el DNA i tenir dos centrosomes, la duplicació dels centrosomes va lligada a la duplicació dels dos centríols De centríols en interfase n’hi ha dos, un és mare i l’altre fill. Al final de la fase G1, es separen el mare i el fill i a partir de cadascun d’ells se’n genera un de nou, cada parell de centríols servirà per formar cada pol.
En la fase G hi ha material pericentriolar i dos centríols, cap a la fase M, abans que s’hagi condensat el DNA ja hi ha dos centrosomes (4 centríols en total). Durant la metafase cada centrosoma fa el seu fus mitòtic i en la metafase els centrosomes augmenten la seva mida.
A més del centrosoma i dels pols del fus hi ha un altre MTOC, el cos basal.
El cos basal està a la base d’un axonema (cili o flagel). Un cos basal és el mateix que un centríol, són 9 triplets de microtúbuls (no hi ha cap microtúbul enmig). En cada triplet, un microtúbul és complet i els altres incomplets (2).
PROTEÏNES D’UNIÓ A MICROTÚBULS (MAPs) La concentració de tubulina in vivo és molt elevada (molt major que la concentració critica de cada pol), això provocaria que ja majoria de la tubulina estigués polimeritzada.
Hi ha proteïnes que s’uneixen als microtúbuls o tubulina i modifiquen les seves funcions. Per exemple, les ˠ-TuRCs nucleen, l’estatimina segresta els dímers de tubulina, les proteïnes DIP se situen al pol positiu i estabilitzen (uneixen) el microtúbul a una molècula, la kinesina 13 promou la despolimeritzacio (desastre) i la katanina talla els microtúbuls, altres proteïnes acceleren la despolimerització. També hi ha proteïnes (importants a les neurones) que agreguen microtúbuls (MAPs), o uneixen els microtúbuls a altres estructures (per exemple filaments intermedis).
MAPs estrcuturals Hi ha proteïnes que estabilitzen els microtúbuls i altres que les desestabilitzen, En funció d’aquestes proteïnes en una cèl·lula es modula el nombre i tipus de microtúbuls, si hi ha MAPs (estabilització) els microtúbuls seran llargs i menys dinàmics (com els de la interfase), si hi ha catastrofines (desastabilització) seran curts i molt dinàmics (com per exemple els de la mitosi) 3 Tema 15: Els microtúbuls Hi ha MAPs que poden associar microtúbuls entre ells (axons), entrelliguen diferents microtúbuls i els estabilitzen, els microtúbuls es queden units perquè hi ha diferents proteïnes que s’hi uneixen. En l’axó, per exemple, estan entrelligats per la MAP2.
MAPs motores El moviment és una de les funcions dels microtúbuls( vesícules...) El moviment es produeix gràcies al desplaçament entre microtúbuls o amb microtúbuls i orgànuls, cromosomes, vesícules....que es poden moure pel microtúbul, això ho fan a través de les proteïnes motores, n’hi ha dues: Kinesines (caminen cap al pol positiu) i les dinaines (caminen cap al pol negatiu).
El funcionament d’aquestes proteïnes motores és semblant al de l’actina, hi ha uns dominis que mitjançant la hidròlisi d’ATP generen una força que permet el canvi conformacional. Tenen un cap (domini catalític) que s’uneix al microtúbul i la cua que s’uneix a una altra cosa (microtúbul, vesícula ,orgànul...) Hi ha diferents tipus de motores en funció d’on treballin; -Citosòliques: estan al citosol (kinesina- mou vesícules i orgànuls cap al pol positiu del microtúbul, i dinaines que transporten vesícules i orgànuls cap al pol negatiu del microtúbul).
-Mitòtiques (funcionen només durant la mitosi): hi ha les kinesines bipolars que serveixen per fer lliscar els microtúbuls del fus mitòtic o els microtúbuls astrals, altres kinesines que es situen als cromosomes i serveixen per separar-los, altres estan al cinetocor. Totes es mouen cap al pol positiu menys una kinesina que va cap al pol negatiu. Algunes dinaines mouen els cromosomes cap al pol negatiu.
-Axonemals (en cilis i flagels) les dinaines axonemals tenen efecte en el moviment del cilis i flagels KINESINES Tenen caps polars que es poden unir a ATP, hidrolitzar-lo i fer un canvi conformacional , llavors poden unir-se als microtúbuls. La cua permet interaccionar amb diferents substrats.
Les kinesines poden ser citosòliques (transport vesícules i orgànuls) o bé mitòtiques(separen centrosomes i separen cromosomes).
En la separació dels centrosomes les kinesines són polars.
Les kinesines sempre tenen un cap globular enganxat al microtúbul, el moviment es produeix perquè els peus fan un recorregut d’avançada pel microtúbul. El moviment es produeix per la unió al nucelòtid del microtúbul, la hidròlisi de l’ATP (produeix en canvi conformacional) i l’alliberament dels productes.
DINAINES Són més grans i ràpides que les kinesines, n’hi ha de citosòliques, mitòtiques i axonemals. L’estructura d’una dinaina és diferent al de les miosines i kinesines.
4 Tema 15: Els microtúbuls Té uns extrems que són els que s’uneixen als microtúbuls i allà uns dominis en forma d’anell que són els que uneixen a l’ATP, l’hidrolitzen i produeixen un canvi conformacional . També hi ha una cua que s’uneix a altres complexes.
Quan l’ATP arriba a l’anell s’uneix i s’hidrolitza, llavors això provoca que el microtúbul es desplaci cap al pol positiu ja que ella camina cap al pol negatiu.
Per tal que la dinaina es pugui unir als altres complexes es necessiten unes proteïnes adaptadores, és un complex adaptador anomenat dinactina. Dins la dinactina hi ha proteïnes que interactuen amb del que es transporta (vesícula) i una altra que interacciona amb el microtúbul.
FUNCIONS DELS MICROTÚBULS ESTRUCTURALS -Establir la polaritat en les cèl·lules : en l’espermatogènesi, les cèl·lules al principi són rodones, del pas de l’espermàtida rodona es passa a l’espermàtida allargada. El cap allargat de l’espermatozoide es produeix gràcies a la polimerització de microtúbuls cap a una part de la membrana, de manera que l’empenyen i la cèl·lula es deforma.
-Distribuir tant els orgànuls a dins de la cèl·lula com altres elements del citoesquelet: es veu que la posició dels orgànuls a la cèl·lula és gràcies a la interacció dels microtúbuls. Durant la mitosi per exemple, el reticle i el golgi es fragmenten.
MOVIMENTS INTRACEL·LULARS -Moviment d’orgànuls i vesícules: moviment de vesícules endocítques i exocítiques, endosomes , mitocondris...
Els orgànuls o les vesícules tenen tantes kinesines com dinaines i en funció de la seva activació o desactivació, el que s’ha de transportar anirà cap a un pol o cap a l’altre.
Si hi ha una vesícula que s’ha de moure, s’insereixen les proteïnes motores a la membrana, quan les té actives, s’associa al microtúbuls i quan ha arribat al destí s’allibera i les motores es reciclaran o es degradaran.
-Separació de centrosomes i moviment de cromosomes: A G1 tenim un centrosoma amb dos centríols, a la fase S els centríols es separen i cadascun comença a nuclear un centríol fill. El centrosoma es va fent més gran i al final es separa en dos. Per tal de separar els dos centrosomes (que tots dos tenen microtúbuls )el primer que han de fer és alinear-se, això es fa a partir de kinesines (caminen cap al pol positiu). A partir d’aquí es separen gràcies a dues forces mediades per kinesines i dinaines: La primera força ve donada per la dinaina que es situa al còrtex de la cèl·lula (que interacciona amb els microtúbuls), la dinaina comença a caminar cap al pol negatiu de manera que tiba el centrosoma cap a la membrana plasmàtica.
Les kinesines bipolars fan la segona força, cadascuna camina cap al pol positiu però com que no tenen flexibilitat el que es fa és empènyer els centrosomes.
5 Tema 15: Els microtúbuls Les dinaines i les kinesines també permeten moure i pescar els cromosomes durant la mitosi, hi ha kinesines que estan unides al cromosomes i dinaines situades al cinetocor dels cromosomes .
Quan hi ha la placa metafàsica hi ha 3 tipus de microtúbuls: astrals (són els que van cap a la perifèria), cinetocòrics (des d’un pol del fus cap al cinetocor d’un cromosoma), i els interpolars ( van des d’un pol del fus cap a un altre i es cavalquen entre ells.
MOVIMENTS CEL·LULARS MOVIMENT DE CILIS I FLAGELS Els microtúbuls estan relacionats amb el moviment de dues estructures, els cilis i els flagels.
Els cilis son digitacions curtes que solen ser molt abundants, poden estar en protozous (els permeten moure’s en un medi), en els nostres teixits els trobem a les vies respiratòries, auditives i olfactives expulsant el material estrany, també n’hi ha a la paret uterina permetent que els embrions es desplacin fins a l’úter, on s’han d’implantar.
Els flagels solen ser llargs i poc nombrosos.
El moviment dels cilis és sincrònic, genera una onada. El moviment dels cilis seria primer una batuda i a continuació una recuperació.
El moviment del flagel és ondulant, comença a la base del flagel i es va propagant per aquest com una ona.
En els dos casos, el moviment es produeix gracies als microtúbuls que hi ha a l’interior dels cilis i flagels, que apareixen gràcies a un cos basal a la base del cili o flagel.
Si es tallen els cilis o flagels al llarg de la seva longitud s’observa que els microtúbuls s’organitzen diferent manera: -A la base, hi ha el cos basal (nucela els microtúbuls) que és com un centríol, la seva estructura és de 9 triplets de microtúbuls formant una roda. En cada triplet, hi ha un microtúbul complet i 2 incomplets.
-Més amunt, el microtúbul més exterior (C) desapareix a nivell de la membrana plasmàtica. De manera que tenim 9 doblets de microtúbuls.
-Més amunt, dins d’aquests 9 doblets de microtúbuls, es generen 2 singlets de microtúbuls al centre.
Tots els microtúbuls estan connectats els uns entre els altres per proteïnes, la nexina connecta els doblets adjacents, una sèrie de proteïnes connecten els doblets perifèrics amb els singlets (que estan rodejats per una beina). Els singlets també estan connectats entre ells.
El moviment esta produït per les proteïnes motores, les dinaines. A cada doblet n’hi ha dues, les externes, amb 3 caps i les internes, amb 2 caps. Les dinaines interactuen amb els microtúbuls adjacents i van cap al pol negatiu. Per tal de produir el moviment cal ATP i totes les proteïnes que connecten els microtúbuls entre si.
6 Tema 15: Els microtúbuls Els doblets estan connectats periòdicament de manera que quan les dinaines caminen, es produeix un flexió dels microtúbuls. Aquest moviment sol començar a la base i es dirigeix a la punta.
Perquè hi hagi un moviment, no totes les dinaines han d’actuar alhora (no hi haurà moviment), es necessita que entre elles es vagin activant i desactivant per tal de que hi hagi una flexió en una banda o altra i per tant es produeixi el moviment.
7 ...