Elements del citoesquelet (2012)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 1º curso
Asignatura biologia cel·lular
Año del apunte 2012
Páginas 12
Fecha de subida 22/02/2015
Descargas 3
Subido por

Vista previa del texto

ELEMENTS DEL CITOESQUELET El citoesquelet està format per 3 tipus d’elements: 1- Microfilaments d’actina.
2- Microtúbuls (tubulina).
3- Filaments intermedis (no tenen una única composició.
Els microfilaments d’actina i els microtúbuls tenen estructures diferents però comportaments similars.
Els microtúbuls són més gruixuts. Formen estructures cilíndriques (25nm de diàmetre).
Són buits.
Els microfilaments d’actina són filaments de 7nm de diàmetre i són compactes.
Els filaments intermedis estan dispersos pel citoplasma i no són ni tant gruixuts ni tan prims. Tenen uns 10nm de diàmetre. És estable però té certa dinamicitat.
Tant els microfilaments d’actina com els microtúbuls tenen dinamicitat, que es deu perquè els dos extrems són diferents i diem que estan polaritzats (que no vol dir que tinguin càrrega positiva o negativa) sinó perquè són diferents en composició.
MICROTÚBULS Tenen un lloc d’origen i a partir d’aquí s’expandeixen per tota la cèl·lula. Aquest lloc d’origen s’anomena centre organitzador de microtúbuls (MTOC).
Aquest centre organitzador de microtúbuls conté 2 centríols de forma perpendicular i material pericentriolar.
Estructura d’un microtúbul Calen molècules de tubulina. La tubulina és un dímer que té dues subunitats: la tubulina α i la tubulina β.
Cada molècula de tubulina té una estructura linear una sobre l’altre, contactant α d’una molècula amb β de l’altre. Un protofilament és una línia de molècules de tubulina. 13 protofilaments formen un microtúbul. I un microtúbul és un cilindre buit.
Polimerització dels microtúbuls Que un microtúbul polimeritzi (creixi) o no polimeritzi depèn de la concentració de tubulina.
En un experiment es va veure que la [tubulina lliure] és aproximadament la crítica. La concentració de tubulina lliure és aquella que permet mantenir la mida dels microtúbuls. Llavors es va observar que si s’afegien algunes marcades, aquestes s’afegien i anaven movent-se pel microtúbul i desprenent-se per un extrem.
La mida no canvia però les tubulines van sent canviades. Hi havia un extrem que tenia afinitat per afegir tubulines (el pol +, on la [crítica] és més baixa) i un altre (el pol -) que no tenia tanta afinitat i per on s’anaven desprenent les tubulines.
El pol – té la concentració crítica més elevada per tant, té més afinitat per despendre tubulines.
Els microtúbuls poden créixer pels dos extrems. Amb la concentració crítica ([crítica]) NO! Quan els microtúbuls els tenim a una [crítica]: - La concentració de tubulina es manté. Hi ha microtúbuls que es desfan i altres que creixen.
Perquè la tubulina pugui polimeritzar ha d’anar unida a un nucleòtid (el GTP). A 2 GTP.
L’important és el que va unit a la subunitat β.
La subunitat β va unida a GTP. Perquè creixi cal que el GTP no hagi estat hidrolitzat.
L’extrem del µT és el que determina si el µT seguirà polimeritzant o no. Si l’extrem té GTP vol dir que hi ha tubulines acabades d’unir i que no han hidrolitzat GTP i té afinitat per captar més.
En la cèl·lula, el pol – està bloquejat en el MTOC. En la cèl·lula la concentració de tubulina lliure és aproximadament la del pol + en la crítica.
En les cèl·lules, els microtúbuls polimeritzen i despolimeritzen pel pol + sempre.
La concentració crítica del pol + i del pol – són diferents; la del pol – és més elevada.
Hi ha alguns que despolimeritzen però abans de fer-ho completament es recupera i pot polimeritzar un altre cop.
Inhibidors de la polimerització dels microtúbuls Les cèl·lules desestructuren els microtúbuls, però són capaces de recuperar-se.
Hi ha inhibidors, que són molècules, que inhibeixen la polimerització dels µT.
- Colchicina i colcemid. Inhibeixen l’addició de tubulina als microtúbuls, provocant la despolimerització.
Vincristina i Vinblastina. Indueixen la formació d’agregats paracristal·lins de tubulina, provocant també la despolimerització.
S’utilitzen en els tractaments antitumorals ja que inhibeixen que les cèl·lules es puguin dividir. També tenen efectes secundaris.
Orientació dels microtúbuls en les cèl·lules Els cilis i flagels també tenen µT però són estables. Un cop formats els microtúbuls ja són estables. No estan fent-se i desfent-se.
Hi ha proteïnes que permeten als microtúbuls fer les seves funcions.
La regulació de l’estructura dels microtúbuls a la cèl·lula depèn de les proteïnes associades. Hi ha proteïnes que estabilitzen µT, altres que permeten formar feixos amb la situació paral·lela de microtúbuls.
Hi ha proteïnes motores que són molt importants pel correcte funcionament de la cèl·lula: - Proteïnes motores citosòliques: de la família de les kinesines i de les dineïnes.
Hi hs vesícules de secreció unides a kinesines. Aquestes vesícules es mouen cap al pol +. També hi ha vesícules, mediades per receptor, unides a dineïnes.
Aquestes, es mouen cap al pol -.
Les vesícules i orgànuls com els mitocondris viatgen a través dels microtúbuls.
Si fem desaparèixer els microtúbuls, el reticle endoplasmàtic i l’aparell de Golgi desapareixerien també.
KINESINES.
És una família de proteïnes. Són proteïnes motores i funcionen com si caminessin per sobre els µT (tenen com 2 peus).
Tenen 2 caps lobulars que tenen afinitat pels µT. Aquesta afinitat té a veure amb si van unides a ATP o no. La mida d’aquests caps lobulars és la que fa que es moguin d’una tubulina β a una altra.
Quan té ADP, té afinitat per la tubulina β. Allibera ADP i quan hidrolitzi, ATP.
Cada pas requereix la hidròlisi d’ATP, per tant, necessiten ATP (energia).
Hi ha altres kinesines capaces de realitzar altres funcions.
DINEÏNES.
Proteïnes capaces d’unir-se als µT.
Necessiten un complex proteic per unir-se a la vesícula. Aquest complex s’anomena dinactina.
Tenen dos caps lobulars. Cada cap lobular té una part amb afinitat pels microtúbuls i consumint ATP pot girar i fa que la vesícula es desplaci.
S’utilitzen els microtúbuls com a vies de transport.
Les vesícules que van del RER a l’aparell de Golgi, van unides a dineïnes. I les vesícules que van de l’aparell de Golgi al RER, van unides a kinesines.
Els microtúbuls no solen arribar fins a la membrana plasmàtica.
Just sota de la membrana plasmàtica hi ha una estructura en forma de xarxa formada per microfilaments d’actina. Aquesta estructura en forma de xarxa és el còrtex cel·lular.
El moviment majoritari de les vesícules es deu al transport al llarg dels microtúbuls però la última part del viatge el fan per microfilaments d’actina, ja que les vesícules van unides a unes proteïnes anomenades miosines.
Les mutacions en les proteïnes motores són molt greus.
Centríols i Centre Organitzador de Microtúbuls (MTOC) Hi ha un lloc al centre de la cèl·lula, a prop del nucli.
Al MTOC: - Hi ha 2 centríols de forma perpendicular. Aquests centríols són cilindres buits pel seu interior. Les seves parets estan formades per 9 triplets de µT. Cada triplet té 3 µT que comparteixen protofilaments. No es pot partir l’estructura.
És una estructura única.
Hi ha 3 µT:  Microtúbul A. És el que està més a prop de l’eix del centre del centríol.
 Microtúbul B.
 Microtúbul C. el que està més lluny de l’eix del centríol.
La funció d’aquests centríols és organitzar el material periocentriolar perquè els microtúbuls estiguin ben organitzats a la cèl·lula. Hi ha cèl·lules que no tenen centríols (per exemple, les cèl·lules vegetals o els oòcits).
Replicació dels centríols durant el cicle cel·lular Es dupliquen al mateix temps que ho fa el DNA del nucli.
Els 2 centríols perpendiculars es separen un de l’altre. A la fase S es forma un centríol perpendicular al centríol adjacent.
Els centríols no tenen DNA (com a mínim, no s’ha demostrat que hi hagi DNA).
Cilis i flagels En els cilis i els flagels hi ha dues parts: - El corpuscle basal L’axonema. És la part que sobresurt. Té unes arrels en la cèl·lula que és el corpuscle basal.
La diferència entre cilis i flagels és que els cilis són més curts i més nombrosos mentre que els flagels són més llargs i menys nombrosos.
Moviment dels cilis.
En els epitelis ciliars, els cilis només fan un únic moviment, en una única direcció. Fan un moviment de batuda.
els flagels fan un moviment de tirabuixó.
Això té a veure amb la mida, amb la llargada.
A l’epiteli respiratori tenim cilis. Les impureses són agafades pels cilis i aquests intentaran expulsar-los.
Els cilis mouen el medi en que es troba la cèl·lula.
el corpuscle basal té la mateixa estructura que els centríols.
Els triplets s’han convertit en doblets (el doblet A i B). el C ha quedat ancorat a la membrana plasmàtica.
De l’axonema només formen part els doblets A i B.
Hi ha com un braç (format per porteïnes de les dineïnes) que va al doblet adjacent.
En el centre de l’axonema hi ha 2 µT centrals. No formen doblets perquè no estan units.
És una estructura de 9 + 2 : 9 doblets perifèrics i 2 microtúbuls centrals.
Són les que permeten el moviment dels cilis i els flagels.
La dineïna consumeix ATP i permet el moviment dels cilis i flagels. Aquest procés continua mentre hi hagi ATP. Ha d’estar tot coordinat perquè es moguin cilis i flagels, és a dir, han d’estar coordinats els 9 doblets i l’ATP de la dineïna.
Els cilis sense els 2 µT centrals no tenen capacitat per moure’s.
µT i proteïnes motores en el fus mitòtic La mitosi és un procés continu que dividim en fases. I hi ha proteïnes motores que intervenen en la metafase i l’anafase.
Els µT i les proteïnes motores tenen a veure en què els cromosomes quan condensen vagin cap al centre i després es separin cap als pols.
En la metafase, hi ha un procés d’estabilització: els µT s’enganxen al cinetocor i fan un estira i arronsa (polimeritzen i despolimeritzen) fins que la força que fan els µT s’equilibra, i això ho fa més o menys a la meitat.
Creixen i s’escurcen per la zona del cinetocor.
Perquè un cromosoma estigui unit al µT necessita de proteïnes de la família de les dineïnes i de les kinesines.
Hi ha un sistema de control que permet la correcta segregació de les cromàtides. Si els µT no estan enganxats als cinetòcors dels cromosomes, s’anirà tot el cromosoma (amb les 2 cromàtides) cap al mateix pol i llavors, és quan es produeix en una cèl·lula un cromosoma de més o un de menys.
En metafase, hi ha 3 tipus de µT: - Cinetocòrics. Els que s’enganxen als cinetocors.
Astrals. Els que van des de el MTOC fins a la membrana plasmàtica.
MICROFILAMENTS D’ACTINA Tenen capacitat contràctil.
En una cèl·lula somàtica (per exemple, en un fibroblast) podem visualitzar microfilaments (µF).
Polimerització dels microfilaments Els microfilaments d’actina es formen per actina-G, que és l’actina molecular lliure.
S’arriba a un equilibri entre la quantitat de concentració crítica.
El que més costa és formar el nucli dels µF, però després creixen més ràpidament però per un pol creix més que per l’altre. Quan s’arriba a l’equilibri és que s’afegeixen les mateixes per un costat que per l’altre.
És una estructura dinàmica. Sempre té la mateixa longitud: s’afegeixen tantes actines pel pol + com es despolimeritzen pel pol – (efecte sínia).
L’actina quan polimeritza va unida a l’ATP i triga un cert temps en hidrolitzar. Llavors tenen afinitat per altres actines mentre estigui l’ATP sense hidrolitzar.
La concentració global en la cèl·lula és aproximadament la crítica i això implica que en la cèl·lula contínuament s’estan formant µF i despolimeritzen altres.
Hi ha proteïnes capaces d’enllaçar-se als extrems modificant la dinámica.
- Si s’enganxen al +, hi ha una tendència a despolimeritzar.
Si s’enganxen al -, hi ha una tendència a polimeritzar.
El pol – té menys afinitat per l’actina perquè necessita més actina lliure.
Proteïnes que afecten a la polimerització - Cofilina. Provoca la dissociació del pol -, és a dir, accelera la pèrdua d’actines (que despolimeritzi pel pol-.
Complex arp 3. Afavoreix la despolimerització.
Timosina. Segresta monòmers i s’ajunten a actina G. I regula la quantitat d’actina G útil.
Profilina. Accentua el canvi d’ADP per ATP. Llavors, gairebé tota l’actina és útil.
Formina. S’enllacen al pol + i promouen la polimerització de feixos paral·lels.
Hi ha inhibidors de la polimerització. Provoquen que no hi hagi polimerització ni despolimerització i és molt greu per la cèl·lula i solen ser mortals. Aquests inhibidors poden ser, per exemple, la citocalasina o la faloidina (que impedeix la dinàmica).
Exemple.
En els eriços de mar, en el procés de fecundació.
Quan l’espermatozoide es mou per les cobertes, es produeix una reacció. I en la membrana de l’espermatozoide es formen molts microfilaments (molt bestia) i direccionats perquè la dinosina que tenia l’actina segrestada l’allibera de cop i es formen molts µF que empenyen la membrana i permet fusionar-se amb l’oòcit.
Proteïnes d’unió de microfilaments Hi ha proteïnes que regulen com s’estructuren els microfilaments.
- Feixos paral·lels (α-actinina).
Són capaces d’unir de forma paral·lela i segons les proteïnes, tindrà capacitat contráctil o no. Per exemple, amb l’α-actinina sí.
- Xarxes.
Proteïnes que uneixen µF per formar xarxes. Per exemple: la filamina.
Hi ha estratègies de comparació. Si s’enllaça α-actinina, per exemple, no es pot unir la filamina.
Proteïnes motores També hi ha proteïnes motores que permeten el lliscament.
Estructures cel·lulars amb µF - Feixos paral·lels rígids. Microvellositats (permanents) (sense capacitat contràctil) Es formen perquè hi ha una polimerització de µF d’actina i s’estabilitza, llavors queda bloquejat pels 2 pols.
Són feixos estables, permanents. Es necessiten 20-30 µF units per formar els feixos paral·lels i són molt estrets I, per tant, no té capacitat contràctil.
La funció d’aquests feixos paral·lels rígids és reforçar l’estructura.
MICROVELLOSITATS.
Estan bloquejats en els seus dos pols.
20-30 µF, units per vilina o fibrina, formen 1 microvellositat.
Són estructures sense capacitat contràctil que es formen mentre la cèl·lula es va movent igual.
Lamelipodis i micropúes (o filapodis). Són feixos de µF rígids però NO permanents, a mida que la cèl·lula avança ens van formant.
- Feixos paral·lels amb capacitat contràctil.
(Desmosomes= cinturons d’adhesió) Les fibres d’estrés van de contacte focal a contacte focal.
Un tipus de µF que tenen capacitat contràctil formen l’anell contràctil de la citocinesi.
Per l’interior de la cèl·lula adherit a la membrana hi ha un feix de µF que es contreu. La miosina, consumint ATP, és capaç de fer la contracció. Aquesta contracció depèn de si la miosina està unida a ATP o no.
Xarxes Els µF també poden formar xarxes.
Adherides a la membrana plasmática. Forma part del còrtex cel·lular. Té una forma de malla en 3D. Aquesta malla (el còrtex cel·lular) estan units a la membrana plasmàtica amb diferents proteïnes en funció del tipus cel·lular.
En l’eritròcit, (cèl·lula que ha perdut tots els orgànuls), el reforç de l’estructura de membrana la forma l’espectrina (tetràmer).
L’espectrina té capacitat perquè mitjançant altres proteïnes es pot unir a restes de µF d’actina.
Aquestes estructures estan unides a la membrana.
Moviment cel·lular Els moviments de la cèl·lula no són a l’atzar. Estan organitzats.
Els receptors fan que es provoquin canvis i la cèl·lula es pugui moure. Hi ha canvis en l’estructura de l’actina.
En el front d’avançament, es polimeritza l’actina i provoca l’avançament i a la part de davant va establint contactes focals reforçats per les fibres d’estrés.
Per l’altre costat, pateix una contracció (per les fibres d’estrés). I això permet el moviment.
µF formats i sobre ells s’afegeix l’arp 2/3 i sobre aquests es creen nous filaments amb un angle de 70º amb els µF ja existents. Perquè això sigui possible, cal aport continuat d’actina. Aquesta actina són reutilitzades després que la cofilina agafi actines per on despolimeritza (pel pol -) el µF d’actina i aquesta actina despresa fa que hidrolitzi l’ATP i s’uneixi als µF, pel pol +, per empènyer la membrana i així successivament.
Les branques sempre estan formant angles de 70º.
Just en el front d’avançament, només hi ha actina I més a dins hi ha també cofilina que agafa l’actina que va despolimeritzant i transportant aquesta actina cap al front d’avançament.
A mida que la cèl·lula va avançant es van establint contactes focals per estabilitzar el moviment.
Miosina II i polarització La miosina permet la contracció de les fibres que venen per la part posterior.
Cada cèl·lula té una forma característica quan es mou.
Regulació de l’estructuració dels microfilaments En tots els casos els tipus d’estructures depenen de senyals i, per tant, calen diferents receptors. Aquestes senyals activen vies de senyalització. Quan la cèl·lula rep un señal, es modifica gràcies a una cascada de senyals.
Hi ha 3 proteïnes que quan reben una senyal…: - Cdc 42: estimula la formació de filopodis.
- Rac: estimula la formació de lamelipodis.
- Rho: estimula la formació de fibres d’estrés i contactes focals.
Quan el mateix tipus de cèl·lula s’expressa el gen de la Cdc 42, la forma de la cèl·lula canvia radicalment i que, de la seva membrana formi filopoides en gran quantitat.
Quan a la mateixa cèl·lula s’expressa Rac, la forma de la cèl·lula canvia radicalment i de la seva membrana formi lamelipodis.
Contracció muscular Estructura molecular del sarcòmer. Són estables ja que estan bloquejats pels 2 pols.
L’estructura del sarcòmer la formen: els µF d’actina i els grups de miosines.
En els µF d’actina, les actines acaben en la línea Z on tenen el seu pol + bloquejat.
En el grup de les miosines, estan ordenades formant un duo que s’estén cap als dos pols del sarcòmer.
Els caps de la miosina són més densos.
Quan hi ha contracció: El calci el que fa és fer moure tot un complex que allibera punts d’unió per la miosina.
Si no hi ha calci, el lloc està unit a la tropomiosina. Quan hi ha calci, la miosina es pot unir a l’actina i produir la contracció.
Els sarcòmers (les fibres musculars) estan sotmesos a grans tensions.
Hi ha nebulines (per l’exterior) i ticina (per l’interior).
Molècules que limiten o restringeixen la capacitat d’estirament.
FILAMENTS INTERMEDIS Els filaments intermedis tenen uns 10 nm de diàmetre.
Els filaments no són polars, és a dir, no tenen pol + ni pol -.
Els microtúbuls estan formats per tubulina, els microfilaments per actina però els filaments intermedis no estan formats per una única proteïna.
Cada teixit té un filament.
Hi ha diferents classes de filaments intermedis: - Classe I: Keratines àcides (p.ex. cèl·lules epitelials) - Classe II: Keratines bàsiques (p.ex. cèl·lules epitelials) - Classe III: GFAP (p.ex sarcòmer). En el sarcòmer, entre línia Z I línea Z hi ha un reforç de filaments intermedis, principalment de GFAP.
- Classe IV: proteïnes dels protofilaments (p.ex. les neurones (els axons)). L’axó és la prolongació de la cèl·lula que poden ser llarguíssimes i molt fràgils. A l’interior hi ha neurofilaments (filaments intermedis) que les reforcen.
- Classe V: és la més universal. Formada per lamines (formen la lamina nuclear).
(Lamines no és laminina!) Adherit a la membrana interna de la membrana nuclear, hi ha una malla que s’anomena lamina nuclear. La tenen totes les cèl·lules.
Les proteïnes dels filaments intermedis tenen una regió central (en forma d’hèlix i interrumpuda en alguns llocs). És molt similar en tots els tipus. Les diferències es troben en els diferents extrems. I això és el que permet classificar els filaments intermedis.
Polimerització dels filaments intermedis Una proteïna s’uneix amb una altra, és a dir, s’uneixen dues molècules de filaments intermedis, i formen un dímer que s’anomena paral·lel. 2 dímers estan de forma antiparal·lela, i formen un tetràmer. Aquest tetràmer està disposat longitudinalment i formen un protofilament.
8 protofilaments enrotllats en forma de soga formen un filament intermedi.
Regulació de la polimerització L’estabilitat no implica que no hi hagi renovació dels filaments intermedis. Sí que hi ha renovació. La queratina (un tetràmer) pot unir-se (a qualsevol lloc) a un filament intermedi.
En alguns casos, la fosforil·lació dificulta que un tetràmer es pugui incorporar a un filament intermedi.
En general, els filaments intermedis citoplasmàtics no pateixen agregació i destrucció dels filaments intermedis.
En alguns casos, la glucosilació ajuda a la polimerització.
Per formar un tetràmer, les molècules que s’incorporen no han de ser sempre les mateixes.
Les queratines poden formar heterodímers amb diferents tipus de queratines.
Els filaments intermedis de tipus III poden formar homodímers o heterodímers però mai s’associen queratines amb proteïnes de tipus III per formar heterodímers.
Els filaments intermedis de tipus IV poden formar heterodímers o homodímers.
Els filaments intermedis són més abundants al voltant del nucli. Més densos.
Els desmosomes, per exemple, són dues plaques citosòliques reforçades per filaments intermedis i unides per cadherines.
Els filaments intermedis també envolten fibres de miosina i desminina aportant més resistència.
Proteïnes associades als filaments intermedis - Plectina: és capaç de formar part entre filaments intermedis i altres elements del citoesquelet (microtúbuls i microfilaments). Per això la distribució dels µT i els filaments intermedis són semblants. La zona del nucli està envoltada de µT i filaments intermedis.
Algunes malalties associades - Epidermolisi bullosa simplex. Mutacions en gens de queratines en cèl·lules epidèrmiques de la capa basal.
Miopatia relacionada amb desmina. Debilitat del múscul esquelètic, arítmies cardíaques.
- Distròfia muscular Emery-Dreifuss. Mutacions en el gen de la lamina A causa cardiomiopaties probablement relacionades amb nuclis cel·lulars fràgils incapaços d’aguantar l’estrès de cèl·lules musculars.
Lamina nuclear Si mirem des de l’interior del nucli a l’exterior veiem un tramat de fibres (en TOTES les cèl·lules). Aquest tramat de fibres s’anomena lamina nuclear.
Els protofilaments no formen estructura de soga. També es formen protofilaments.
Quan l’embolcall nuclear desapareix per mitosi, la lamina nuclear també i es torna a formar una vegada s’ha dividit la cèl·lula.
Quan la cèl·lula arriba a profase, s’activa una quinasa (MPF). Una quinasa és una proteïna que fosforil·la a altres. Llavors, aquesta quinasa que s’activa fosforil·la i les lamines deixen d’estar unides entre sí. Una diana d’aquesta quinasa són les proteïnes de la lamina nuclear. Al fosforil·lar-se, la lamina perd afinitat i es desfà la lamina nuclear. La lamina A, C queden lliures mentre la lamina B queda ancorada a les vesícules d’embolcall nuclear que s’ha format.
En la telofase, la quinasa s’ha inactivat i les lamines tornen a ajuntar-se entre sí i tornen a formar el nucli.
...