1. Biología celular. Citoesqueleto
Dr. Misael Rubén Oliver González
Depto. Ciencias Biológicas
Semestre 2023-1
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN
UNAM
CARRERA DE MVZ
2. CITOESQUELETO
Presente solo en células eucariotas
Algo similar a nosotros y los animales que contamos con un esqueleto hecho de
huesos y cartílagos para proteger y sostener a los tejidos blandos, así como
para dar forma al cuerpo, las células cuentan con un organelo llamado
citoesqueleto. Obvio no está hecho de huesos, sino de filamentos de proteínas.
Esta imagen fue
obtenida con la
técnica de azul de
Coomassie que
muestra, al
microscopio óptico,
una serie de
filamentos que se
entrecruzan en esta
célula. Representan
el citoesqueleto.
Núcleo
Citoesqueleto
Esqueleto de felino
3. ¿Qué es el
citoesqueleto?
Red compleja
Filamentos proteicos
De células eucariotas
Filamentos proteicos
CITOESQUELETO
Es una red compleja de filamentos proteicos que se
extiende por todo el citoplasma de las células
eucariontas
4. Técnica: Tinción de Azul de
Coomassie
mostrando el citoesqueleto (flechas)
Este colorante se une a proteínas
intracelulares
A células en cultivo como estas, se
elimina el medio de cultivo (lo rojo), se
permeabilizan con detergente para
que penetre el colorante y se aplica la
tinción de azul de Coomassie. Luego
se observa al microscopio acercando
una célula para tomar la foto.
¿Cómo se realiza?
Cultivo celular
Microscopio
óptico
5. FUNCIONES DEL CITOESQUELETO.
1. Da forma a la
célula 2. Le da Resistencia
3. Le Permite
Organización
interna
4. Interactuar con el
medio
5. Le permite cambiar
de forma
6. Proporciona movimiento
7. Realiza rearreglos internos
Célula mostrando el
citoesqueleto en un
campo oscuro.
Con el sentido común, indica qué
hace nuestro esqueleto. …..
Ahora veamos que hace el
citoesqueleto. Haz clic.
6. ¿Cómo?
TAMBIÉN EL CITOESQUELETO PARTICIPA EN:
DIVISIÓN
CELULAR
Forma: Anillo
Contráctil
con actina
Forma
el huso mitótico
(acromático) con
tubulina
En forma
esquemática se
representa la
división de una
célula. Para esto
el citoesqueleto
de tubulina forma
es huso mitótico
para separar los
cromosomas y el
citoesqueleto de
actina forma el
anillo contráctil
para “estrangular”
la célula y
separar a las
células hijas.
Cromosomas
Es citoesqueleto se forma por filamentos intermedios, microtúbulo y
filamentos de actina, como lo veremos en seguida.
Célula antes
de dividirse
Células hijas
7. 10 nm
22 a 25
nm
3 a 7 nm
COMPONENTES DEL CITOESQUELETO
Microtúbulos
22 a 25 nm
de diámetro
Filamentos intermedios
10 nm de diámetro
Filamentos de actina
3 a 7 nm de diámetro
Es costumbre marcar de azul a los filamentos intermedios, de verde los microtúbulos y de rojo a los filamentos de actina.
Para observar las células marcadas con la técnica de inmunofluorescencia se utiliza el microscopio de
inmunofluorescencia. Estudiaremos el fundamento de esta técnica y del microscopio en las sesiones de laboratorio.
Como se mencionó en introducción, estos son los componentes del citoesqueleto y
sus diámetros, reflexiona en la medida del diámetro de cada componentes antes de
continuar. Con la técnica de inmunofluorescencia (que pronto la estudiaremos) se
muestran los 3 componentes en las siguientes imágenes. Haz clic
Darnell et al., 2005
Darnell et al., 2005
Darnell et al., 2005
8. Técnica de inmunofluorescencia.
Como lo vimos en el experimento del
heterocarión, se usan anticuerpos (Ab)
para identificar proteínas, pero se les debe
unir una sustancia fluorescente llamados
fluorocromos. Esto se observa al
microscopio de fluorescencia, que emite
rayos laser o rayos ultraviioleta a la
muestra, excitan a los fluorocromos
produciendo luz brillante (fluorescencia) y
se aprecia el color en caso de que ahí esté
la proteína a la cual se le dirigieron los Ab.
Abajo se esquematizan los 3 elementos,
fluorocormo unido al anticuerpo y la
proteína que se va a identificar.
Proteína de interés
(Antígeno)
Fluorocromo
Anticuerpo
Aquí ya se le adicionó a la células los
anticuerpos con el fluorocromo unido. Los
anticuerpos reconocieron a la proteína dentro
de la célula y se le unieron Haz clic.. Viste
como llegó un Ab con su fluorocromo a unirse
a otra proteína.
La muestra se pone al
microscopio de fluorescencia,
los fluorocromos son excitados
por el rayo laser y emiten la
luz brillante, que se puede ver
directo en el microscopio y si
este está conectado a un
software se ve en la pantalla.
Existen fluorocromos que
emiten luz de diferente color
como lo veremos más
adelante en el las sesiones
de laboratorio.
Microscopio de
fluorescencia conectado a
un software
9. Así es como se ve al microscopio. Dependiendo el color
que emita el fluorocromo usado.
10. ESTUDIEMOS PRIMERO LOS FILAMENTOS
INTERMEDIOS
¿Cómo son y cómo se estructuran?
Hola
¿Estás
entendiend
o el tema?
11. Son como cuerdas que usamos para
sujetar animales pero nanométricos
Fluorescencia de
filamentos intermedios
12. VEAMOS LA ESTRUCTURA DE LOS
FILAMETOS INTERMEDIOS
¿Tienes alguna idea de esto?
Veamos …..
?
¿Cómo son?
¿Cómo están estructurados?
¿Qué moléculas los componen?
¿En qué parte de la célula están?
¿Qué hacen?
13. ALGUNAS CARACTERÍSTICAS DE LOS FILAMENTOS INTERMEDIOS
1. Son fibras, como “cuerdas” de
10nm diámetro.
2. Forman una malla nuclear por
debajo de la membrana nuclear
interna. Es la malla verde de la imagen.
3. Rodean al núcleo y se
extienden al citoplasma para
dar resistencia mecánica como
cuando se estiran los tejidos.
4. Y distribuyen las fuerzas
mecánicas. En los tejidos
epiteliales se extienden por
todo el citoplasma y además
unen otra célula en los
desmosomas.
1 2
3 4
1
Núcleo
14. OTRAS CARACTERÍSTICAS DE LOS FILAMENTOS INTERMEDIOS
Son los más
resistentes y estables
Resisten el ataque
de soluciones salinas y
detergentes
En la periferia
celular se anclan a la
membrana en el sitio
de uniones
intercelulares como los
desmosomas
Desmosomas
En esta imagen se representa con líneas azules a los
filamentos intermedios y se ve que llegan a unos
sitios donde hay complejos proteicos llamados
desmosomas que unen células.
15. Pero …..¿CÓMO SON LAS PROTEÍNAS QUE FORMAN LOS
FILAMENTOS INTERMEDIOS? Veamos la imagen y entendamos los términos
monómero, dímero, tetrámero, etc.
Son proteínas alargadas como bastón
con extremos globulares y un dominio
intermedio en α-hélice (son monómeros)
(Fig. A)
Dos monómeros se superenrrollan en
los dominios de α hélice y hacen dímeros
(Fig. B) y luego tetrámeros (Fig. C)
Los dímeros se escalonan para formar
tetrámeros. Estos se unen con los
extremos en forma termino-terminal y
escalonados en forma latero-lateral
mediante enlaces no covalentes ( Fig. D)
Por esta formación se dice que los filamentos intermedios son cordiformes (forma de cuerda)
16. ENSAMBLAJE FINAL DE LOS FILAMENTOS INTERMEDIOS
Ya formados los tetrámeros, se unen 8
de ellos y se enrollan para formar la
estructura cilíndrica, como una cuerda.
Filamento
intermedio
formado
por 8
tetrámero
s
17. ENSAMBLAJE FINAL DE LOS FILAMENTOS INTERMEDIOS
Ya formados los tetrámeros, se unen 8 de
ellos y se enrollan para formar la estructura
cilíndrica, como una cuerda.
Filamento
intermedio
formado
por 8
tetrámero
s
Otro modelo de ensamblaje de los monómeros, dímeros
y tetrámeros para formar un filamento intermedio.
18. Ah! Pero….. ¿En
qué tipo de
células cobran
suma
importancia los
filamentos
intermedios?
19. Los filamentos intermedios abundan en células o partes
celulares que sufren fuerzas mecánicas, como ejemplos:
1. Los axones de neuronas 2. Las células musculares y 3.
Las células epiteliales. Evitan la ruptura de la célula y sus
membranas
Neurona
1 2 3
Los axones de varias neuronas tienen
que extenderse desde la médula
espinal hasta las manos y los pies.
Entonces, al moverse las
extremidades, los axones sufren
tensiones. Los filamentos intermedios
evitan que se rompan
Las células musculares se
contraen y se relajan para dar
movimiento al cuerpo. Por eso
también sufren tensiones que
los filamentos intermedios
evitan que se rompan las
células.
Las células epiteliales
que tapizan
superficies de
órgano, igual, sufren
tensiones.
20. Hay 4 categorías, según la proteína estructural y su
ubicación:
Filamentos formados por la proteína llamada
queratina (A). Además de estar dentro de las células, Está en
cuernos, pelo, uñas, etc.
Otra proteína que forma filamentos intermedios
se llama Vimentina (B) Se caracteriza por estar en células
embrionarias.
En neuronas están los neurofilamentos (C)
La proteína que forman a las láminas nucleares
se llama lámina (D)
Recordemos, todas
son alargadas en
α-hélice y con
extremos globulares.
Neurona
A
C
¿Qué proteínas forman a los filamentos
intermedios?
B
C
Células embrionarias
21. HABLEMOS UN POCO DE LA PROTEÍNA
QUERATINA
Se han encontrado 54 diferentes
queratinas que codificadas en el genoma
humano.
22. Capa de queratina
Corte histológico de piel
Epidermis
Dermis
Enterocitos
Filamentos intermedios
Desmosomas
Desmosomas
La piel contiene 5 capas de células epiteliales que
forman la epidermis. Estas células sintetizan la
proteína queratina, una parte se queda dentro de
las células para formar a los filamentos intermedios
para darles resistencia y la otra parte exocita a la
superficie de la piel para protegerla. Profundo a la
epidermis está la dermis, en donde ya hay
capilares sanguíneos, terminaciones nerviosas y
otras estructuras.
Como se ha mencionado, los
enterocitos revisten la superficie interna
del intestino delgado y grueso. También
forman filamentos intermedios que van
conectando a las células en los
desmosomas, como lo esquematizo en
la imagen que se muestra. Así,
proporciona resistencia a estas células.
Hay un padecimeinto en humanos llamado Epidermólisis ampular simple
Enfermedad de humanos por mutación del gen de la queratina
23. Veamos algo más de la familia de vimentinas, ya que es una proteína
que se trabaja mucho en laboratorio para estudios de citoesqueleto.
Vimentinas son proteínas fibrosas que forman
los filamentos intermedios, en particular de células
embrionarias, en ciertas células endoteliales, así
como en las células sanguíneas.
Su función principal es la de proveer un ancla para el
soporte de los organelos (por ejemplo, la
mitocondria, retículo endoplasmático, etc.)
Las vimentinas también se usan como un
marcadores de ciertos tumores y melanomas. En varios
estudios previos a cáncer se buscan alguna proteínas que se ha visto que
aumentan en estos casos y se les llama marcadores.
24. Vimentina Células embrionarias
Después de que el óvulo es fecundado por el espermatozoide, se empieza a dividir (Fig. A)
formando células embrionarias, luego se van formando los órganos y resulta el feto (Fig. B) que
se va desarrollando hasta tener todas sus partes ya para nacer (Fig. C). Como se indicó en la
diapositiva anterior, las células embrionarias se presenta mucha vimentina.
Fig. B
Fig. A
Fig. C
25. Desmina.
Es una proteína de la familia de las vimentinas
que se encuentra en células de músculo
esquelético, cardiaco y liso. Rodean al disco Z
de la sarcomera
27. Proteinquinasa P
P
Lámina (L)
Esta proteína es dinámica
mediante fosforilación y
desfosforilación. Esto la
hace una enzima, la
proteincinasa
División celular
La proteína llamada lámina del núcleo, al
formar la malla de filamentos
intermedios, fortalece y mantiene a la
envoltura nuclear en procesos celulares
como la división.
L
29. La proteína plectina conecta a filamentos intermedios
entre ellos, con microtubulos y con filamentos de actina,
además en adhesiones de membrana celular.
Técnica de Inmuno-oro con microscopía electrónica
Plectina – verde
Filamentos intermedios – azul
Microtúbulos – rojo
Partículas de oro – amarillo que reconoció a la plectina
30. Filamentos intermedios. Analiza estas
preguntas a manera de resumen.
¿Qué proporcionan a la célula estos
filamentos?
¿Cómo son las proteínas que los forman?
¿Qué proteínas los forman?
¿Cómo se ensamblan las proteínas para
formar estos filamentos?
¿En qué células abundan estos filamentos?
¿En qué células abunda la vimentina?
¿Cuánto miden estos filamentos de diámetro?
Otras que tú consideres.
32. LOS MICTOTÚBULOS PARTEN DEL CENTRO ORGANIZADOR DE
MICROTÚBULOS O CENTROSOMA
Fluorescencia de microtúbulos.
33. Microtúbulos
y centro
organizador de
microtúbulos
LOS MICROTÚBULOS COLABORAN EN PROCESOS CELULARES COMO:
Ejemplo:
División celular
¿Cómo lo hacen?
Células hijas
Forma el huso
mitótico
Para la
disgregación
de
cromosomas
En división celular, los
microtúbulos se
extienden a los polos de
la célula que se va a
dividir para formar el
huso mitótico. Con esto,
la célula ofrece
andamios para que los
cromosomas que
contienen DNA y por lo
tanto los genes, se
desplacen a los
extremos donde se
formará el núcleo de
cada célula hija. Veamos
la imagen, haz clic.
A las
Reorganización celular
34. Cuerpos basales de cilios
Cilios y flagelos
¿DONDE SE UBICAN LOS MICROTÚBULOS?
Citoplasma
Como se mencionó
antes, es costumbre
marcar de verde a los
microtúbulos. En este
dibujo de célula
intestinal, se muestran
atravesando al
citoplasma para que por
ahí se desplacen
estructuras celulares y
moléculas de un lugar a
otro de la célula como
se vió en división
celular, se mueven los
cromosomas.
También hay en
prolongaciones
celulares como los
cilios, microvellosidades
y flagelos para dar
35. COMO YA SE DIJO, LOS MICROTÚBULOS SON
FILAMENTOS PROTEICOS HUECOS FORMADOS
POR LA PROTEÍNA DENOMINADA TUBULINA
¿Cómo es la tubulina?
36. ?
13 moléculas en corte
transversal
La imagen A muestra la conformación de tubulina.
Se forma por dos subunidades α tubulina y β
tubulina (identifica cada una). Como no son
exactamente iguales las subunidades, es un
heterodímero con polaridad, α tubulina es menos y
β tubulina es más. Se refiere a la velocidad de
polimerización. Cada subunidad tiene un sitio de
unión a GTP (Guanosintrifosfato) para adquirir
energía.
La imagen B, haz clic, muestra que ambas
tubulinas se polimerizan (se unen) para
formar un protofilamento. Para que se forme
un microtúbulo se necesitan 13
protofilamentos.
El crecimiento del protofilamento es hacia el
extremo más. La imagen C, haz clic, ya
muestra los 13 protofilamentos ensamblados
que forman al microtúbulo con su luz
(lumen).
La imagen D, haz clic,
es un microfotografía
de microscopía
electrónica que
muestra la imagen de
un microtúbulo. La
imagen E muestra la
vista de frente de un
microtúbulo en donde
se pueden identificar
los 13 protofilamentos.
Hay muchas
isoformas de tubulina,
al menos 6 de cada
subunidad.
37. EL COMPLEJO MOLECULAR LLAMADO CENTROSOMA ES EL PRINCIPAL
CENTRO ORGANIZADOR DE MICROTÚBULOS EN LAS CÉLULAS ANIMALES
Centro
organizador de
microtúbulos
o
centrosoma
Centriolos
La tubulina se polimeriza desde sitios de nucleación en el
centrosoma a partir de anillos de γ-tubulina
Los centrosomas
son complejos de
proteínas de forma
esférica. Contienen
a la y-tubulina que
forma anillos, en
donde inicia la
polimerización de
los microtúbulos.
Se distinguen 2
estructuras
cilíndricas
llamados
centriolos, que
también dan
soporte a los
microtúbulos.
38. Cuerpos basales
En células que tienen
cilios, los microtúbulos
se basan en pequeños
complejos de proteínas
llamados cuerpos
basales, por su
ubicación en la base
del cilio.
39. LOS MICROTÚBULOS SON DINÁMICAMENTE INESTABLES
EN VÍAS DE CRECIMIENTO
Proceso de transición brusco con hidrólisis de GTP
Casquete
de GTP
Desensamble
La inestabilidad de los microtúbulos es muy necesaria para la célula, como veremos
más tarde. Haz clic. Se da porque ambas subunidades de Tubulina se une a GTP,
molécula que le da energía para polimerizarse, pero ya polimerizada, tubulina hidroliza
a GTP y queda con GDP, ha perdido energía y no puede mantenerse polimerizada, por
lo que inicia el desensamble de tubulina y la “catástrofe” del microtúbulo como se
muestra en la imagen siguiente, haz clic. La microscopías electrónicas muestran el
40. LOS MICROTÚBULOS SE MANTIENEN POR UN EQUILIBRIO
ENTRE EL ENSAMBLE Y DESENSAMBLE DE TUBULINA
ESTO SE VE USANDO DROGAS QUE AFECTAN (interactúan) A MICROTÚBULOS
Taxol
Colchicina
Y
Vincristina
X
Drogas específicas para microtúbulos
Traduce
lo que
hacen
las
drogas
41. Colchicina se une a
tubulina libre y evita la
polimerización por tanto los
husos mitóticos no se
forman
Taxol se une a
microtúbulos y los
mantiene evitando que
se desensamble por lo
que interrumpe el ciclo
celular
El efecto de estos
químicos se usan para el
tratamiento de cáncer, ya
que la inactivación o la
destrucción del huso
mitótico provoca muerte
celular.
DROGAS ANTIMITÓTICAS
42. En estado fisiológico
de la célula, hay
proteínas llamadas
accesorias a
microtúbulos que
regulan el ensamble y
desensamble de los
microtúbulos.
Aquí pongo el nombre de
algunas.
1. Estatmina
2. y-TuRC
3. +TIPs
4. XMAP215
5. MAPs
6. Plectia
7. MAP2
8. Tau
9. Katanina
10.Kinesina-13
Se muestran en las
siguientes imágenes. Haz
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Revisa con
mucha
atención toda
la imagen
44. La mayoría de las células diferenciadas de animales son polarizadas. (?) Que
el extremo más de microtúbulos va hacia la periferia y el extremo menos ve
hacia el centro de la célula. Ejemplos: Fibroblastos y neuronas.
Fibroblastos
Neurona
Como los microtúbulos sirven como andamios o rieles para que se desplacen
organelos y moléculas, participan dos proteínas de unión a microtúbulos que son
motoras; dineina y quinesina. Como se muestra en los esquemas celulares,
dineína se desplaza hacia el centro de la célula y quinesina hacia la periferia. De
esta manera hacen que lo que se tenga que transportar sea en ambos sentidos,
según la necesidad celular. Veamos como trabajan esta proteínas motoras.
45. PROTEÍNAS MOTORAS RELACIONADAS CON MICROTÚBULOS:
–Quinesina y Dineina
PARTICIPAN EN LA ORGANIZACIÓN Y TRANSPORTE INTRACELULAR
Organización
Transporte
Las proteínas motoras,
quinesina y dineína (fig. C) se
mueven sobre los microtúbulos,
para desplazar su carga de un
lado a otro de la célula.
Quinesina hacia el extremo más
y dineína hacia el extremo
menos de los microtúbulos.
Con inmunofluorescencia (figs.
A y B) se pueden ubicar
moléculas de los organelos
para ver dónde se ubican de
acuerdo a la organización de
la célula.
A B
C
46. LAS PROTEÍNAS MOTORAS (Quinesina y Dieneina) IMPULSAN
EL TRANSPORTE INTRACELULAR (¿Como?)
Dineina
Extremo +
Extremo -
Quinesina
Cadenas livianas
Cadenas
pesadas
Microtúbulo
Las moléculas motoras tienen movimientos saltatorios
Los movimientos utilizan hidrólisis de ATP (Haz clic)
La estructura de la proteína motoras de microtúbulos por motivos de cadenas livianas en forma ovoide
y globulares y cadenas pesadas en forma recta. Con las cabezas globulares hidrolizan ATP para
activarse y generar su movimiento. Revisa la figura con atención todas sus partes.
Cabezas globulares
que hidrolizan ATP
Partes de proteínas motoras
Los movimientos “saltatorios” de las proteínas motoras de los
microtúbulo, se dan como si dieran 2 pasos hacia adelante y uno
hacia atrás. Con esto van ganado un paso para avanzar.
47. LOS ORGANELOS SE DESPLAZAN A LO LARGO DE LOS MICROTÚBULOS
TRANSPORTADOS POR LAS PROTEÍNAS MOTORAS, QUINESINA Y DINEINA.
Revisa con detenimiento las imágenes.
Si no hay microtúbulos
se desintegra
Se extiende a la
periferia de la célula a través
de microtúbulos
48. LOS CILIOS Y LOS FLAGELOS ESTÁN FORMADOS POR
MICROTÚBULOS ESTABLES MOVIDOS POR LAS DINEINAS
49. LOS CILIOS Y LOS FLAGELOS ESTÁN FORMADOS POR
MICROTÚBULOS ESTABLES MOVIDOS POR LAS DINEINAS
Espermatozoides
Flagelo
A
B
C
La figura A representa un corte
transversal del flagelo de un
espermatozoide en donde se
muestra el acomodo de los
microtúbulos por pares externos y
un par central. Uniendo a los
microtúbulos hay varias proteínas,
una de ellas que ya conocemos, la
dineina (la rodé de rojo) con dos
brazos, externo e interno. La
dineína es la que da el movimiento
al flagelo. La imagen B muestran 4
espermatozoides con sus flagelos.
La figura C es una microscopía
electrónica de 2 microtúbulos.
50. EL MOVIMIENTO DE LA DINEINA INDUCE LA CURVATURA DEL
FLAGELO
La figura A muestra el esquema de dos pares de
microtúbulos unidos por dineína que al adicionar ATP se
produce un desplazamiento de los microtúbulos.
La figura B, muestra que
en el flagelo de los
espermatozoides, dineína
produce un ligero dobles
de los microtúbulos del
flagelo, porque la proteína
que une la microtúbulos
(flecha azul) no deja que
se desplasen uno sobre el
otro. Esto recorre todo el
flagelo y se generan así
los movimientos
ondulatorios del
espermatozoide para
deslizarse.
51. UN HAZ DE MICROTÚBULOS PUEDE LOCALIZAR EL
CÉNTRO DE LA CÉLULA
Esta es una demostración del dinamismo de los microtúbulos. Viendo de
izquierda a derecha, se hace un corte al citoplasma de una célula y por tanto
también se cortan microtúbulos quedando libre el extremo menos de los
microtúbulos. Lo que sucede después es que se unen el extremo menos
formando un nuevo centrosoma. Hay una reorganización. Una propiedad de la
célula en donde participan los microtúbulos, la reorganización interna.
53. Estudiaremos la parte del citoesqueleto que hace posible que,
por ejemplo: los fagocitos puedan comerse a las bacterias y
otros agentes patógenos.
¿Por qué esta
pidiendo socorro
esta bacteria?
¿Qué vamos a ver ahora?
54. EN ESE PROCESO CELULAR Y OTROS MÁS
PARTICIPA EL
CITOESQUELETO DEACTINA
La imagen superior muestra una red o malla
tridimensional de filamentos de actina que
van creciendo hacia arriba. Las letras
marcan las áreas de donde se toman los
recuadros de la imagen de abajo que
muestran la amplificación de los
microfilamentos de actina, en donde se
puede observar la angulación que forman
las uniones de los microfilamentos para
formar la malla.
55. Con dichas mallas de
filamentos de actina se
protruye la membrana
plasmática para alcanzar
bacterias, por ejemplo.
56. ¿QUÉ ES ACTINA?
Es una proteína globular altamente
conservada (¿conservada?* ¿Qué
significa?) Ver nota de a bajo
Consta de 375 aminoácidos y une a
una molécula de ATP o ADP
Hay 3 isoformas en vertebrados:
actina
Actina α (muscular),
Actina β (no muscular)
Actina γ (no muscular)
Es la proteína más abundante de las
células eucariotas.
*Conservada indica que su gen existe desde hace
muchos millones de años y se expresa en todas las
células eucariotas.
ADP
Esquemas de dos
actinas que trata de
representar la forma
globular de esta
proteína y que tiene
una depresión en
donde se une a ATP o
ATP
57. Modelo de la molécula de actina
Como lo he mencionado
en ocasiones, con la
técnica de difracción de
rayos X se determinó la
forma tridimensional de
la proteína actina. Haz
clic.
Los dominios en alfa
hélice y en beta plegada
hacen una conformación
globular, presentando
una hendidura que en el
fondo se une a ATP
cuando está
hidrosoluble y a ADP
cuando está
filamentosa.
En el lado de la abertura
de la hendidura se ubica
el extremo menos y en
el lado contrario está el
lado más. Al igual que
58. La forma de la proteína actina se semeja al la forma de una almeja
abierta.
59. CITOESQUELETO DE ACTINA
¿En qué
participa?
1. Movimiento (en
una superficie)
2. Fagocitosis
(partículas muy
grandes)
3. División
celular (mitosis)
Esta imagen
representa a un
fagocito emitiendo sus
pseudópodos para
alcanzar a las bacterias
y comérselas. Esta
emisión de
pseudópodos es
responsabilidad de la
dinámica del
citoesqueleto de actina.
Pseudópodo
Esta imagen
esquematiza a una
célula que desplaza en
una superficie de
matriz extracelular y
luego la ampliación del
pequeño recuadro
señalando las
moléculas que
participan para realizar
el desplazamiento en
donde figura la actina.
Flecha roja
1
2
60. El citoesqueleto
de actina forma el
Anillo
contractial
Para dividirse una célula y
formas dos células hijas,
se forman filamentos de
actina al rededor de la
célula, en el ecuador, para
formar lo que se llama
anillo contráctil. Haz clic.
Al contraerse los
filamentos de actina, van
estrangulando a la célula
hasta separarla en dos
partes, que son las
células hijas. Este
proceso de división celular
se llama mitosis, por lo
que el citoesqueleto de
actina participa en la
mitosis.
3
61. Disposición de los filamentos de
actina
En forma esquemática, esta imagen representa la disposición de los filamentos del citoesqueleto de
actina en la célula. De izquierda a derecha, cuando están los filamentos en fascículos, pero como se ve
en el recuadro unas fibras en un sentido y otras en otro, esto hace que se desplacen y contraigan a la
célula, por eso se llaman fibras de estrés y fibras de tensión. Luego, en la corteza se forma una malla
tridimensional de filamentos de actina que tiene una consistencia gelatinosa que forman haces
contráctoles. Más allá de la corteza, los filamentos de actina forman un malla al unirse en forma angular,
esa malla va creciendo y empuja a la membrana para protruirla y formar prolongaciones como
lamelipodios, que sirven para sujetarse de superficies y desplazar la célula. Finalmente, también los
filamentos de actina crecen en un mismo sentido y empujan a la membrana para formar prolongaciones
62. Los filamentos de actina forman estructuras rígidas y
permanentes como:
A) microvellosidades de enterocitos o
B) haces contráctiles del citoplasma.
Esas formaciones siempre están presentes.
También estructuras temporales como:
C) Lamelipodios y filipodios. Los lamelipodios son formaciones
planas, como pies, que resultan de la protrusión de la membrana por
polimerización de actina, con los que se adhiere a la superficie en donde se va a
desplazar una célula. Los filipodios son prolongaciones de la membrana
extendidos por filamentos de actina que se conectan con otras células y
comunicarme.
D) Anillo contráctil en la división celular. Ya se describió
dos diapositivas antes.
Disposición de filamentos de actina. Continuación.
63. Microscopía electrónica de un enterocito mostrando
sus microvellosidades
En las microvellosidades de las células epiteliales del intestino llamados
enterocitos, se presentan filamentos de actina,
64. LA MAYORÍA DE LAS CÉLULAS EUCARIONTAS TIENEN UNA
CORTEZA RICA EN ACTINA
Esta malla cortical de actina gobierna la conformación y las
propiedades mecánicas de las células
65. Corteza celular
marcada por
inmunofluorescencia
. Haz clic. La corteza
de una célula se
marcó con
anticuerpos contra
actina a los que se le
unieron
fluorocromos que
emiten luz verde y la
otra fluorocromos
que emiten luz roja.
Se nota la intensidad
de los colores por lo
abundante que son
los filamentos de
actina en la corteza
celular.
Inmunofluorescencias
66. LOS FILAMENTOS DE ACTINA ESTAN FORMADOS POR LA
PROTEÍNA ACTINA.
SON DELGADOS Y FLEXIBLES
Flimentos de actina = 7 nm, se forman por dos protofilamentos formados
por moléculas globulares, la actina (fig. A), que se trenzan y presentan
polaridad, presentando un extremo menos y el otro más (fig. B). El
extremo más polimeriza más rápido que el menos. La imagen C es una
microscopía electrónica que muestra 2 filamentos de actina.
67. Actina está en constante cambio,
cuando está libre (hidrosoluble o
monomérica) está unida a ADP,
pero adquiere ATP y elimina ADP, al
contener ATP se polimeriza, al
polimerizar gasta un P (fosfato) y se
despolimeriza quedando con ADP.
En la célula la mitad de actina está
libre, o sea, hidrosoluble o monomérica
y se le conoce como actina globular o
G, por su forma. La otra mitad está
polimerizada formando filamentos y se
le llama actina filamentosa o F.
Actina
G
Actina F
68. Entonces, en nuestra
mente siempre debe
estar presente estas dos
formas de actina en la
células G y F o Globular
y Filamentosa. Haz clic.
69. Polimerización de actina experimentalmente
Así se grafica el comportamiento de actina. Inicia con periodo en el que 3 monómeros
de actina se unen y forman un pequeño conjunto llamado oligómero, esta unión de 3
actinas se llama nucleación. A partir de este oligómero se empieza a extenderse el
filamento con la polimerización de actina durante la fase de crecimiento y termina de
crecer al llegar a la fase de equilibrio en donde la concentración de actina G y F queda
en equilibrio de polimerización y despolimerización.
70. Polimerización de actina al haber filamentos preformados
Es más rápida la formación de un filamento
En la célula hay filamentos preformados, por lo que, en muchas ocasiones, la fase de
crecimiento inicia sin necesidad de la fase de nucleación. También cuando llega a la
fase de equilibrio queda estable la actina filamentosa por el equilibrio que se da entre
actina G y actina F.
71. ENSAMBLE Y DESENSAMBLE DE FILAMENTOS DE ACTINA
SEGÚN LA NECESIDAD CELULAR
Este esquema representa una ambiente intracelular, en
donde la actina, mitad está hidrosoluble (actina G)
(puntos rojos) y la otra mitad está filamentosa (actina G)
(cadenas de bolitas).
Las flechas indican que pueden pasar actinas
hidrosolubles a filamentosas y viceversa. Con este
mecanismo de polimerizar y despolimerizar constante,
la célula puede reaccionar a varias eventualidades,
veamos una. Haz clic.
El esquema superior derecho, indica que hay una señal
de fuentes de nutrientes en un lado donde hay actina
soluble ¿qué hace la célula para aprovechar esa fuente
de nutrientes? Revisa la imagen. Como te diste cuenta,
se desensamblan los filamentos de actina, las actinas
se difunden al lado donde están los nutrientes y se
ensamblan nuevos filamentos. Con los filamentos de
actina la célula emite protusiones de memebrana que
72. Junto con los filamentos de actina y
actina hidrosoluble o sea el
citoesqueleto de actina, hay varias
proteínas que se conocen cono
proteínas de relación y de unión a
actina. La tabla muestra 13 de ellas
que al unirse a actina hidrosoluble
o filamentosa llevan a cabo alguna
acción como formar una red como
el complejo Arp2/3, unirse a actina
G y llevarlas al extremo más de un
filamento y acelerar la
polimerización, unirse a filamentos
y estabilizarlos como tropomiosina,
etc. Revisa toda la tabla con
73. Timosina Proflina
Veamos en particular dos
proteínas. Timosina se une
a actina G (hidrosoluble) la
secuestra y no le permite
polimerizarse, en cambio,
profilina se una a actina G y
la lleva al extremo más de
los filamentos que se está
formando para acelerar la
polimerización y crezca con
rapidez ese filamento de
actina. Haz clic.
Mediante esta competencia,
se lleva a cabo con las
proteínas de unión a actina,
se regula la polimerización
de actina.
Otras proteínas, señaladas
en la diapositiva anterior,
cortan filamentos para el
desensamble rápido de
filamentos como cofilina.
También proteínas de la
corteza celular se unen a
filamentos de actina, para
ayudar a la estabilidad de la
74. NUCLEACIÓN DE ACTINA POR Arp2/3
Factores promotores
de nucleación
Alberts et al., 2002
5 proteínas forman un
complejo y de esas 5 sólo se
activan dos, la 2 y 3,
entonces se le llama
Complejo Arp2/3. Haz clic.
Este complejo tiene la
capacidad de atraer
monómeros de actina G y lo
núcleo y a partir de este
inicia la formación de un
nuevo filamento de actina, es
por eso que este complejo es
un factor promotor de
nucleación de actina. Haz
clic. También tiene la
capacidad de unirse a
filamento preformados y
formar un ángulo aproximado
de 70º, con esta angulación
se va formando una malla de
filamentos de actina que al ir
creciendo esa malla va
protruye a la membrana o da
movimientos a otras
75. LA DINÁMICA DEL CITOESQUELETO DE
ACTINA HACE POSIBLE MIGRACIÓN
CELULAR.
Movimiento Ameboide. Para esto se debe
dar:
1. protrusión, extender la membrana celular, para formar
lamelipodios (A), con el empuje de la malla de filamentos de actina
que forma el complejo Arp2/3.
2. fijación. La membrana protruida se fija en alguna
superficie para que se la tracción.
3. Tracción. Atraer el resto de la célula al lugar donde se
fijó la protrusión de la membrana.
Para la protrusión de la membrana se forman
lamelipodios.
Ejemplos:
A. Las amebas se deslizan en busca de alimento
B. Nuetrófilos migran desde el torrente
sanguíneo hacia lo tejidos atraídas por
moléculas bacterianas
C. Axones en su desarrollo migran. Siguiente diapositiva,
A
B
Esquema de una ameba con
pseudópodos (A).
Microscopía óptica mostrando un
neutrófilo (B). Estos leucocitos se
caracterizan por ser
multinucleados.
76. El axón de las
neuronas tienen que
extenderse desde
donde esté el cuerpo
de la neurona hasta las
terminaciones
sensitivas de las
extremidades y todas
partes del cuerpo. Para
extenderse los axones
necesita polimerización
77. EL DESLIZAMIENTO CELULAR DEPENDE DA LA ACTINA
Este es un resumen
esquemático que
muestra cómo se
desliza una célula en
un superficie.
Revisa la imagen y ve
que se forman
lamelipodios con la
polimerización de
actina.
78. La bacteria Listeria monositógenes aprovecha el citoesqueleto de
Algunas bacterias aprovechan la dinámica del citoesqueleto de actina para moverse dentro de la célula que
infectan. Haz clic. Listeria monositógenes (puntos rojos en la imagen A) activan el complejo Arp2/3, polimerizan
actina y esta polimerización va desplazando las bacterias de un lado a otro. Esta polimerización provocada por las
bacterias se muestra como colas de cometa, es la extensión verde de los puntos rojos de la imagen A.
La imagen B (haz clic) es una fotografía de 2 bacterias y su cola de cometa y la Imagen C (haz clic) esquematiza
como esta bacteria polimeriza actina al activar el complejo Arp2/3 con una proteína de membrana de la bacteria,
Inmunofluorescencia de una célula
infectada por L. monositógenes.
79. Este esquema muestra
como una bacteria se
interna a una célula, ya
dentro activa polimerización
de actina, y con la
propulsión de la
polimerización puede pasar
a otra célula vecina.
80. DROGAS ESPECÍFICAS A ACTINA
Hay sustancias químicas que se unen a filamentos de actina y a actina G o
hidrosoluble. Estas drogas se han utilizado para estudios de citoesqueleto de actina.
Por ejemplo faloidina, como es afín a filamentos de actina, se le adiciona rodamina
(un fluorocromo) y al exponer una célula que se le aplicó faloidina con rodamina al
microscopio fluorescente, la rodamina se excita y emite luz brillante roja,
fosforescente. Esta droga se usa mucho para realizar fluorescencia para identificar
filamentos de actina. Revisa lo que hacen otros químicos. Haz clic. Recordemos los
químicos que se unen al citoesqueleto de tubulina. Haz clic.
81. AHORA VEAMOS COMO PARTICIPA
LA ACTINA EN LA CONTRACCIÓN
MUSCULAR.
¿Cómo se dan los mecanismos para la contracción muscular,
allá, a nivel de moléculas, dentro de las células musculares, los
83. LA ACTINA SE ASOCIA CON LA PROTEÍNA MIOSINA PARA FORMAR
ESTRUCTURAS CONTRÁCTILES. Veamos miosina.
MIOSINAS
Cabeza
ATPasa
Cola bastoniforme
La proteína miosina, como lo muestra la
imagen de arriba, tiene forma da bastón
compuesta de dos cadenas de
aminoácidos en α-hélice hacia el extremo
carboxilo llamada cola y en el extremo
amino se ensancha formando la parte se
le llama cabeza de miosina, la cual tiene
la acción enzimática para hidrolizar ATP.
Es una ATPasa.
Micrografía
electrónica en
donde se
muestran 4
isoformas de
miosina. Se
identifica
claramente la
cabeza y la cola
de cada miosina.
84. ACTIVIDAD MOTORA DE ACTINA Y MIOSINA
LOS FILAMENTOS DE ACTINA SE DESPLAZAN SOBRE LAS CABEZAS DE MIOSINA. En el
laboratorio se ponen miosina en una superficie, las colas se adhieren a la superficie y las cabezas
quedan libres. Se adicionan filamentos de actina y se observa que los filamentos de actina se
desplazan sobre las cabezas de miosina. Este es el principio de la contracción muscular, el
desplazamiento de filamentos de actina sobre las cabezas de miosina con el gasto de ATP por
parte de miosina. La imagen superior es una inmunofluorescencia marcando ambas proteína y la
hacer el seguimiento se ve que los filamentos de actina (rojos) se desplazan unos hacia arriba y
otros (verdes) hacia abajo, esto depende de la dirección en la que se unan.
ATP-ADP
85. MIOCITO ESQUELÉTICO
(Célula muscular)
1 a 2 µ
La células musculares que forman a los
músculos (imagen de la derecha), los
miocitos, se caracterizan por presentar
estrías y muchos núcleos que están en la
corteza celular como lo muestra el
esquema de arriba. Haz clic. También
tienen miofibrillas que tienen un diámetro
de 1 a 2 micras. Estas miofibrillas
contienen las unidades de contracción.
Esquema de un miocito mostrando que
son células multinucleadas y con estrías.
En el citoplasma se encuentran las
miofibrillas
Estrías
86. Microscopía fluorescencia de células
musculares. Estas células se muestran
como bandas rojas de izquierda a
derecha. En los márgenes de cada banda
se ven ovalitos azules, son los núcleos
que se marcaron de ese color con un
químico llamado DAPI.
87. LA UNIDAD ESTRUCTURAL DE LA MIOFIBRILLA ES LA SARCÓMERA. Ha clic.
La imagen A muestra una serie de sarcómeras obtenidas por
microscopía electrónica de transmisión. El rectángulos rojo limita
el territorio de una sarcómera ubicada o formando a las
miofibrillas (haz clic). Son dos zonas oscuras flanqueadas por
dos zonas blancas. La imagen B (haz clic) es la amplificación de
una sarcómera en dodne se indica que las zonas oscuras son
bandas negras y las otras son banda blancas y separando los
extremos de las sarcómeras está en disco Z. La imagen C (haz
clic) es el esquema de la sarcómera mostrando que en las
bandas negras hay filamentos gruesos formados por miosinas y
las bandas blancas se componen de filamentos delgados
estructurados por filamentos de actina y la imagen D (haz clic)
muestra que los filamentos de actina se desplazaron sobre los
No debemos de perder de
vista que la sarcómera es la
unidad estructural de la
miofibrilla y estas están dentro
de la célula muscular.
90. ORGANIZACIÓN DE LA SARCÓMERA. Haz clic.
MIOSINA
Cabeza
Hidroliza
ATP
Aquí ya se representa, con mayor
detalle, la organización molecular de
la sarcómera (imagen superior). El
disco Z se compone de una serie de
proteínas que cubren el extremo
más de los filamentos de actina,
forman como un capuchón a cada
filamento y se le llama proteínas
Cap Z. Los filamentos de actina se
disponen con el extremo menos
hacia el interior de la sarcómera
para alcanzar a la miosina. Este
extremo de los filamentos se cubre
Las filamentos gruesos resultan de un conjunto de
miosinas que se unen paralelamente, sobresaliendo las
cabezas para ponerse en contacto con los filamentos de
actina. La imagen de abajo nos recuaerda la composición
de la miosina y que con la cabeza hidroliza ATP para la
energía necesaria del desplazamiento de los filamentos
92. LA CONTRACCIÓN DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO SE CONTROLA
POR LAS PROTEÍNAS TROPONINA, TROPOMIOSINA y POR Ca2+
La imagen superior
representa a un
fragmento de
filamento de actina
con esferas rojas. En
torno al filamento se
ubica una proteína
tropomiosina
representada con
barras moradas y con
color azul y dos tonos
de verde se
representa otra
proteína llamada
troponina que, como
son tres se le llama
también complejo
troponina.
Acomodadas así, la
tropomiosina bloque
los sitios de unión de
actina con las
cabezas de miosina
como se ve en la
Al presentarse calcio,
reacciona con la
subunidad C de
troponina, esta sufre
cambios
conformacionales y
desplaza a la
tropomiosina, dejando
libre el sitio de unión
de actina con las
cabezas de miosina
para que se de la
94. The end
3er Tarea.
Dibujar lo siguiente:
1. La forma como se organizan los 8
tetrámeros para formar un filamento
intermedio.
2. Dibujar una tubulina (la imagen obtenida
por la técnica de difracción de rayos X) y
un fragmento de microtúbulo, indicando
su extremos más y menos Y que se
aprecie la presencia de los 13
protofilamenteos.
3. Dibujar una actina (también la imagen de
difracción de rayos X) y un fragmento de
filamento de actina indicando sus
extremos, más y menos.
4. Dibujar una sarcómera señalando todas
sus partes.
Todos los dibujos escanearlos, y enviarlos a
mi correo (gonolmi7@cuautitlan.unam.mx)
en un solo archivo en PDF a más tardar un
día antes de la clase de la siguiente semana.
