El documento describe los componentes principales del citoesqueleto celular, incluyendo microtúbulos, microfilamentos y filamentos intermedios. También describe la matriz extracelular y sus componentes fluidos y fibrosos como el colágeno, que proporciona estructura y resistencia a los tejidos. Finalmente, se enfoca en la estructura y función del colágeno, la proteína más abundante en la piel y los huesos.

1. Biología e Introducción a la Biología Celular (54) CBC -UBA
Clase 08
1) Citoesqueleto: microtúbulos, microfilamentos y filamentos intermedios.
2) Matriz extracelular.
3) Colágeno: estructura y estabilización.
1) Citoesqueleto: microtúbulos, microfilamentos y filamentos intermedios
El citoesqueleto es la estructura protéica interna propia de las células eucariotas que le dá
forma y soporte a la propia célula y a las organelas. Además, cumple muchas otras funciones,
participa en la transducción de señales, permite el transporte de organelas membranosas y
posiblita los movientos celulares entre otras.
De la misma forma que el esqueleto de un vertebrado, uno sospecharía que el citoesqueleto es
una estructura rígida. Sin embargo, tanto el esqueleto de los vertebrados como el citoesqueleto
celular son estructuras altamente dinámicas: se encuentran en constante síntesis y degradación.
Las proteínas que componen el citoesqueleto se asocian en fibras. Se las puede clasificar en
tres grupos de acuerdo al diámetro de las fibras:
Microtúbulos: 25nm
Filamentos intermedios: entre 10nm y 24nm
Microfilamentos: 3 a 8nm
Microtúbulos: Los microtúbulos son tubos huecos cilíndricos cuyo diámetro externo es de
25nm y su calibre de 12nm. Son polímeros la proteína tubulina, que posee dos subunidades (α y
β). Los microtúbulos participan de la determinación de la forma celular, proveen un conjunto de
rieles sobre los cuales se desplazan las organelas y vesículas. Además, forman las fibras del huso
acromático que separa los cromosomas durante la mitosis y la meiosis. Son la estructura central
de los cilios y flagelos.
Las subunidades β y α de tubulina pueden tomar GTP del medio celular y cuando se
encuentran unidas a este, forman dímeros de tubulina. Son los dímeros los que pueden unirse a
la estructura del microtúbulo, que tiene 13 columnas de dímeros de tubulina formando un tubo
hueco.
Dada la alternante disposición de las subunidades de tubulina, el microtúbulo está polarizado.
El extremo que culmina con las subunidades β es llamado “positivo” y que culmina con una
subunidad α es llamado “negativo”.
El GTP unido a la subunidad α es estable, no se hidroliza (actúa como un grupo prostético),
pero el que está unido a la subunidad β tiene tendencia a hidrolizarse a GDP y fosfato (la
subunidad β cataliza esta hidrólisis).
Si extraemos un microtúbulo de la célula y analizamos su dinámica, vemos que el extremo que
termina con subunidades β (el positivo) tiene mayor tendencia a estar polimerizando dímeros de
tubulina (es decir, crece; de ahí que se lo llame positivo). Por otro lado, las subunidades β del
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extremo negativo son las más “viejas” y ya han catalizado la hidrólisis del GTP a GDP. Cuando
las subunidades β tienen unido GDP, tienen mayor tendencia a despolimerizarse (de ahí que el
extremo que termina en subunidades α se llame negativo, porque tiende a decrecer).
En el interior de la célula, el extremo negativo
de los microtúbulos generalmente se encuentra estabilizado por alguna estructura celular que
actúa como centro organizador. En la célula animal, por ejemplo, el centro organizador de
microtúbulos es el centrosoma, un conjunto de agregados protéicos que rodea a los centriolos. Los
centriolos son estructuras formadas por una asociación de microtúbulos cortos que tienen una
disposición particular conocida como “9 + 0”. Cada centriolo está formado por 9 tripletes de
microtúbulos unidos entre sí por proteínas conectoras, y sin ningún microtúbulo central.
Por otro lado, el extremo positivo se encontrará en crecimiento si se existen suficientes
subunidades libres de tubulina y moléculas de GTP como para que la polimerización ocurra antes
de que las subunidades β del extremo catalicen la hidrólisis de su GTP a GDP + Pi, o en
decrecimiento si la falta de subunidades libres de tubulina y moléculas de GTP hace que el
proceso sea tan lento que las subunidades β del extremo alcancen a catalizar la hidrólisis de su
GTP a GDP + Pi, provocando la despolimerización del microtúbulo.
Dos tipos de proteínas motoras pueden asociarse a los microtúbulos: las kinesinas (quinesinas
o cinecinas) y las dineinas. Ambos tipos tienen una estructura común:
Ambas poseen dos dominios de unión a los microtúbulos y un tercer dominio que se puede unir
a proteínas de membrana presentes en las vesículas de transporte intracelulares. Cada
subunidad que se encuentra unida al microtúbulo puede catalizar la hidrólisis de ATP a ADP +
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Extremo positivo (subunidades β)
Más nuevo
Subunidades β tienen unido GTP
Tendencia a polimerizar
Extremo negativo (subunidades α)
Más viejo
Subunidades β tienen unido GDP
Tendencia a despolimerizar

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Pi. Al hacerlo, aprovecha esa energía para desprenderse y avanzar. Luego, la otra subunidad
hace lo mismo. De esta forma, las kinesinas y dineinas “caminan” sobre los microtúbulos
arrastrando las vesículas asociadas. La diferencia entre ellas es que las kinesinas avanzan hacia
el extremo positivo, mientras que las dineinas avanzan hacia el extremo negativo. Como en las
células en general el núcleo y el centrosoma se encuentran relativamente en el centro, el
movimiento hacia los extremos positivos o negativos de las kinesinas y dineinas se traduce en
que las kinesinas avanzan hacia el exterior de la célula y las dineinas hacia el interior.
Como se mencionó anteriormente, los microtúbulos forman la estructura interna de las cilias y
flagelos, ambas son diferenciaciones de membrana móviles. La estructura interna de una cilia o
flagelo es idéntica (la única diferencia es que las cilias generalmente se presentan en gran
número y los flagelos suelen ser únicos en cada célula). Los microtúbulos de las cilias o flagelos se
encuentran estabilizados en su extremo negativo por un cuerpo basal, que tiene la misma
estructura 9 + 0 que un centriolo.
En la sección móvil de la cilia o flagelo encontramos una estructura formada por nueve pares
de microtúbulos incompletos (no tienen cada uno 13 protofilamentos, comparten algunos) y un
par central (estructura llamada 9 + 2):
Los brazos de dineina, al intentar avanzar sobre los microtúbulos cercanos hacen torcer toda
la estructura. La acción continuada de estas proteínas hace que las cilias batan constantemente y
al unísono y que los flagelos “viboreen” con su movimiento característico.
Las estructuras ciliares se encuentran en epitelios especializados en eucariontes. Por ejemplo,
las cilias barren los fluidos sobre células estacionarias en el epitelio de la tráquea, permitiendo
que la capa de moco que se produce sobre ese epitelio sea movilizada hacia el exterior (el humo
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del cigarrillo impide el movimiento de las cilias ocacionando que las personas fumadoras deban
toser para expectorar esa capa de moco). También encontramos células ciliadas en el epitelio de
los tubos del oviducto femenino (trompas de Falopio), donde permiten que el ovocito o la cigota se
movilicen hacia el útero.
Los flagelos, son importantes para el movimiento celular. En la especie humana el único tipo
de célula flagelada es el espermatozoide. Los flagelos procarióticos y eucarióticos poseen
estructuras muy diferentes.
Microfilamentos: La actina es una proteína con funciones contráctiles, es también la
proteína celular más abundante. La asociación de estos microfilamentos de actina con la proteína
miosina es la responsable de la contracción muscular. Los microfilamentos también pueden llevar
a cabo los movimientos celulares, incluyendo desplazamiento, contracción y citiocinesis.
La actina es la proteína base de los microfilamentos. El monómero es conocido como actina G,
o actina globular. En presencia de ATP, se polimeriza formando largas hélices dobles,
denominadas actina F, o actina filamentosa. Para que se lleve a cabo esta polimerización el ATP
debe convertirse en ADP, liberando la energía necesaria para el proceso. La actina, presenta
polaridad, tiende a polimerizarse (alargarse) y despolimerizarse (acortarse) a gran velocidad por
un extremo más (el extremo positivo), y a realizar los mismos procesos por el otro extremo, menos
(extremo negativo), a menor velocidad.
Los filamentos de actina cumplen un rol principal en la motilidad celular , decisiva en el
desarrollo embrionario. En las células musculares los filamentos de actina no se acortan ni se
alargan y junto con la miosina (una proteína motora) conforman los sacrómeros. Las fibras de
actina (naranja) se encuentran ancladas a una placa protéica y asociadas a fibras de miosina
(verde). Durante la contracción muscular, las fibras de miosina intentan avanzar sobre las de
actina en ambos sentidos, causando la contracción.
Filamentos intermedios: Los filamentos intermedios proveen fuerza de tensión (resistencia
mecánica) a la célula. Según el tipo celular varían sus proteínas constitutivas, por ejemplo:
neurofilamentos, en la mayoría de las neuronas o filamentos de queratina en células epiteliales.
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2) Matrix extracelular
Bajo el nombre de matriz extracelular (MEC) se agrupan los elementos intercelulares
presentes en los organismos pluricelulares. La composición de la MEC es única para cada tipo de
tejido.
La MEC es un medio dinámico que juega un rol central en la regulación de las funciones
celulares durante la remodelación y el crecimiento celular normal y patológico, como en el
desarrollo embrionario y toda una serie de procesos que acontecen en el organismo adulto por
ejemplo, la coagulación sanguínea, la curación de heridas, la inflamación, la reparación de tejidos
dañados, y la erradicación de infecciones. Paradójicamente, la adhesividad a la MEC puede
facilitar también, la aparición de artritis reumatoide, ataques cardíacos, los accidentes cerebro
vasculares (ACV), la invasión tumoral y la metástasis.
Las células del cuerpo se mantienen pegadas unas a otras y a un material cohesivo
extracelular (la MEC), que las circunda. Esta cohesión es esencial para la supervivencia, ya que
mantiene unidos a los tejidos. Las células normales no logran sobrevivir si no están adheridas a
algún tipo de sustrato o entre ellas.
Los componentes de la MEC pueden clasificarse en fluidos y fibrosos.
Componentes Fluidos:
La MEC posee agregados de proteoglicanos. Estos son macromoléculas compuestas por una
parte protéica unida covalentemente a glicosaminoglicanos, un heteropolisacárido.
El ácido hialurónico (AH) es un polisacárido del tipo de glucosaminoglucanos con enlaces β,
que presenta función estructural. De textura viscosa, existe en la sinovia, humor vítreo y tejido
conjuntivo colágeno de numerosos organismos.
Está constituido por cadenas de carbohidratos complejos, en concreto unos 50000 disacáridos
de N-acetilglucosamina y ácido glucurónico por molécula.
El ácido hialurónico y los proteoglicanos se asocian entre sí formando agregados moleculares
de gran tamaño. Estos agregados tienen un papel estructural debido a que presentan excelente
resistencia mecánica a los golpes debido a sus propiedades viscoso elásticas.
Todos los glicosaminoglicanos, son moléculas ácidas con numerosas cargas negativas. Por lo
tanto podemos decir que el carácter ácido de los proteoglicanos y los glicosaminoglicanos, los
conduce a fijar cationes (Na+, K+), en consecuencia constituyen una reserva de estos. Por otra
parte los cationes están rodeados de agua, esto aumenta el volumen (turgencia) de la MEC.
Debido a que los proteoglicanos retienen agua, son directamente responsables del grado de
hidratación de la matriz extracelular.
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Componentes Fibrosos
Proteínas adhesivas: Fibronectina y Laminina
La fibronectina, es una glicoproteína encontrada en la mayoría de las matrices extracelulares
en forma de agregados o fibrillas. Esta importante proteína adhesiva, cumple funciones que
involucran procesos de adhesión, como la migración y la invasión celular. La fibronectina media
una variedad de adhesiones uniéndose al fibrinógeno/fibrina (coagulación sanguínea), colágeno,
heparán sulfato y al ácido hialurónico (Fig.6.16).
La laminina es una glicoproteina de adhesión que se encuentran en todas las membranas
basales. La laminina cumple una función estructural muy importante. Participa en la migración,
proliferación y diferenciación celular.
La elastina es una proteína con funciones estructurales que, a diferencia del colágeno que
proporciona resistencia, confiere elasticidad a los tejidos.
3) Colágeno: estructura y estabilización
El colágeno es una molécula proteica o proteína que forma fibras, las fibras colágenas. Estas
se encuentran en todos los animales. Son secretadas por las células del tejido conjuntivo como los
fibroblastos, así como por otros tipos celulares. Es el componente más abundante de la piel y de
los huesos, cubriendo un 25% de la masa total de proteínas en los mamíferos. Las fibras
colágenas son flexibles, pero ofrecen gran resistencia a la tracción.
La fase previa a la formación de colágeno es intracelular: series de tres aminoácidos se
ensamblan en tándem formando cadenas de polipéptidos, llamadas cadenas α (alfa), unidas entre
sí a través de puentes de hidrógeno intramoleculares.
Cada una de las cadenas polipeptídicas es sintetizada por los ribosomas unidos a la membrana
del retículo endoplásmico y luego son traslocadas al lumen del mismo en forma de grandes
precursores (procadenas α), presentando aminoácidos adicionales en los extremos amino y
carboxilo terminales. En el retículo endoplásmico los residuos de prolina y lisina son hidroxilados
por encimas específicas (como la prolil hidroxilasa, que requiere vitamina C como cofactor para
catalizar la síntesis de hidroxiprolina a partir de prolina).
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Dominio de
unión a
proteoglicanos
Dominio de unión
a células
Dominio de unión
a colágeno

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Tras su secreción, los propéptidos de las moléculas de procolágeno son degradados mediante
proteasas convirtiéndolas en moléculas de tropocolágeno asociándose en el espacio extracelular
formando las fibrillas de colágeno.
Las cadenas de aminoácidos del colágeno son muy ricas en prolina o hidroxiprolina y
glicina(aproximadamente un tercio de los aminoácidos son glicina), fundamentales en la
formación de la superhélice (que es conocida como un tipo especial de estructura protéica
secundaria única para el colágeno).
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