1) Las proteínas motoras quinesina y dineína se mueven a lo largo de los microtúbulos utilizando la energía del ATP para transportar orgánulos y vesículas dentro de la célula. 2) La quinesina se mueve hacia los extremos positivos de los microtúbulos, mientras que la dineína se mueve hacia los extremos negativos. 3) Estas proteínas motoras desempeñan un papel crucial en procesos como el transporte axonal y la formación del complejo de Golgi.

1. Movimiento intracelular basado en microtúbulos y proteínas motoras:
quinesina y dineína (adaptado de Biología Celular – Becker)
Los microtúbulos (MTs) constituyen un conjunto de pistas rígidas para el
transporte de varios orgánulos membranosos y de vesículas. El centrosoma
organiza y orienta los microtúbulos, debido a que el extremo menos (-) de la
mayoría de los microtúbulos se encuentra embebido en el centrosoma. Éste se
ubica normalmente cerca del centro celular, por lo que se podría considerar el
tráfico hacia el extremo (-) como tráfico entrante. El tráfico dirigido hacia los
extremos positivos (+) podría ser considerado por la misma razón como
“saliente”, porque se dirige hacia la periferia de la célula.
Los microtúbulos proporcionan una serie de vías organizadas por las que se
pueden mover los orgánulos, pero no son ellos los que generan la fuerza
necesaria para el movimiento. El trabajo mecánico que se necesita para el
movimiento depende de las proteínas motoras asociadas a los
microtrlbulos (PMAs motoras), que se unen a los orgánulos y después
“caminan” a lo largo del microtúbulo, siendo el ATP quien proporciona la
energía necesaria. Además, las PMAs motoras reconocen la polaridad del
microtúbulo y cada proteína motora tiene una preferencia en la dirección del
movimiento.
Hasta la fecha, se conocen dos familias principales de PMAs motoras:
quinesinas y dineínas
Las PMAs motoras desplazan orgánulos a lo largo de los microtúbulos, durante
el transporte axonal La neurona es un tipo celular con una gran importancia
histórica en el estudio del
movimiento intracelular
basado en los microtú-
bulos. Especialmente, el
axón gigante de calamar
ha sido extremadamente
útil para la purificación de
los componentes que inte-
raccionan con los micro-
túbulos Un receptor o un
neurotransmisor que se
sintetice en el soma de la
neurona se debe transpor-
tar a distancias de hasta
un metro entre el soma y
el terminal nervioso. Este
transporte es necesario
debido a que los ribosomas están presentes únicamente en el soma, por lo
que no puede haber síntesis proteica, ni en los axones, ni en los botones
sinápticos.
En su lugar, las proteínas y las vesículas se sintetizan en el soma y se
transportan a lo largo de los axones hasta los botones sinápticos. Por
supuesto, se requiere algún mecanismo de transporte dependiente de energía,

2. y éste Io proporciona el movimiento dependiente de los microtúbulos. Este
proceso se denomina transporte axonal rápido y consiste en el movimiento de
vesículas que contienen proteínas y otros orgánulos a lo largo de los
microtúbulos. La participación de los microtúbulos en el transporte axonal se
propuso tras la observación de que este proceso se bloqueaba por la colchicina
y otras drogas que inhiben la función de los microtúbulos, pero no se veía
afectado por drogas como las citocalasinas, que afectan a los microfilamentos.
Desde entonces, los microtúbulos se han visualizado a lo largo del axón
mediante la técnica del criograbado profundo, y se han perfilado como
componentes importantes del citoesqueleto axonal. Es más, los microtúbulos
axonales tienen asociadas pequeñas vesículas membranosas y mitocondrias.
Las pruebas de que una proteína motora asociada a un microtúbulo dirige los
movimientos de los orgánulos, se obtuvieron de unos experimentos en los que
se observó que los orgánulos podían desplazarse a lo largo de unas finas
estructuras filamentosas en el axoplama aislado (el citoplasma de los axones)
en presencia de ATP. El movimiento de los orgánulos fue observado a través
de microscopía de contraste interferencial diferencial mejorada por video. La
velocidad del movimiento del orgánulo fue aproximadamente de 2 u/seg, un
valor comparable al observado en neuronas intactas. Los investigadores
combinaron a continuación la fluorescencia y la microscopía electrónica para
demostrar que los filamentos a lo largo de los cuales se desplazaban los
orgánulos) eran los microtúbulos. Concluyeron de esta manera que el
transporte axonal dependía de la interacción de los orgánulos con los
microtúbulos.
Desde entonces se han purificado y caracterizado dos proteínas motoras
asociadas a los microtúbulos, que son las responsables del transporte axonal
rápido: la quinesina y la dineína citoplásmica. Con el fin de determinar la
dirección del transporte por estas PMAs, se utilizaron proteínas purificadas
para dirigir el transporte de microesferas de poliestireno a lo largo de
microtúbulos con polaridad conocida. Para obtener estos microtúbulos de
polaridad conocida, se indujo la polimerización de la tubulina usando
centrosomas y centros organizadores de microtúbulos, que aseguraban su
polimerización con el extremo menos anclado al centrosoma. Cuando se
añadían las esferas de poliestireno junto con quinesina y ATP a los
microtúbulos polimerizados en los centrosomas, las microesferas se movían
hacia los extremos (+) (es decir, alejándose del centrosoma). Este
descubrimiento implica que en una célula nerviosa, la quinesina medía el
transporte desde el soma al terminal nervioso, a través del axón (este
transporte se denomina transporte axonal anterógrado). Cuando se llevaron a
cabo experimentos similares añadiendo dineína purificada, las partículas se
desplazaron en dirección contraria, hacia los extremos (-) de los microtúbulos
(este transporte se conoce como transporte axonal retrógrado).

3. Estas dos proteínas rnotoras transportan materiales en direcciones opuestas
dentro del citoplasma.
Las quinesinas se mueven a lo largo de los microtúbulos a través de la
hidrólisis de ATP Las quinesinas se identificaron por primera vez en el axón
gigante de calamar. Estas quinesinas “clásicas” constan de tres partes: una
cabeza globular que se une a los microtúbulos y que está implicada en la hidró-
lisis del ATP; una región helicoidal, y una cadena ligera que está implicada en
la unión de la quinesina a otros orgánulos o proteínas
El movimiento de las moléculas de quinesina a lo largo de los microtúbulos se
ha estudiado mediante el uso de esferas unidas a la quinesina, o midiendo la
fuerza ejercida por una única molécula de quinesina, utilizando fibra de vidrio
calibrada o un tipo de rayos láser conocidos como “pinzas ópticas”. Es fácil
visualizar este movimiento si lo comparamos al caminar, con las cabezas
globulares actuando como pies. Las quinesinas clásicas se mueven a lo largo
de los Microtúbulos con pasos de 8 nm: una de las dos cabezas globulares se
adelanta para contactar con una subunidad nueva de ß-tubulina, la cabeza
globular trasera se suelta, y queda libre para unirse a una nueva región
Izquierda: Motilidad basada en los microtúbulos, Las quinesinas y las dineínas son familias de moléculas que
utilizan la energía de hidrólisis del ATP para “caminar” a lo largo de los microtúbulos. Durante dicho proceso,
transportan estructuras intracelulares a lo largo del microtúbulo. En general, los miembros de la familia de las
quinesinas transportan vesículas u orgánulos hacia los extremos (+) deI microtúbulo -es decir, desde el centro de
la célula a la periferia-. La dineína se desplaza en dirección contraria, hacia los extremos (-) del microtúbulo, y por
tanto hacia el centro de la célula donde se Iocaliza el Centrosoma.
Derecha: Movimiento de la quinesina. (a) Estructura básica de una molécula de quinesina. (b) Las quinesinas
“caminan” a Io largo de los microtúbulos. El “pie” delantero, una de las dos cabezas globulares de la quinesina, se
despega de una subunidad de ßtubulina tras la hidrólisis de ATP, y avanza. Posteriormente el pie trasero se libera
hidrolizando ATP y salta hacia delante, rebasando al otro pie (modelo “mano sobre mano”)

4. del microtúbulo. Este movimiento en el que las dos cabezas se turnan
alternativamente para ser el “pie” delantero, se conoce como “mano sobre
mano” (por analogía a la técnica pianística en la que una mano pasa por
encima de la otra, quedando ambas cruzadas). El movimiento está acoplado al
intercambio de ATP y ADP en sitios específicos de las cabezas. El resultado
es que la quinesina se mueve hacia el extremo (+) de un microtúbulo,
consumiendo ATP. La quinesina manifiesta procesividad, es decir, una única
molécula puede cubrir grandes distancias antes de despegarse de un
microtúbulo. Se ha calculado que el recorrido puede llegar a ser de 1 μm, lo
que constituye una gran distancia, si tenemos en cuenta su tamaño.
La quinesina parece ser un motor molecular bastante eficaz: su eficiencia en la
transformación de la energía de la hidrólisis del ATP en trabajo útil, se sitúa en
torno al 60-70%.
Las quinesinas son una gran familia de proteínas, con
funciones y estructuras variadas
Desde el descubrimiento de la primera quinesina implicada en el transporte
anterógrado en las neuronas, se han descrito muchas proteínas que presentan
similitudes estructurales con la quinesina. Estas proteínas o KlFs; que
conforman la familia de la quinesina, presentan un dominio motor similar pero
que puede localizarse en diferentes lugares, dependiendo de la molécula en
cuestión. En algunos casos, las KIFs se asocian con otra KIF idéntica o con
otra diferente. Existe una clase de KIFs que funcionan como motores con
dirección al extremo (-), en vez de al extremo (+), una propiedad que no
depende de la región motora, sino de otras regiones.
En diversos estudios bioquímicos e inmunocitoquímicos, así como el estudio de
organismos mutantes, se ha puesto de manifiesto que las KIFs participan en
muchos procesos celulares diferentes. Por ejemplo, están implicados en el
movimiento y localización de determinadas sustancias dentro de la célula.
Algunas KIFs se encuentran en el huso mitótico o meiótico o los cinetocoros,
donde desempeñan un papel en las etapas tempranas de la mitosis y de la
meiosis. Otras quinesinas participan en la finalización de la mitosis y en la
citoquinesis. Por ejemplo, las células de la mosca de la fruta o de nematodos
que sean mutantes para una de estas KIFs, son capaces de iniciar la
citoquinesis, pero el surco de segmentación no acaba de profundizar y la
división celular fracasa.
Las dineínas pueden agruparse en dos clases principales: del
axonema y citoplasmáticas
La familia de las PMAs motoras de la dineína está formada por dos tipos
principales: las dineínas citoplásmicas y las dineínas del axonema (ver tabla en
página anterior) A diferencia de las quinesinas y de las KIFs, sólo se han
identificado unas pocas dineínas. Las dineínas citoplásmicas poseen dos
cadenas pesadas que pueden interaccionar con los microtúbulos, tres cadenas
intermedias y cuatro cadenas ligeras. En contraste con la mayoría de las
quinesinas, las dineínas citoplásmicas se desplazan hacia el extremo (-) de los
microtúbulos. Otra diferencia con las quinesinas y las KIFs, es que las dineínas

5. citoplásmicas no pueden
unirse de una manera eficaz
a los orgánulos por sí
mismas. Para ello, necesitan
asociarse a un complejo
conocido como dinactina La
dinactina ayudaría la dineína
a unirse a su carga (por
ejemplo, una vesícula) que
transporta a lo largo de los
Microtúbulos, mediante la
unión a proteínas de la
membrana de la carga, como
la espectrina
Se han identificado al menos
cuatro tipos de dineínas del
axonema, las que también
intervienen en la formación
de los cilios y los flagelos.
Las PMAs motoras participan en el transporte intracelular de
vesículas
Hemos visto que la célula posee un sistema de transporte de vesículas
elaborado que está dirigido por la quinesina y la dineína citoplásmica o por
PMAs motoras similares. Una pregunta lógica es ¿para qué es necesario dicho
transporte y cómo se usa? Hasta el momento hemos visto que son
imprescindibles para el transporte axonal rápido y la división celular. Las PMAs
motoras desempeñan además un papel fundamental en la distribución y
estructura del retículo endoplásmico, la formación del complejo de Golgi, el
movimiento de los lisosomas y gránulos secretores, la internalización de
vesículas desde la membrana plasmática, y en una variedad de movimientos
de vesículas en las células animales.
Examinaremos ahora más detalladamente una de estas funciones, la
formación del complejo de Golgi. El complejo de Golgi consiste en una pila de
membranas aplanadas localizadas en la región del centrosoma. La función del
complejo de Golgi es recibir las proteínas fabricadas en el retículo
endoplásmico (RE), procesarlas y empaquetarlas para su distribución a las
zonas celulares correspondientes. En cada una de las etapas de este proceso,
las proteínas se transportan en vesículas. Existe, por lo tanto, un flujo continuo
de vesículas hacia y desde el complejo de Golgi. Las vesículas son
transportadas sobre los microtúbulos gracias a PMAs motoras (Ver figura).
Figura Esquema de la dineína citoplásmica/dinactina. La dineína
citoplásmica se une a la membrana de su carga indirectamente a
través del complejo multiproteico dinactina. La dinactina se une a la
espectrina situada en la membrana de la vesícula de carga

6. Las vesículas que viajan desde el
RE hasta el complejo de Golgi
parecen ser transportadas por
motores similares a la dineína, que
las mueven hacia los extremos (-)
de los microtúbulos. Los extremos
(-) están anclados en el
centrosoma, por lo que todas las
vesículas fabrica-das por el RE en
varias partes de la célula, se des-
plazan hacia el centrosoma.
Estas vesículas se fusionan y
entran a formar parte de la pila de
membranas que conforman una
cara del complejo de Golgi. Se ha
demostrado en varios expe-
rimentos que el transporte depen-
diente de microtúbulos es crucial
para el mantenimiento de las cis-
ternas del complejo de Golgi.
Por ejemplo, si se induce la despo-
limerización de los microtúbulos
con la droga nocodazol, se produ-
ce la dispersión del complejo de
Golgi. Cuando se retira el noco-
dazol y se lava, el complejo de
Golgi se vuelve a formar.
Igualmente, si se induce a las
células a sobre expresar una de las subunidades del complejo dinactina, se
bloquea su función, con el correspondiente colapso del complejo de Golgi y la
interrupción del transporte de intermediarios desde el RE al complejo del Golgi.
Una vez dentro del complejo de Golgi, las proteínas son procesadas a medida
que se desplazan a través de las cisternas. La proteína terminada emerge
-todavía empaquetada en vesículas- por el otro lado del complejo de Golgi.
Las PMAs motoras de movimiento dirigido hacia el extremo (+) llevan las
vesículas terminadas lejos del complejo de Golgi y con destino a la periferia de
la célula.
Se ha observado que el transporte de vesículas es defectuoso, en organismos
que presentan mutaciones en varias KIF, lo que proporciona una evidencia
directa de la importancia de estas PMAs en el transporte de vesículas dirigido
hacia el extremo (+).Por Io tanto, las PMAs y los microtúbulos posibilitan un
tráfico bidireccional de vesículas desde y hacia el complejo de Golgi.
Además de las proteínas motoras asociadas a los microtúbulos, existen otras
que también participan en el transporte de vesículas, las miosinas no
musculares. La manera en que el citoesqueleto de microtúbulos y de actina
interaccionan para dirigir el movimiento de vesículas, constituye un área
interesante de investigación hoy en día.
En la imagen: Microtúbulos, PMAs y el complejo de Golgi.
Un modelo de movimiento. Las vesículas que viajan hacia
y desde el complejo de Golgi están unidas a los
microtúbulos y se piensa que son transportadas por PMAs
motoras como la quinesina, la dineína o proteínas
similares. La dineína es una MAP con movimiento dirigido
hacia el extremo (-), mientras que la quinesina lo es hacia
el extremo (+). De esta manera, las vesículas originadas en
el RE o en la membrana plasmática son transportadas
hacia el complejo de Golgi y el Centrosoma por la dineína,
mientras que las vesículas originadas en el complejo de
Golgi se transportan hacia el RE o la periferia celular, por
medio de las quinesina

7. Las vesículas que viajan desde el
RE hasta el complejo de Golgi
parecen ser transportadas por
motores similares a la dineína, que
las mueven hacia los extremos (-)
de los microtúbulos. Los extremos
(-) están anclados en el
centrosoma, por lo que todas las
vesículas fabrica-das por el RE en
varias partes de la célula, se des-
plazan hacia el centrosoma.
Estas vesículas se fusionan y
entran a formar parte de la pila de
membranas que conforman una
cara del complejo de Golgi. Se ha
demostrado en varios expe-
rimentos que el transporte depen-
diente de microtúbulos es crucial
para el mantenimiento de las cis-
ternas del complejo de Golgi.
Por ejemplo, si se induce la despo-
limerización de los microtúbulos
con la droga nocodazol, se produ-
ce la dispersión del complejo de
Golgi. Cuando se retira el noco-
dazol y se lava, el complejo de
Golgi se vuelve a formar.
Igualmente, si se induce a las
células a sobre expresar una de las subunidades del complejo dinactina, se
bloquea su función, con el correspondiente colapso del complejo de Golgi y la
interrupción del transporte de intermediarios desde el RE al complejo del Golgi.
Una vez dentro del complejo de Golgi, las proteínas son procesadas a medida
que se desplazan a través de las cisternas. La proteína terminada emerge
-todavía empaquetada en vesículas- por el otro lado del complejo de Golgi.
Las PMAs motoras de movimiento dirigido hacia el extremo (+) llevan las
vesículas terminadas lejos del complejo de Golgi y con destino a la periferia de
la célula.
Se ha observado que el transporte de vesículas es defectuoso, en organismos
que presentan mutaciones en varias KIF, lo que proporciona una evidencia
directa de la importancia de estas PMAs en el transporte de vesículas dirigido
hacia el extremo (+).Por Io tanto, las PMAs y los microtúbulos posibilitan un
tráfico bidireccional de vesículas desde y hacia el complejo de Golgi.
Además de las proteínas motoras asociadas a los microtúbulos, existen otras
que también participan en el transporte de vesículas, las miosinas no
musculares. La manera en que el citoesqueleto de microtúbulos y de actina
interaccionan para dirigir el movimiento de vesículas, constituye un área
interesante de investigación hoy en día.
En la imagen: Microtúbulos, PMAs y el complejo de Golgi.
Un modelo de movimiento. Las vesículas que viajan hacia
y desde el complejo de Golgi están unidas a los
microtúbulos y se piensa que son transportadas por PMAs
motoras como la quinesina, la dineína o proteínas
similares. La dineína es una MAP con movimiento dirigido
hacia el extremo (-), mientras que la quinesina lo es hacia
el extremo (+). De esta manera, las vesículas originadas en
el RE o en la membrana plasmática son transportadas
hacia el complejo de Golgi y el Centrosoma por la dineína,
mientras que las vesículas originadas en el complejo de
Golgi se transportan hacia el RE o la periferia celular, por
medio de las quinesina