Microfilamentos de actina, filamentos gruesos de miosina y filamentos intermedios

Diámetro de los microfilamentos

7nm

Sinónimo de microfilamento

Filamentos delgados o finos

¿Qué constituye a los microfilamentos de actina?

Polímeros de actina que forman una doble cadena helicoidal

Tipos de actina

α, β y γ

Células donde se encuentra la actina tipo α

Células musculares

Lugar donde se localiza la actina tipo β y γ

Citoplasma de tipos celulares no musculares

¿Qué es el córtex celular?

Red de microfilamentos en la zona del citoplasma cercana a la membrana plasmática en células no musculares

¿Qué proporciona el córtex celular?

Rigidez estructural y capacidad de deformar de la membrana plasmática mediante contracción de los microfilamentos

¿Qué abunda en células musculares esqueléticas?

La actina y se distribuye por todo el citoplasma de modo altamente ordenado formando parte de los sarcómeros

Funciones de los microfilamentos

• Contracción del sarcómero de las células musculares esqueléticas y fibras del músculo liso (no organizado)

• Mantenimiento de la forma de cada tipo celular

• Movimiento de la célula

• Formación de anillo contráctil en citocinesis

• Anclaje de células vecinas

• Sostén e microvellosidades y estereocilios

• Desplazamiento intracelular de vesículas

¿Con qué interaccionan los filamentos de actina para que funcionen?

Con proteínas de la familia de la miosina

Propiedad principal de la miosina

Capacidad motora utilizando energía de la hidrólisis del ATP para desplazar los filamentos de actina

Componente principal de los microfilamentos

Monómeros de actina

¿Qué es la actina G(globular)?

Unidades aisladas de actina

¿Qué es la actina F(filamentosa)?

Actina en forma de filamento

Al igual que la tubulina…

La actina puede polimerizarse y despolimerizarse

¿De qué depende la polimerización de la actina?

De la concentración de esta proteína en el medio de cultivo

¿Cuándo se frena la polimerización de actina?

Cuando la concentración de actina en el medio es limitante

Forma de los monómeros de actina

Con un extremo puntiagudo y otro protuberante

¿Qué es la polaridad en el microfilamentos?

La polimerización ocurre de modo que las moléculas quedan orientadas siempre en el mismo sentido

Extremos de crecimiento y decrecimiento

El extremo protuberante es el extremo más y el extremo puntiagudo es el menos

Explica por que los microfilamentos crecen por el extremo (+) y decrecen por el (-)

Las unidades de actina unidas a ATP se incorporan por el extremo protuberante. Pero tras una lenta hidrólisis del ATP en ADP + Pi, la molécula se vuelve menos estable y tiende a desprenderse del microfilamento

Fenómenos que también sufren los microfilamentos

Intercambio rotatorio y fluctuaciones en su longituud

¿Cómo es el intercambio rotatorio de los microfilamentos?

Menos frecuente que en los microtúbulos

¿Cómo son las fluctuaciones de longitud en los microfilamentos?

Más lentos y menos importantes, con inestabilidad dinámica inferior

¿Por qué la dinámica de los microfilamentos in vitro no es incontrolada en la célula?

Por que tiene numerosos tipos de proteínas que regulan la estabilidad y asociación de los microfilamentos en haces o redes

Imagen de dinámica de polimerización y despolimerización

¿Qué formaciones surgen de las agrupaciones de microfilamentos en las células?

Haces paralelos o perpendiculares o intricadas redes que proporcionan soporte estructural parra el funcionamiento correcto

Funciones celulares dependientes de agrupaciones de mirofilamentos

• Formación de microvellosidades

• Movimiento celular por lamelipodios y filopodios

• Anclaje firme a un sustrato

¿Qué controla la densidad del citoplamsa?

La polimerización/despolimerización de la actina

¿Cómo afecta la polimerización de actina a la consistencia del citoplasma?

La polimerización forma redes o mallas densas que brindan mayor consistencia al citoplasma

¿Qué es el estado gel?

Mayor consistencia del citoplasma

¿Qué es el estado sol?

Estado opuesto al gel, en el que el citoplasma carece de redes de actina y es más fluido

¿Qué proteínas regulan el comportamiento dinámico de los microfilamentos?

Las proteínas unidoras de actina (ABP)

Proteínas ABP:

• ADF/cofilina

• Profilina

• Gelosina

• Arp2/3

• Rho, Rac y cdc42

• Filamina

• WASp

• Cortactina

• Fimbrina y villina

• Actina α

• CapZ

• Miosina II

• Miosinas I y V

• Espectrina

• Timosina

Información de ADF(actin depolymerizing factor)/cofilina

Se unen a la ADP-actina G y a la actina F, favorecen la tasa de disociación de la ADP-actina G en los extremos (–), induciendo la despolimerización. Origina complejos ADF/cofilina-ADP-actina G libres en el citosol, que no se pueden incorporar de nuevo al microfilamento, ya que la actina está «secuestrada»

Información profilina

Estimula el intercambio de ADP por ATP en la actina G, desprendiéndose así del complejo ADF/cofilina y quedando libre para su incorporación al microfilamento por el extremo (+)

Otra acción de la ADP/cofilina

Unirse a lo largo de los microfilamentos y fragmentarlos

Información de gelsolina

Fragmentadora de microfilamentos que actúa en presencia de Ca+2. y se une a los extremos (+) de los polímeros de actina, impidiendo así que crezcan

Células con abundacia de gelsolina

Células con gran motilidad (como los macrófagos) y también en organismos unicelulares como las amebas

Los filamentos de actina se pueden ramificar…

Formando estructuras en forma de árbol

Información de Arp2/3

Participa en la nucleación de la actina y en la ramificación de los microfilamentos, uniéndose a la actina favorece el inicio de su polimerización en otra dirección (su ramificación)

Información de Rho, Rac y cdc42

Pertenecen a la familia proteínas G pequeñas y son capaces de unir nucleótidos de guanina. Forman haces de actina con diferentes característcas

¿Qué forma la Rho?

Fibras de estrés

¿Qué forman las Rac?

Lamelipodios

¿Qué forman las cdc42?

Filopodios

Información de filamina

Entrecruza los filamentos de actina formando redes ortogonales y participa en el anclaje de la actina a la membrana plasmática

¿Qué causa la ausencia de filamina?

Estado sol del citoplasma

Información de WASp

Promueve la polimerización. Activa a Arp2/3 para que pueda comenzar la nucleación de los microfilamentos

¿Qué pueden formar las mutaciones de las WASp?

El síndrome de Wiskott-Aldrich afectan fundamentalmente al sistema hematopoyético

Información de cortactina

Se une al complejo Arp2/3 y lo activa; además promueve la polimerización y estabilidad de los microtúbulos, especialmente en la corteza celular

Información de fimbrina y villina

Se sitúan en las microvellosidades y organizan los filamentos en haces paralelos

Información de Actinina α

Fija filamentos de actina para la formación de haces contráctiles del sarcómero muscular

Información CapZ

Tapona el extremo (+) de los microfilamentos situados en el sarcómero, es una proteína tipo capping

¿Qué hacen las proteínas tipo capping?

Se unen a los extremos de los microfilamentos para estabilizar su elongación

Información de miosina II

Deslizamiento de los filamentos delgados en la contracción del sarcómero

Información de miosina I y V

Proteínas motoras que son responsables del arrastre de microfilamentos en células no musculares y del movimiento de vesículas y orgánulos a través de los filamentos de actina.

Información de espectrina

Se asocia con los filamentos de actina para formar una red de sostén que ayuda a mantener la forma del eritrocito

Información de timosina

Se une a las unidades de actina G impidiendo su polimerización espontánea, por lo que promueve que la actina permanezca en su forma monomérica

Algunos fármacos y agentes tóxicos son…

Capaces de alterar la dinámica normal de los microfilamentos

Agentes y fármacos que alteran la dinámica de los microfilamentos

• Falodina

• Toxina α-amanitina

• Citocalasina D

¿Qué es la faoidina?

Toxina aislada del hongo venenoso o Amanita phalloides

¿Qué causa la faloidina?

Estabilización anormal los microfilamentos de actina, impidiendo así su normal dinámica de formación/destrucción

¿Qué causa la toxicidad del hongo venenoso o Amanita phalloides?

La toxina α-amanitina

¿Qué hace la toxina α-amanitina?

Inhibe la actividad de la ARN polimerasa II y causa fallos hepáticos, renales y encefalopatía

¿Qué es la citocalasina D?

Una micotoxina de tipo alcaloide

¿Qué causa la citocalasina D?

Bloquea la polimerización de los microfilamentos al unirse sus extremos (+)

Organismos que utilizan la actina de la célula huésped

• Lysteria monocytogenes

• Escherichia coli

¿Qué causa la bacteria Lysteria monocytogenes?

Listeriosis

¿Cómo utiliza la Lysteria monocytogenes la actina?

Polimeriza la actina G utilizando los complejos Arp2/3 para formar un haz de actina (llamado cola de cometa) que permite a la bacteria recorrer el citoplasma. Se coloca perpendicularmente a la membrana plasmática y las colas de actina hacen protruir esta membrana hacia la célula huésped contigua, facilitando así su invasión

¿Cómo utiliza la Escherichia coli la actina?

Activa una cascada de señalización intracelular que favorece la formación de actina F en posición perpendicular a la membrana apical, deformándola y constituyendo lo que se conoce como «pedestal», cuya formación parece facilitar la movilidad de la bacteria a lo largo de la membrana y evitar la fagocitosis

¿Dónde se encuentra la miosina?

Es ubicua pero abunda en células musculares estriadas y lisas

¿Qué hace la miosina?

Interactúa con la actina para realizar diferentes funciones motoras, como la contracción muscular, el transporte de vesículas a través del citoplasma, etc.

¿Cuántos genes de miosina hay en el genoma humano?

40 genes

Dominios de las miosinas:

• Dominio globular (cabeza) con capacidad motora

• Zona intermedia o cuello

• Cola, cuya estructura varía en los diferentes tipos de miosina

¿Cuál fue el primer tipo de miosina que se descubrió?

La miosina II

Estructura de la miosina II

Dos cabezas globulares y dos polipéptidos idénticos alargados entrecruzados entre sí de forma helicoidal para formar la cola de la molécula

Extremos de las cabezas y colas de la miosina II

Las cabezas incluyen extremo N-terminal y la cola C-terminal

Propiedad fundamental de la miosina

Utiliza energía (ATP) mediante su actividad ATPasa localizada en la cabeza globular

Fundamento de la contracción del músculo liso y estríado

Si la miosina está unida a la actina se produce entonces un desplazamiento de los filamentos de actina

¿Cómo se observan las miosinas en el microscopio electrónico si las cabezas motoras se añaden in vitro junto a actina F?

Como una hilera de puntas de flechas en la misma dirección, con la punta hacia el extremo (-) y el extremo barbado hacia el (+)

Medidas del filamento grueso de miosina II

15 nm de espesor y 1,6 μm de longitud, que incluye 300-400 moléculas entrelazadas entre sí longitudinalmente

¿Cómo se agrupan las moléculas de miosina II?

De modo escalonado y dejando las cabezas globulares hacia el exterior del filamento

¿Qué contiene cada filamento grueso de miosina II?

Un ramillete de moléculas de miosina con las cabezas hacia un extremo del filamento y otro ramillete antiparalelo orientado hacia el otro extremo

Estructura de la miosina I

Una sola cola y una sola cabeza

Funcionamiento de la miosina I

ada molécula individual puede interaccionar con un filamento de actina y moverse a través de él (con gasto de ATP) para transportar vesículas hacia el lado (+) del filamento

¿Qué tipo de miosina forma parte de las microvellosidades?

Miosina I, donde su actividad motora puede arrastrar los filamentos de actina, provocando el movimiento de la microvellosidad

Estructura de la miosina V

Dos cabezas y dos colas, pero con enrollamiento parcial

Función de la miosina V

Desplazamiento de vesículas y orgánulos en el citoplasma celular

Ejemplo de intervención de miosina V

Transferencia de gránulos de melanina desde el melanocito al queratinocito

¿Qué causa la enfermedad de Griscelli?

Despigmentación de la piel debida a una mutación en la miosina V

¿Cuál es la función mejor conocida y más representativa de la interacción entre los filamentos de actina y miosina?

La contracción celular

¿En qué tipo de músculo la actina y la miosina son proteínas muy abundantes?

En el músculo esquelético

¿De qué están formados los músculos esqueléticos?

De fibras musculares

¿Qué son las fibras musculares?

Células multinucleadas que contienen en el citoplasma numerosas miofibrillas

¿De qué están constituidas las miofibrillas?

Por unidades repetitivas de sarcómeros

¿Qué son los sarcómeros?

Estructuras motoras del músculo basadas en filamentos de actina y miosina

¿Cómo se observan las miofibrillas en el microscopio electrónco?

Como un patrón de bandas claras y oscuras

¿Cómo se llaman las bandas oscuras de las miofibrillas?

Bandas A (de anisotrópicas con luz polarizada)

¿Cómo se llaman las bandas laras de las miofibrillas?

Bandas I (de isotropicas)