CITOESQUELETO

Introducción

El citoesqueleto es propio de las células eucarióticas. Es una estructura tridimensional dinámica que se extiende a través del citoplasma. Por lo tanto la idea de que el citoplasma de la célula es una masa amorfa y gelatinosa es equivocada.

Esta matriz fibrosa de proteínas se extiende por el citoplasma entre el núcleo y la cara interna de la membrana plasmática, ayudando a definir la forma de la célula e interviniendo en la locomoción y división celular. Es decir que el citoesqueleto no sólo da estabilidad a la célula como un armazón , sino que es también como el músculo interviene en el movimiento celular. Por lo tanto podríamos llamarlo también “citomusculatura”. Podemos agregar que el citoesqueleto condiciona el movimiento de las organelas del interior de la célula y tiene gran importancia metabólica, dando un andamiaje a los procesos moleculares que se realizan en el citoplasma.

El citoesqueleto es característico de las células eucariontes ya que ESTA AUSENTE EN LOS PROCARIONTES. Por lo que podría ser un factor esencial en la evolución de los eucariotas

De esta forma podemos enunciar las siguientes funciones del citoesqueleto:

Ø                     Estabilidad celular y forma celular

Ø                     Locomoción celular

Ø                     División celular

Ø                     Movimiento de los orgánulos internos

Ø                     Regulación metabólica

Sistemas de Filamentos

En los años 1950-1960, la microscopia electrónica consiguió sacar a luz tres sistemas distintos de filamentos del citoplasma. Estudios bioquímicos e inmunológicos posteriores identificaron el conjunto específico de proteínas que caracteriza a cada sistema de filamentos.                                          Los tres sistemas primarios de fibras que componen el citoesqueleto son: microfilamentos, microtúbulos y filamentos intermedios.

Proteínas Accesorias

Estos sistemas primarios de filamentos (microfilamentos , filamentos intermedios y microtúbulos), están asociados a un conjunto de proteínas llamadas proteínas accesorias. Las proteínas accesorias cumplen distintas funciones y de acuerdo a estos roles se las clasifican en:

Ø         Proteínas reguladoras: regulan los procesos de alargamiento y acortamiento de los filamentos principales.

Ø         Proteínas ligadoras: conectan los filamentos entre sí y con distintas estructuras celulares

Ø         Proteínas motoras: sirven para la motilidad, contracción y cambios de forma celulares. También trasladan macromoléculas y organoides de un punto a otro del citoplasma.

Microfilamentos

Son las fibras más delgadas de formados por la proteína actina. 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. 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.

Distribución celular

1.         Filamentos Transcelulares (atraviesan el citoplasma en todas las direcciones).

2.        Filamentos Corticales (por debajo de la membrana plasmática)

En las células epiteliales , los filamentos transcelulares transportan organoides, asociados a la proteína motora miosina I.

En las células del tejido conectivo los filamentos de actina transcelulares se llaman fibras tensoras y están asociadas a la proteína motora miosina II.

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.

Microtúbulos

Los microtúbulos son tubos cilíndricos. Están compuestos de subunidades de la proteína tubulina , estas subunidades se llaman alfa y beta. Los microtúbulos actúan como un andamio para determinar la forma celular, y proveen un conjunto de “pistas” para que se muevan las organelas y vesículas. Los microtúbulos también forman las fibras del huso para separar los cromosomas durante la mitosis y la meiosis. Cuando se disponen en forma geométrica dentro de cilios y flagelos, son usados para la locomoción (autopropulsión) o para mover líquido circundante o partículas (motilidad).

La tubulina es una proteína globular, de la que existen dos polipéptidos distintos aunque similares, la alfa tubulina y la beta tubulina que se unen y forman un tubo cuya parte central se mantiene vacía.

Los microtúbulos se organizan a partir de centros organizadores especializados, que controlan su localización y orientación en el citoplasma. El centro organizador principal en las células animales es el centrosoma, próximo al núcleo.

Por su localización, podemos clasificarlos en:

1.         Citoplasmáticos (célula en interfase)

2.        Mitóticos (fibra del huso)

3.        Ciliares (en el eje de los cilios)

4.        Centriolares (en cuerpos basales y centríolos)

Los microtúbulos citoplasmáticos son necesarios como vías de transporte de macromoléculas y organoides (vesículas, mitocondrias, etc.), intervienen dos proteínas motoras quinesina y dineína.

También establecen la forma celular. En las neuronas se hallan en las dendritas y en el axón, donde son esenciales para el crecimiento de éste último, que depende del alargamiento de sus microtúbulos. Este alargamiento es dependiente de la proteína motora dinamina, que provoca el deslizamiento de los microtúbulos, unos sobre otros.

En las neuronas se ha descubierto una proteína reguladora, denominada tau, que estabiliza los microtúbulos. En la enfermedad de Alzheimer, caracterizada por el deterioro neuronal progresivo, esta alterado el funcionamiento normal de esta proteína y por lo tanto se ve incrementada la inestabilidad de los microtúbulos imposibilitando el transporte axónico.

Los microtúbulos mitóticos movilizan los cromosomas durante la mitosis y la meiosis.

Los microtúbulos de cilias y flagelos crecen a partir de un cuerpo basal o cinetosoma que se encuentra por debajo de la membrana plasmática.

Filamentos intermedios

Proveen fuerza de tensión (resistencia mecánica) a la célula. Según el tipo celular varían sus proteínas constitutivas. Podemos decir que existen seis tipos de filamentos intermedios:

1)                    Neurofilamentos (en la mayoría de las neuronas).

2)                   Filamentos de desmina, en el músculo.

3)                   Filamentos gliales, en las células del mismo nombre, que sirven de soporte en el cerebro, médula espinal y sistema nervioso periférico.

4)                   Filamentos de vimentina en células del tejido conjuntivo y en los vasos sanguíneos.

5)                   Queratinas epiteliales, (o filamentos de queratina o también llamados tonofilamentos), en células epiteliales.

6)                   Laminofilamentos, forman la lámina nuclear, una delgada malla de filamentos intermedios sobre la superficie interna de la envoltura nuclear. Son los únicos que no se encuentran en el citoplasma.

Motilidad y movimiento celular

La motilidad y movimiento celular se logra por medio de cilias y flagelos.

Los cilios son apéndices delgados, que surgen de la superficie de distintos tipos celulares. Los cilios de mayor longitud se llaman flagelos. 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 y tubos del oviducto femenino (trompas de Falopio).

Los flagelos, son importantes para el movimiento celular. Son más largos que las cilias pero sus estructuras internas de microtúbulos son similares. Los flagelos procarióticos y eucarióticos poseen estructuras muy diferentes.

La célula en movimiento puede tomar también un aspecto poligonal por modificaciones en los filamentos de actina corticales, formándose láminas citoplasmáticas, llamadas lamelipodios con prolongaciones denominadas filopodios.

Los axones crecen en su extremo distal por una especialización, llamada cono de crecimiento que responde a estímulos físicos y químicos.

Movimiento de organelos internos

Anteriormente hemos mencionado que el citoesqueleto actúa como un andamiaje sobre el cual, con la ayuda de las proteínas accesorias (como por ejemplo las proteínas motoras) es posible mover organelas, cromosomas, provocar flujos citoplasmáticos y lograr la división celular (citocinesis).

Para tener una visión más precisa de estos y otros fenómenos celulares veremos cómo actúan las proteínas accesorias motoras.

Las proteínas accesorias motoras, son motores proteicos que ligan dos moléculas y que utilizando ATP, provocan el desplazamiento de una molécula con respecto a la otra. Estas proteínas tienen un extremo motor que unen al citoesqueleto (microtúbulos y actina) y por el extremo ligante pueden unirse a diferentes tipos de estructuras moleculares, como por ejemplo organelas, vesículas u otras proteínas del citoesqueleto.

Ejemplos de proteínas motoras:

Ø                     Miosina que se une a actina

Ø                     Quinesina o Kinesina que se une a microtúbulos

Ø                     Dineína que se une a microtúbulos

MATRIZ 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. Los componentes fluidos son los glicosaminglicanos (polisacárido) y proteoglicanos (glicoproteína). Por otro lado, los componentes fibrosos se dividen en proteínas estructurales (colágenos) y proteínas adhesivas (fibronectina, laminina).

Componentes Fluidos

La MEC posee glicosaminoglicanos, un heteropolisacárido que se hallan asociados entre sí o a glicoproteínas llamadas proteoglicanos.

Los glicosaminoglicanos 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. Además, todos los glicosaminoglicanos, excepto el ácido hialurónico, poseen grupos sulfatos (también un grupo ácido). 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 de la MEC. Debido a que los proteoglicanos retienen agua, son directamente responsables del grado de hidratación de la matriz extracelular.

Componentes Fibrosos

Colágeno

Es un grupo de glucoproteínas fibrilares presentes en los tejidos conjuntivos. Existen varios tipos que se denominan con números romanas.

Principales tipos de colágenos:

Ø                     Tipo I: presente en la dermis, los huesos y en los tendones.

Ø                     Tipo II: presente en el cartílago.

Ø                     Tipo III: existe en la dermis

Ø                     Tipo IV: se encuentra en la membrana basal

La subunidad de colágeno, se llama tropocolágeno (tropos, en griego significa bastoncito). Está formado por tres cadenas polipeptídicas de 1050 aminoácidos cada una. Uno de cada tres aminoácidos es una glicina, seguido muy probablemente de una prolina o hidroxiprolina.

Proteínas adhesivas: Fibronectina y Laminina

La fibronectina,  Esta importante proteína adhesiva, cumple funciones que involucran procesos de adhesión, como la migración y la invasión celular. ejemplo uniéndose al fibrinógeno/fibrina (coagulación sanguínea).

La laminina es una glicoproteina de adhesión que se encuentran en todas las membranas basales (se encuentra asociada al colágeno IV). La laminina cumple una función estructural muy importante. Participa en la migración, proliferación y diferenciación celular.

Es la primera proteína adhesiva que aparece en la MEC, durante el desarrollo embrionario.

Receptores de la matriz extracelular y moléculas de adhesión celular (MAC)

Son glicoproteínas transmembranosas que intervienen en el reconocimiento y la adhesión celular. Las moléculas de Adhesión se encuentran en la superficie celular y solo se unen a moléculas idénticas a ellas mismas (uniones homófilicas). Mediante las MAC (o CAM en inglés) la célula migratoria busca una célula del mismo tipo, para formar un tejido.

Los receptores de la matriz extracelular, las integrinas forman parte de los denominados contactos focales. La integrina por sus dominios extracelulares se une a las fibras de colágeno a través de una proteína adhesiva, la fibronectina o laminina. Por sus dominios intracelular se une a los filamentos de actina a través de un conjunto de proteínas ligadoras, como la talina, vinculina, paxilina y a-actinina. La unión de las integrinas es dependiente de calcio y magnesio.

Degradación y recambio de la matriz extracelular (MEC)

La degradación de la matriz extracelular y su recambio son importantes procesos en la remodelación de tejidos durante el desarrollo, curación de heridas, necrosis tumoral e inflamación. Factores clave del recambio de la matriz extracelular son las metaloproteasas de la matriz (MPM) y sus inhibidores. Estas moléculas degradan las moléculas de la matriz extracelular, proteoglicanos, glicoproteínas y varios tipos de colágenos. Las metaloproteasas son secretadas por las células en una forma inactiva (prometaloproteasa), activándose luego en la matriz, por una cascada de metaloproteasas.

Miniglosario:

Tejido conjuntivo: Constituye el compartimiento extracelular o matriz extracelular, en el que se encuentran sumergidas fibras y células especializadas. Las moléculas que se encuentran en esta matriz son sintetizadas en el interior celular. Este compartimiento, es muy importante pues constituye del 15-20 % del volumen del organismo según las especies.

Lamina o membrana basal: Se denomina membrana basal a una formación de membrana constituida por moléculas que pertenecen al tejido conjuntivo y que sostienen los epitelios y los endotelios. Esta membrana no es de naturaleza fosfolipídica sino glucoproteica.