Citoesqueleto y movimiento celular

El citoesqueleto proporciona un nivel de organización más avanzado, que consiste en una red de filamentos de proteínas que se extienden por el citoplasma de todas las células eucariotas.

El cito esqueleto proporciona un armazón estructural para la célula, actuando como un andamio que determina la forma celular y la organización general del citoplasma. Además de desempeñar este papel estructural, el citoesqueleto es el responsable de los movimientos de la célula. Estos no solamente incluyen los movimientos de la célula en conjunto, sino también el transporte interno de los orgánulos y de otras estructuras (tales como los cromosomas mitóticos) a través del citoplasma. Es importante señalar que el cito esqueleto es mucho menos estable y rígido de lo que su nombre sugiere. Más bien es una estructura que se reorganiza continuamente según las células se muevan y cambien su forma, por ejemplo durante la división celular.

El citoesqueleto esta formado por tres tipos principales de filamentos de proteínas: filamentos de actina, filamentos intermedios y microtubulos, que se mantienen juntos y unidos a los orgánulos intracelulares y a la membrana plasmática mediante varias proteínas accesorias.

Estructura y organización de los filamentos de actina

La proteína citoesqueletica mas importante de la mayoría de las células es la actina, que polimeriza para formar filamentos de actina-fibras delgadas y flexibles de aproximadamente 7nm de diámetro y hasta varios micrómetros de longitud. (figura de abajo)

Dentro de la célula, los filamentos de actina (también llamados microfilamentos se organizan en estructuras de un orden superior, formando haces o redes tridimensionales con las propiedades de un gel semisólido. Los filamentos de actina abundan sobre todo debajo de la membrana plasmática, donde forma una red que proporciona un soporte mecánica, determina la forma celular y permite el movimiento de la superficie celular, lo que permite a las células migrar, engluñir partículas y dividirse.

Ensamblaje y desensamblaje de los filamentos de actina

Las moléculas individuales de actina son proteínas globulares de 375 aminoácidos (43 kDa). Cada monómero (actina globular G) tiene sitios de unión que median la interacción cabeza con cola con otros dos monómeros de actina, de tal manera que los monómeros de actina polimerizan para formar filamentos (actina filamentosa F) (figura de abajo)

En los filamentos de cada monómero se encuentra girando 166°, por lo que los filamentos tienen la apariencia de una hélice de doble cadena. Debido a que todos los monómeros de actina están orientados en la misma dirección, los filamentos de actina presentan una polaridad diferenciada y sus extremos (denominados extremos protuberanciales y puntiagudos) se distinguen entre sí. Esta polaridad de los filamentos de actina es importante para su ensamblaje como para establecer una dirección única en el movimiento de la miosina respecto a la actina.

Debido a que la polimerización de la actina es reversible, los filamentos pueden despolimerizar por la disociación de las subunidades de actina, lo que permite que los filamentes de actina se descompongan cuando sea necesario (figura de abajo). In vitro, existe un equilibrio aparente entre los monómeros de actina y los filamentos, que dependen de la concentración de los monómeros libres.

La velocidad a la que los monómeros de actina se incorporan a los filanmetos es proporcional a su concentración, por lo que hay una concentración critica de monómeros de actina a la cual la velocidad de disociación.

Los extremos puntiagudos de los filamentos de actina crecen a una velocidad menor que los extremos protuberantes. Esta diferencia en la taza de crecimiento se refleja en una diferencia de la concentración critica ara la adición de monómeros a ambos extremos del filamento. La actina unida al ATP se asocia con los extremos protuberantes de crecimiento rápido, y el ATP unido a la actina es a continuación hidrolizado a ADP. Puesto que la ADP-actina se disocia de los filamentos con mayor facilidad que la ATP-actina, la concentración critica de los monómeros de actina es mayor para la adición de los monómeros de actina es mayor para los extremos puntiagudos que en los extremos protuberantes de los filamentos de actina. El treadmilling      tiene lugar a concentraciones monomericas intermedias entre las concentraciones críticas de los extremos protuberantes y puntiagudos. Bajo estas condiciones, existe una disociación neta de monómeros (unidos a ADP) del extremo puntiagudo, equilibrada por la adición de monómeros (unidos a ATP) al extremo protuberante.

Las proteínas de unión a actina juegan diversos papeles en el comportamiento dinámico de los filamentos de actina. Los filamentos actina pueden ser estabilizados por proteínas estabilizadoras de los filamentos que se unen a los largo de ellos. Tanto los extremos protuberantes como puntiagudos. Pueden tener también caperuzas y los propios filamentos pueden formar enlaces entre sí. Los filamentos intactos también pueden ser escindidos por proteínas de escisión de los filamentos. El equilibrio entre los monómeros de actina y los filamentos puede estar regulado por las proteínas despolimerizantes de los filamentos de los filamentos, o las proteínas que modulan el intercambio de ATP por ADP sobre los monómeros de actina.    

Organización de los filamentos de actina

Los filamentos individuales de actina se ensamblan de dos tipos generales de estructuras, denominadas haces de actina y redes de actina, que desempeñan papeles distintos en la célula (figura de abajo). En los haces, los filamentos de actina se unen por puentes cruzados y se disponen en estructuras paralelas estrechamente agrupada. En las redes los filamentos de actina se unen por puentes cruzados con una con una disposición ortogonal más holgada, y forman mallas tridimensionales con las propiedades de los geles semisólidos. La formación de estas estructuras está dirigida por varias proteínas de unión a la actina que entrelazan los filamentos de actina de maneras distintas.