Biología de Microtúbulos: Estructura, Dinámica y Nucleación Celular

Estructura de Tubulinas y Microtúbulos

La Tubulina: Componente Fundamental

Los microtúbulos son un polímero de la proteína tubulina. Cada subunidad de tubulina es un heterodímero formado por dos tipos de proteínas globulares similares, denominadas alfa-tubulina y beta-tubulina, fuertemente unidas entre sí por enlaces no covalentes. Estas dos proteínas solo se encuentran en este heterodímero, y cada monómero (alfa o beta) posee un sitio de unión para la molécula de GTP.

El GTP que se une a la alfa-tubulina queda atrapado físicamente en la interfase del dímero y nunca se hidroliza ni se recambia; se le puede considerar como una parte integral de la estructura del heterodímero de tubulina. Por el contrario, el nucleótido de la beta-tubulina puede encontrarse tanto en forma de GTP como de GDP, y puede recambiarse en los dímeros de tubulina solubles (no polimerizados). La tubulina se encuentra en todas las células eucariotas con múltiples isoformas.

Organización del Microtúbulo

Un microtúbulo es una estructura cilíndrica hueca formada por 13 protofilamentos paralelos, cada uno de los cuales está compuesto por heterodímeros de alfa- y beta-tubulina apilados cabeza con cola y luego plegados para formar un tubo. A lo largo del eje longitudinal del microtúbulo, la “cima” de una molécula de beta-tubulina forma una interfase con la “base” de la molécula de alfa-tubulina del heterodímero adyacente. La energía de unión de esta interfase es muy grande.

Perpendicularmente a estas interacciones, los protofilamentos vecinos establecen contactos laterales. En esta dirección, estos contactos se forman entre monómeros del mismo tipo (alfa-alfa, beta-beta). Existe un ligero desfase en estos contactos que da lugar a la trama helicoidal del microtúbulo por su repetición durante la polimerización. Dado que los múltiples contactos de esta trama mantienen las subunidades, la adición de nuevas subunidades se produce casi de forma exclusiva en los extremos del microtúbulo. Estos contactos hacen que los microtúbulos sean rígidos y difíciles de doblar.

La trama del microtúbulo tiene polaridad estructural, con las alfa-tubulinas al descubierto en el extremo menos (-) y las beta-tubulinas en el extremo más (+). El extremo más (+) es el que favorece la polimerización.

Material Pericentriolar y Nucleación de Microtúbulos

Factores Clave en la Nucleación

El material pericentriolar contiene factores clave para la nucleación de los microtúbulos, como la gamma-tubulina y el gamma-TURC (o complejo en anillo de gamma-tubulina), en el cual proteínas accesorias se unen directamente a la gamma-tubulina, junto con otras proteínas que facilitan la creación de un anillo en espiral de moléculas de gamma-tubulina, el cual servirá de molde para crear un microtúbulo de 13 protofilamentos.

Mecanismo de Nucleación por el Complejo en Anillo de Gamma-Tubulina

El proceso de nucleación de los microtúbulos por el complejo en anillo de gamma-tubulina es el siguiente:

• Dos copias de gamma-tubulina se asocian con gamma-TUSC.
• Siete copias de gamma-TUSC se asocian para formar una estructura en espiral en la que la última gamma-tubulina queda bajo la primera, dando lugar a 13 subunidades de gamma-tubulina expuestas y orientadas en un círculo que concuerda con la orientación de los 13 protofilamentos del microtúbulo.
• En muchos tipos celulares, la espiral de gamma-TUSC se asocia con proteínas accesorias adicionales para formar el gamma-TURC.