Fundamentos de Biología Celular: Citoesqueleto y Síntesis Proteica

Microtúbulos y Filamentos Intermedios: Componentes Clave del Citoesqueleto

Microtúbulos: Dinámica y Función

Agentes que Afectan la Polimerización de Microtúbulos

• Agentes que impiden la polimerización de los MTs:
  • Colchicina: Impide la formación del huso mitótico, es un agente antimitótico.
• Agentes que favorecen la despolimerización de los MTs:
  • Catastrofina: Se une al extremo + y separa protofilamentos.
  • Catanina: Se une al MT y lo corta.
• Agentes que estabilizan los MTs:
  • Taxol* (Paclitaxel): Se une a la subunidad beta de la tubulina y estabiliza el MT. Es un fármaco utilizado en cáncer, cuya diana es la tubulina, bloqueando la mitosis en metafase.

Las MAPs (Proteínas Asociadas a Microtúbulos) que recubren la pared estabilizan el MT. Las MAPs fosforiladas son incapaces de unirse a los MTs, favoreciendo su disociación.

Enfermedad de Alzheimer: Los ovillos neurofibrilares son un conglomerado anormal de proteína Tau hiperfosforilada, lo que conduce a la degeneración neuronal.

Funciones de los Microtúbulos

• Transporte de vesículas y orgánulos.
• Formación de estructuras móviles (cilios y flagelos).
• Organización del aparato mitótico: huso y centriolos.

Proteínas Motoras

Las quinesinas (+) y dineínas (-) son proteínas motoras que transportan vesículas, proteínas y orgánulos, desplazándose en una única dirección. Necesitan la hidrólisis del ATP.

Cilios y Flagelos

• Cilios: Presentes en el tracto respiratorio, aparato reproductor femenino y protozoos (organismos unicelulares).
  • Funciones: Desplazar células libres por las trompas, movilizar fluidos sobre la superficie o arremolinar el líquido para atraer alimento, y movimiento de batido para impulsarse.
• Flagelos: Presentes en organismos uni o pluricelulares (ej. espermatozoides).
  • Función: Movimiento.
  • Tipo de movimiento: Baten generando un movimiento helicoidal.

Estructura de cilios y flagelos: El cuerpo basal se encuentra por debajo de la membrana, y de él emergen los cilios y el axonema, que es el esqueleto interno de los MTs.

Centriolos y Aparato Mitótico

Los centriolos se encuentran solo en células animales. En interfase, se disponen perpendiculares entre sí. Son dos cilindros dentro del centrosoma.

El centrosoma está formado por los centriolos más el material pericentriolar.

Los centriolos están formados por 9 tripletes de MTs unidos por nexina.

El aparato mitótico es una estructura de MTs más grande que el núcleo, que se construye y se desmonta durante la división celular. Cambia constantemente durante la mitosis.

Funciones del aparato mitótico: Capturar cromosomas, alinearlos y separarlos.

Filamentos Intermedios: Estructura y Patologías

Los filamentos intermedios (FI) están presentes en células animales. Son apolares y muy estables (no polimerizan ni despolimerizan). Se encuentran en células sometidas a fuertes presiones.

Función: Proveen estabilidad mecánica a las células animales.

Tipos de Filamentos Intermedios

• Células epiteliales: Queratinas.
• Neuronas: Neurofilamentos.
• Células musculares: Desmina.
• Fibroblastos: Vimentina.
• Núcleo: Láminas nucleares.

Estructura de los Filamentos Intermedios

1. Dímero: Asociación paralela.
2. Tetrámero: Asociación antiparalela.
3. Protofilamento: Asociación extremo a extremo (8 dímeros).
4. Protofibrillas: Asociación lateral.
5. Filamento intermedio: Formado por 4 protofibrillas.

• Queratinas: Presentes en desmosomas y hemidesmosomas.
• Desmina: Rodea el disco Z del sarcómero y conecta con otros discos Z.
• Vimentina: Presente en células de origen mesenquimal y tumores.
  • Función: Proveer anclaje para el soporte de orgánulos.
• Neurofilamentos: Responsables del crecimiento radial del axón (velocidad de conducción).
• Láminas nucleares: Forman un retículo adyacente a la membrana nuclear.
  • Funciones: Soporte mecánico y sitios de unión para poros nucleares y cromosomas en interfase.

Enfermedades Asociadas a Filamentos Intermedios

• Epidermólisis bullosa: Asociada a mutaciones en queratinas de hemidesmosomas.
• Síndrome de Hutchinson-Gilford: Envejecimiento prematuro, asociado a laminopatías.
• Laminopatías: Neuropatías relacionadas con las láminas nucleares.
• ELA (Esclerosis Lateral Amiotrófica): Acumulación y ensamblaje anormal de neurofilamentos. Se dan mutaciones de genes (ej. SOD1) cuyos efectos tóxicos originan la desorganización de los FI.

Síntesis Proteica: Mecanismos en Procariotas y Eucariotas

Requerimientos Energéticos para la Síntesis Proteica

• En Procariotas:
  • 1 ATP por aminoácido activado.
  • 1 GTP para la iniciación.
  • 2 GTPs por aminoácido incorporado.
• En Eucariotas:
  • 1 ATP por aminoácido activado.
  • 1 ATP para el rastreo.
  • 1 GTP para la iniciación.
  • 2 GTPs por cada aminoácido incorporado.

Iniciación de la Síntesis Proteica en Eucariotas

El ARNm eucariota en su extremo 5' posee una caperuza formada por metil-guanosina trifosfato. Esta caperuza aporta protección frente a endonucleasas, favorece la salida del ARNm del núcleo y es reconocida por el factor de iniciación de la síntesis proteica (eIF4).

Iniciación - Secuencia Kozak: Ayuda a los factores de unión a encontrar el AUG (codón de inicio).

La subunidad pequeña 40S reconoce la caperuza en el extremo 5' del ARNm. El eIF4 reconoce la caperuza y la une a la subunidad pequeña.

Comparación de la Síntesis Proteica: Procariotas vs. Eucariotas