El Citoesqueleto: filamentos de actina, microtúbulos y filamentos intermedios


Célula: el Citoesqueleto: filamentos de actina, microtúbulos y filamentos intermedios. El citoesqueleto es el nombre dado a la red fibrosa formada por diferentes tipos de filamentos largos de proteínas presentes en todo el citoplasma de células eucariotas (células que contienen un núcleo). Los filamentos del citoesqueleto crean un andamio, o armazón, que organiza otros constituyentes celulares y mantiene la forma de la célula.

Además, algunos filamentos causan movimientos coherentes, tanto de la propia célula como de sus orgánulos internos. Las células procarióticas (no nucleadas), que son generalmente mucho más pequeñas que las células eucarióticas, contienen un conjunto único de filamentos, pero con pocas excepciones, no poseen citoesqueletos verdaderos. Sus formas y las formas de ciertos eucariotas, principalmente levaduras y otros hongos, están determinadas por la pared celular rígida en el exterior de la célula.

Cuatro tipos principales de filamentos del citoesqueleto son comúnmente reconocidos: filamentos de actina, microtúbulos, filamentos intermedios y septinas. Los filamentos de actina y los microtúbulos son estructuras dinámicas que se montan y desensamblan continuamente en la mayoría de las células. Los filamentos intermedios son más estables y parecen estar implicados principalmente en reforzar las estructuras celulares, especialmente la posición del núcleo y las uniones que conectan las células.

Las septinas están involucrados en la división celular y han sido implicados en otras funciones celulares. Una amplia variedad de proteínas accesorias trabaja en conjunto con cada tipo de filamento, enlazando filamentos entre sí y con la membrana celular y ayudando a formar las redes que dotan al citoesqueleto con sus funciones únicas. Muchas de estas proteínas accesorias se han caracterizado, revelando una rica diversidad en la estructura y función del citoesqueleto.

Filamentos de actina


La actina es una proteína globular que polimeriza (une muchas moléculas pequeñas) para formar largos filamentos. Debido a que cada subunidad actina se enfrenta en la misma dirección, el filamento de actina es polar, con diferentes extremos, denominado "barbed" y "apuntado." Una abundante proteína en casi todas las células eucariotas, la actina ha sido ampliamente estudiado en las células musculares. En las células musculares, los filamentos de actina se organizan en matrices regulares que son complementarias con un conjunto de filamentos más gruesos formados a partir de una segunda proteína llamada miosina.

Estas dos proteínas crean la fuerza responsable de la contracción muscular. Cuando la señal de contrato se envía a lo largo de un nervio del músculo, la actina y la miosina se activan. La miosina funciona como un motor, hidrolizando el trifosfato de adenosina (ATP) para liberar energía de tal manera que un filamento de miosina se mueve a lo largo de un filamento de actina, haciendo que los dos filamentos se deslizen entre sí.

Los finos filamentos de actina y los gruesos filamentos de miosina se organizan en una estructura llamada sarcomero, que se acorta a medida que los filamentos se deslizan uno sobre otro. Los músculos esqueléticos están compuestos de haces de muchas células musculares largas; Cuando los sarcómeros se contraen, cada una de estas células musculares gigantes se acorta, y el efecto global es la contracción de todo el músculo. Aunque las vías de estimulación difieren, el músculo cardíaco y el músculo liso (que se encuentran en muchos órganos internos y vasos sanguíneos) se contraen mediante un mecanismo similar de filamento deslizante.

Músculo esquelético: estructura La estructura del músculo estriado.

Músculo esquelético: estructura
La estructura del músculo estriado. El tejido muscular estriado, tal como el tejido del músculo bíceps humano, consiste en fibras largas y finas, cada una de las cuales es en efecto un haz de miofibrillas más finas. Dentro de cada miofibril son filamentos de las proteínas miosina y actina; Estos filamentos se deslizan uno tras otro mientras el músculo se contrae y se expande. En cada miofibrilla, se pueden observar bandas oscuras que ocurren regularmente, llamadas líneas Z, donde actúan filamentos de actina y miosina. La región entre dos líneas Z se llama sarcómero; Los sarcómeros pueden considerarse la principal unidad estructural y funcional del tejido muscular.

La actina también está presente en las células no musculares, donde forma una malla de filamentos responsable de muchos tipos de movimiento celular. La malla consiste en filamentos de actina que se unen a la membrana celular y entre sí. La longitud de los filamentos y la arquitectura de sus accesorios determinan la forma y la consistencia de una célula. Un gran número de proteínas accesorias se unen a la actina, controlando el número, la longitud, la posición y los accesorios de los filamentos de actina.

Diferentes células y tejidos contienen diferentes proteínas accesorias, lo que explica las diferentes formas y movimientos de diferentes células. Por ejemplo, en algunas células, los filamentos de actina están agrupados por proteínas accesorias, y el haz se une a la membrana celular para formar microvilosidades, protrusiones estables que se asemejan a pequeñas cerdas. Microvilli en la superficie de las células epiteliales, tales como los que recubren el intestino aumentan la superficie de la célula y, por lo tanto, facilitar la absorción de alimentos ingeridos y las moléculas de agua. Otros tipos de microvellos están implicados en la detección del sonido en el oído, donde su movimiento, causado por ondas de sonido, envía una señal eléctrica al cerebro.

Muchos filamentos de actina en células no musculares tienen sólo una existencia transitoria, polimerizando y despolimerizándolos de maneras controladas que crean movimiento. Por ejemplo, muchas células envían continuamente y retraen minúsculos "filopodios", largas proyecciones de aguja de la membrana celular que se cree que permiten a las células sondear su entorno y decidir a qué dirección ir. Al igual que los microvillos, los filopodios se forman cuando filamentos de actina empujan la membrana, pero, debido a que estos filamentos de actina son menos estables, los filopodios tienen sólo una breve existencia. Otra estructura de actina asociada sólo transitoriamente con la membrana celular es el anillo contráctil, que está compuesto de filamentos de actina que discurren alrededor de la circunferencia de la célula durante la división celular. Como su nombre indica, este anillo tira de la membrana celular por un proceso dependiente de miosina, pellizcando así la célula por la mitad.

Microtúbulos


Los microtúbulos son filamentos largos formados de 13 a 15 hilos de protofilamento de una subunidad globular llamada tubulina, con los hilos dispuestos en forma de un cilindro hueco. Al igual que los filamentos de actina, los microtúbulos son polares, con extremos "más" y "menos". La mayoría de los extremos de los microtúbulos están creciendo y encogiéndose constantemente, añadiendo y perdiendo subunidades respectivamente en sus extremos. Los microtúbulos estables se encuentran en los cilios y flagelos. Los cilios son estructuras semejantes a las del cabello que se encuentran en la superficie de ciertos tipos de células epiteliales, donde golpean al unísono para mover el fluido y las partículas sobre la superficie celular.

Los cilios están estrechamente relacionados en estructura a los flagelos. Los flagelos, como los que se encuentran en los espermatozoides, producen un movimiento helicoidal que permite que una célula se propague rápidamente a través de los líquidos. En los cilios y flagelos un conjunto de microtúbulos está conectado en una matriz regular por numerosas proteínas accesorias que actúan como eslabones y radios en el conjunto. El movimiento de los cilios o flagelos ocurre cuando los microtúbulos adyacentes se deslizan uno al otro, doblando las estructuras. Este movimiento es causado por la proteína motora dineína, que utiliza la energía de la hidrólisis de ATP para moverse a lo largo de los microtúbulos, de manera similar al movimiento de la miosina a lo largo de filamentos de actina.

En la mayoría de las células, los microtúbulos crecen hacia afuera, desde el centro celular hasta la membrana celular, desde una región especial del citoplasma cerca de la envoltura nuclear llamada centrosoma. Los extremos negativos de estos microtúbulos están incrustados en el centrosoma, mientras que los extremos positivos terminan cerca de la membrana celular. Los extremos positivos crecen y se contraen rápidamente, un proceso conocido como inestabilidad dinámica. Al comienzo de la división celular, el centrosoma se replica y se divide en dos. Los dos centrosomas se separan y se mueven a lados opuestos de la envoltura nuclear, donde cada uno nuclea una matriz estelar de microtúbulos, formando el huso mitótico. El huso mitótico divide los cromosomas duplicados en las dos células hijas durante la mitosis.

Los microtúbulos sirven a menudo como vías para el transporte de vesículas de membrana en la célula, transportadas por las proteínas motoras kinesina y dineína. Las quinesinas generalmente se mueven hacia el extremo positivo del microtúbulo, y las dineinas se mueven hacia el extremo negativo. El transporte de vesículas basado en microtúbulos se produce en casi todas las células, pero es especialmente prominente en los largos procesos finos de las neuronas, llevando componentes esenciales hacia y desde las sinapsis en los extremos de los procesos.

Filamentos intermedios


Los filamentos intermedios se llaman así porque son más gruesos que los filamentos de actina y más finos que los microtúbulos o los filamentos de miosina muscular. Las subunidades de filamentos intermedios son alargadas, no globulares, y están asociadas de una manera antipolar. Como resultado, el filamento total no tiene polaridad, y por lo tanto ninguna proteína motora se mueve a lo largo de filamentos intermedios.

Los filamentos intermedios se encuentran sólo en organismos multicelulares complejos. Son codificados por un gran número de genes diferentes y pueden agruparse en familias basadas en sus secuencias de aminoácidos. Las células en diferentes tejidos del cuerpo expresan uno u otro de estos genes en diferentes momentos. Una célula puede incluso cambiar qué tipo de proteína de filamento intermedio se expresa durante su vida útil. Lo más probable es que las diferentes formas de filamentos intermedios tengan diferencias sutiles pero críticas en sus características funcionales, ayudando a definir la función de la célula.

En general, los filamentos intermedios sirven como elementos estructurales, ayudando a las células a mantener su forma e integridad. Por ejemplo, los filamentos de queratina, los filamentos intermedios de células epiteliales, cuyas superficies de línea del cuerpo, dan fuerza a la lámina de células que cubre la superficie. Las mutaciones en los genes de la queratina pueden producir ampollas cuando la lámina de células epiteliales es débil y propensa a la ruptura. Las mutaciones de la queratina también pueden causar deformaciones en el cabello, las uñas y las córneas. Otro ejemplo de una familia de filamentos intermedios es la familia de laminas, que comprende la lámina nuclear, una envoltura fibrosa que subyace y soporta la membrana nuclear.

TEMAS COMPLEMENTARIOS:

Célula: naturaleza y funciones de las células

Membrana Celular: composición química, estructura y transporte a través de la membrana

Célula: membranas internas - organelas y sus membranas

Bibliografía:

Tórtora y Derrickson. Principios de anatomía y fisiología (onceava edición)

https://www.britannica.com

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Oleh

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