Citoesqueleto: Microfilamentos.

Células: marcaje de microfilamentos

Son el tipo de filamento más pequeño. Está constituido por subunidades de actina. En las células musculares, sobre todo en el músculo estriado, hay una disposición muy ordenada del citoesqueleto, sobre todo de las fibras de actina y de miosina, lo que hace que se constituya un citoesqueleto muy fuerte (que no se pierde en el proceso de fijación) y relacionado con las reacciones que permiten el movimiento.

Los microfilamentos forman una trama que es muy frecuente en las células. Constituye la estructura de esterocilios, microvellosidades, etc.

Como indicábamos, están constituidos por actina. Es una proteína con un elevadísimo grado de conservación evolutiva. Aparece de dos formas en la célula, con la forma G y con la forma F. La G es la forma en la que se encuentra como reservorio. La F es la forma en la que se encuentra al formar los microtúbulos. La forma F (de filamentosa) es la polimerización de la forma G (globular). Y la actina está continuamente variando estre estos dos estados.

La forma G suele venir asociada a una molécula de ATP. Se puede inducir el paso de actina G a actina F “in Vitro” y conseguimos que el líquido en el que teníamos aislada la actina G se vuelva viscoso. El ATP se degrada en el proceso, pero se sabe que la polimerización en global no necesita consumir ATP. Esto se demuestra porque, si añadimos ADP a la forma G, sigue produciéndose polimerización aunque del ADP no le sea posible obtener energía. La asociación con el ATP se debe a otros fenómenos, como el recambio de la actina globular.

Modelo de filamento de actina.

 En el citoplasma ocurre con los microfilamentos algo parecido a lo que ocurre con la tubulina, hay un polo (+) y un polo (-). En la zona (+) hay más adicción. Se logra un efecto a modo de cadena de tanque, se van desprendiendo subunidades por el lado (-) y uniendo por el lado (+), apareciendo una rotación que permite mover elementos por el citoplasma. Para este movimiento necesitamos energía (de lo contrario, violaríamos las leyes de la termodinámica). Los filamentos de actina activan una zona de nucleación. Debe partirse de un origen de tres moléculas de actina que forman inicialmente la zona de nucleación, el lugar donde comienza el proceso. Para formarse el punto necesitamos una concentración mínima de actina G, sin la cual el proceso no funciona.

La asociación de los microtúbulos con otros elementos es muy variad. No todos los fenómenos mediados por los filamentos de actina se pueden explicar por procesos o fenómenos de polimerización y despolimerización. Se ha visto que hay relación de actina con otras proteínas. Las proteínas que se encargan de inducir la formación de tramas son denominadas gelificantes. Se asocian entre ellas y la más conocida es la filamina, que se estructura formando dímeros. Dan mayor consistencia a los microfilamentos y permiten cruzamientos. También hacen las veces de membrana, se se hace una presión fuerte, es dúctil y se deforma, volviendo por si solo a la posición original. Pero si se hace presión continuiada y suave, se deforma perdiendo la elasticidad.

Otras proteínas asociadas a los microfilamentos son las que se encargan de estabilizarlo, uniéndose a el y manteniendo su estabilidad. El ejemplo más típico es la tropomiosina, relacionada con la contracción muscular.

Proteínas asociadas a los microfilamentos.

Otro tipo de proteínas son las fragmentadotas. Inducen una despolimerización, rompiendo la actina F y transformándola en actina G.

También existen proteínas antipolimerizantes, que se asocian a la actina G impidiendo que se polimerice y pase a formar actina F. Esto es importante para tener reservorios de actina, de forma que pueda fabricarse y acumularse sin que polimerice.

Hay proteínas que median la unión con la membrana plasmática. Un ejemplo es la espectrina, que actúa como elemento intermediario.

Otras inducen el desplazamiento de los filamentos. Por ejemplo la miosina mueve unos filamentos respecto a otros (contracción muscular, por ejemplo).

También las hay que inducen el desplazamiento de vesículas sobre la actina. Un ejemplo es la minimisina. Se postula la existencia de proteínas de tipo capuchón cuya función sería estabilizar el extremo (+) del filamento, aunque no están completamente identificadas.

Los movimientos de los filamentos de actina son fácilmente observables en las células musculares gracias a su ordenación. Pero en otros tipos celulares forman una maraña en la que es difícil apreciear este tipo de procesos.

Funciones de los microfilamentos.

Podemos agrupar las funciones en dos grandes tipos, las que tienen que ver con la contracción celular y la que tiene que ver con la corteza citoplasmática. En cuanto a la corteza citoplasmática, podemos dividir en tres tipos, mantenimiento de la disposición de la membrana, proyección de la membrana plasmática e intrusión de la membrana plasmática.

Estructura de actina y miosina en las células musculares.

 En cuanto a la contracción celular, hablaremos de la contracción en tipos celulares genéricos. Se ha identificado una proteína equivalente a la miosina del músculo, denominada minimiosina, que facilita el proceso con consumo de ATP. Presenta una zona de cabeza con una cola asociado. La minimiosina se asocia en dímeros. Estos dímeros establecen una relación entre los filamentos de actina. Se desplazan a través de los microtúbulos consumiendo ATP.

Microfilamentos y contracción o movimientos celulares.

 Este modelo permite explicar sistemas que no están relacionados con la contracción, sino con el desplazamiento de estructuras sobre el filamento, similar al que vimos en los microtúbulos. Este proceso se ha visto en algas plinucleadas, en las que se aprecia movimientos del citoplasma alrededor de una vacuola. Los filamentos de actina están medianamente ordenados en estas células y marcan las direcciones de las corrientes del citoplasma. Y el proceso está mediado por la minimiosina.

Movimientos por el citoplasma mediados por microfilamentos

Como puede verse en los esquemas, la cabeza de la minimiosina tiene afinidad por la actina. En cambio la cola tiene afinidad bien por ella misma, bien por la unión a otra minimiosina mediada por otra proteína, bien por la membrana plasmática.

Pasemos ahora a hablar del mantenimiento de la disposición de la membrana (correspondiente a la corteza plasmática). La estructura más estudiada es la del eritrocito de mamíferos, con su morfologíaa de disco bicóncavo. Su morfologíaa varía en algunos sitios, dependiendo del grosor del capilar por el que se mueva. Su morfología no es la que tendría de forma natural, ya que debería ser estérico y se debe, por lo tanto, a la acción de los microfilamentos.

Es importante la espectrina, que está relacionada con la actina. Existen otras proteínas que también se relacionan directa o indirectamente de la actina. Todo el conjunto se forma durante el proceso de maduración y ayuda a mantener la estructura.

Filamentos de actina en uniones adherentes.

 Otro ejemplo de mantenimiento de la disposición son las microvellosidades. Presentan un armazón de filamentos de actina. Hay una zona electrondensa en la zona apical, así como puentes entre los filamentos de actina y zonas de conexión con la membrana plasma´tica. En la base encontramos un sistema de anclaje con otros filamentos de actina y filamentos intermedios.

Estructura de los microfilamentos en microvellosidades.

 Los filamentos que se unen a la membrana plasmática y a los filamentos de actina son moléculas de minimiosina. Se pensaban que servían solo de anclajes, pero hoy se postula que hay más una renovación continua de la membrana de las microvellosidades. Es decir, se recicla la membrana. En las microvellosidades intestinas se va desprendiendo al exterior, se digiere y de esta forma hay una renovación contínua. Y son las microvellosidades las que provocan estos movimientos de la membrana. Del complejo de material electrondenso de la zona apical no se tiene demasiada información.

Micrografía electrónica de microvellosidades. Se aprecian microfilamentos.

 Con respecto a los fenómenos de extrusión e intrusión de la membrana, se han realizado estudios en cultivos de fibroblastos. Se observa que están unidos al medio extracelular por zonas puntuales. Se extruye la membrana en estas zonas de unión. En el medio extracelular hay una proteína denominada fibronectina y a ella se une un receptor. El extremo (-) de la fibra de actina tiene unida una proteína capuchón. Por debajo del receptor, asociada a esta unión de membrana, encontramos la talina y la vinculina. Es decir, la fibronectina está unida a un rceptor y el receptor se une a la talina que a su vez está unido a la vinculina.

Extrusión de membrana mediado por microfilamentos.

Cabeza de espermatozoide con acrosoma

En los espermatozoides también encontramos procesos de extrusión de membrana. Al legar al óvulo, en algunas especies, al espermatozoide le sale una prolongación “a modo de rompa” que llega al óvulo y que se denomina filamento acrosómico. En la cabeza, antes de llegar al núcleo, encontramos actina en forma globular, bloqueada or proteínas. Al llegar al óvulo tiene lugar una variación del pH, que hace que se libere actina G de las proteínas que estaban bloqueando a la actina. Se polimeriza como actina F produciéndose el alargamiento (formación del filamento acrosómico).

En la fagocitosis hay una polimerización de filamentos de actina. En fenómenos de desplazamento por espinas o filopodios también. Se da una polimerización a modo de caden de tanque. Para comprobar el mecanismo se han realizado estudios con actina G fluorescente y anulando la fluorescencia en una zona mediante un láser. Puede comprobarse como esa zona sin fluorescencia se va desplazando.

Movimiento de membrana y microtúbulos: formación de filópodos