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• Citoesqueleto.
Microtúbulos •
Tres tipos de estructuras proteicas
filamentosas conforman el cito esqueleto
1.
Microtúbulos
2.
Actina (filamentos)
3.
Queratina (filamentos intermedios)
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El interior de las células eucariotas está estructural
y dinámicamente organizado por redes de polímeros
proteicos denominado citoesqueleto.
Las estructuras filamentosas: actina, queratina
y microtúbulos son los más característicos
y fundamentales.
Los MTs ( microtubulos ) son estructuras cilíndricas,
huecas, de 25 nm (nanómetros) de diámetro
y cuya longitud puede abarcar dimensiones macroscópicas.
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Los MTs están ensamblados
por 13 protofilamentos longitudinales cada uno de los
cuales constituye una serie de subunidades de proteínas
conocidas como tubulinas.
Cada una de éstas es un
dipolo de 8nm. de largo, compuesto
de dos monómeros ligeramente diferentes de 4
nm. de largo con un peso molecular de 55 Kda. A estos
dos constituyentes se les denomina como a
y ß tubulinas.
Cada dimer posee
una carga electronegativa móvil,
rica en abundantes aminoácidos acídicos
y 18 iones de calcio. La carga móvil negativa
está localizada predominantemente hacia el polo
monómero a ya que cada tubulina
mantiene una orientación dipolar.
Los MTs son un ejemplo de sustancia
electrect, conformados por dipolos
orientados.
Los estados de conformación
de las tubulinas di polares dentro
de los MTs sugieren ser “golpe de carga”
o estados di polares, que sin embargo
permite la cooperación de interactuar con los
vecinos. Este acoplamiento podría conducirnos
ante la existencia de propiedades piezo - eléctricas
muy común en elementos ferro eléctricos,
los que a su vez podrían ser muy importantes
en el comportamiento de la señalización
– comunicación – ensamblaje –
desacoplamiento de los MTs. |
| Las proteínas asociadas
del MT (MAPs), que pueden ser de carácter
estructural, contráctil o enzimática, están
adheridas a lugares específicos de las tubulinas
sirviendo de enlaces entre los MTs, elementos organizados
en paralelo en el citoesqueleto, membranas y organelos
que constituyen redes y armazones intracelulares.
Los sitios de adhesión
de los MAPs pueden ser irregulares
o pueden describir varios patrones helicoidales
sobre la superficie de la matriz del MT.
El punto focal del cito esqueleto
es el centriolo, un par de acoplamientos
cilíndricos compuesto de nueve tripletas de MT
orientados de forma perpendicular entre sí. |
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Los centriolos organizan
la disposición de los MTs del citoplasma durante la
interfase, duplicación de la mitosis de los polos del
huso y establecen la orientación y arquitectura para
la siguiente generación de células.
Los genes de las tubulinas
a y ß son complejas
familias multi_genes que dan lugar a una gran variedad de
isozymas de tubulinas. En el transcurso de la evolución,
algunas tubulinas han permanecido altamente
preservadas para funciones celulares básicas. Sin embargo,
la extensa heterogenicidad de los MTs existe en complejos
celulares, gracias a la diversidad genética, expresión,
modificaciones post-translación, MAPs y patrones de
acoplamiento. Ejemplo : la electroforésis en
gel bidimensional ha presentado 17 variedades
de ß tubulina existentes en los MTs
del cerebro de los mamíferos y muy pocos en
otros tejidos.
La estructura de
la tubulina puede ser alterada
por modificación “post-translacional”,
alteración enzimática comúnmente
por adición o remoción
de aminoácidos tales como la glicosilación o
detyrosinación, disparado por sucesos intracelulares,
incluido las actividades del 2º Mensajero.
El auto ensamblaje
y el desacoplamiento son procesos dinámicos
y complejos cuyos estados dependen de varios factores incluyendo:
La Temperatura y
La Concentración de iones de calcio
Guiado por los centriolos, la
polimerización de los MTs determina
la arquitectura y la forma de las células que pueden
cambiar rápidamente por des -polimerización
y re- acoplamiento en otra dirección.
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GTP (Guanosina
Tri – Fosfato), un proveedor de energía
análogo al ATP, se une a tubulinas libres,
sin polimerizar. Las tubulinas GTP entonces se ensamblan
para formar MTs en un proceso guiado de entropía.
Con los MTs acoplados, la GTP hidroliza a GDP impartiendo
energía a la matriz de los MTs, a través
de los cambios de conformación de la tubulina. |
MTs cuyos extremos
están incluidos en la GTP son estables
y continúan su crecimiento.
MTs cuyos extremos
incluidos en la GDP son inestables
y despolimerizan rápidamente.
Cuando la GTP es hidrolizada
a GDP, la tubulina GDP queda expuesta en los extremos
de los MTs y estabilizado por las MAPs, centriolos u otras
estructuras, los MTs rápidamente se desacoplan.
Tubulina GDP libre
reconvertida a tubulina GTP presenta disposición
para el re-acoplamiento.
In vivo, la actividad “seleccionista”
en la que las redes de MTs puede adaptativamente organizarse
en apéndices celulares, incluidos el crecimiento de
conos de axones y el desarrollo de las sinapsas.
Trabajos recientes demuestran que estructuras
espaciales de MTs, bajo el mantenimiento de una energía
sostenida (GTP hidrólisis) sugieren
que los MTs sean considerados como estructuras
disipativas.
Algunas evidencias relacionan el cito
esqueleto con procesamiento de información
y función cognitiva. Por ejemplo:
Mileusnic et al. (1980) relaciona la producción
de tubulinas y actividad de los MTs con aprendizaje
peak, memoria y experiencia, en cerebros
de pollos recién nacidos.
Cronley – Dillon et al. (1984) demostraron que cuando
las ratas recién nacidas comienzan
su fase crítica de aprendizaje por el sistema visual
(desde que abren los ojos), las neuronas en el cortex
de la visión empiezan a producir grandes cantidades
de tubulina. La producción de tubulina
se reduce drásticamente cuando la fase de aprendizaje
se da por finalizada (cuando las ratas alcanzan los 35 días
de nacidas).
Moshkov et al. (1992) demostraron cambios químicos
y estructurales en el cito esqueleto neuronal del cerebro
del pez dorado a continuación de estimulación
sensorial.
Kudo et al. (1990) en gerbils expuestos a isquemia cerebral,
relacionó la cantidad de reducción en las dentritas
MAP-2 con el grado de empeoramiento cognitivo.
Bensimon & Chernat (1991) descubrieron que la selectiva
destrucción de los MTs mediante la colchicina
produjo defectos cognitivos en el aprendizaje
y en la memoria que simulaba los síntomas
clínicos del Alzheimer en el que se
ve implicado el cito esqueleto.
Geerts et al. (1992) demostraron que el sabeluzote, sustancia
química que potencia la memoria, acelera el rápido
transporte axoplásmico.
Matsuyama & Jarvik (1989) han propuesto que el Alzheimer
es una enfermedad de los MTs y MAPs.
Arnold et al. (1991) hallaron en regiones específicas
del hipocampo de cerebros de esquizofrénicos una distorsión
en la arquitectura neuronal, debido a la carencia de los MAPs
(MAP-2 y MAP-5).
Theurkauf & Vallee (1983) demostraron que la fosforilación
/ des fosforilación de MAP-2 consume una enorme
cantidad de energía bioquímica del cerebro.
Surridge & Burns (1992) demostraron que el 2º mensajero
lípido, el fosfatidil inositol, se
une específicamente al MAP-2, un acoplamiento que puede
constituir un nexo por medio del cual factores extracelulares
influyen sobre los microtúbulos.
En general, se presentan tres
clases de ordenamiento de los dipolos:
1. Orden casual ( random no order ) en la
disposición de los dipolos.
2. Ferro eléctrico,
ordenamiento paralelo de gran autonomía ( long range
)
3. Intermedio, débil ordenamiento
ferroeléctrico
Cada una de estas disposiciones tienen
lugar bajo condiciones de:
Temperatura
Campo eléctrico
Longitud del MT
Estos tres factores pueden seleccionar
el modus operandi entre el proceso de la información,
señalización, ensamblaje / desacoplamiento (tipos
ferro-eléctricos).
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