Movimiento celular3motilidad y contractilidad

T-!

-Ún el capítulo anterior, hemos estudiado el citoesqueletode las células eucariotas y hemos visto que da forma a la cé-lula y le proporciona un andamiaje intracelular que orga-niza ciertas estructuras en su interior.illflfF

{#*En este capítulo, analizaremos elpapelque desempeñan estos elementos citoesqueléticos en lamotilidad celular. Ésta comprendería el movimiento deuna célula (o de un organismo completo) a través de suambiente, el movimiento del ambiente por o a través de lacélula, el movimiento de los componentes celulares dentrode la célula y el acortamiento de la propia célula. ilS,

Sistemas móviles

La motilidad tiene lugar en el nivel tisular, celular y subce-lular. Los ejemplos más notables de motilidad, particular-mente en el mundo animal, tienen lugar en el nivel tisular.El tejido muscular de la mayoría de los animales está for-mado por células específicamente adaptadas para la con-tracción, y los movimientos que producen suelen ser evi-dentes, como en el caso del doblamiento de un miembro, ellatido de sn corazón o la contracción uterina durante elparto. En el ser humano, el músculo esquelético representaalrededor del40o/o del peso corporal, y consume una canti-dad significativa de nuestro presupuesto energético total.

En el nivel celular, la motilidad se observa en célulasindividuales o en organismos que consisten en una o unas

pocas células. Se puede observar en tipos celulares tan dife-rentes como un protozoo ciliado y un espermatozoide, ydepende en cada caso de los cilios o de los flagelos, que sonapéndices celulares adaptados para la propulsión. La mi-gración celular durante la embriogénesis animal, el movi-miento ameboide y la invasión de las células cancerosas enlos tumores malignos, constituyen otros ejemplos de moti-lidad en el nivel celular.

El movimiento de componentes intracelulares es igual-mente importante, y podríamos considerarlo como unamotilidad en el nivel subcelular. Por ejemplo,los microtú-bulos altamente organizados del huso mitótico desempe-ñan un papel crucial en la separación de los cromosomasdurante la división celular, como veremos en el Capítu-lo 19. Además, en algunas células ocurre el fenómeno co-nocido como corrientes citoplásmicas, en el que el citoplas-ma está sujeto a un patrón rítmico de flujo. Otros ejemplosde trabajo mecánico en el nivel subcelular son los movi-mientos característicos de estructuras moleculares queocurren durante el crecimiento y diferenciación celular.Un buen ejemplo de dicho proceso es el transporte de ce-lulosa a la pared en crecimiento de una célula vegetal quese está dividiendo o diferenciando.

La motilidad representa un uso de la energía por partede la célula particularmente intrigante, ya que en algunoscasos supone la conversión directa de energía química enenergia mecánica. Esto contrasta con la mayoría de apara-tos mecánicos que generan movimiento a partir de sustan-cias químicas (como el motor de un automóvil, que de-pende de la combustión de la gasolina), que requieren unaforma de energía intermedia, normalmente el calor o laelectricidad. Como veremos más adelante, Ia energía nece-

Sistemas móviles 495

saria para la motilidad celular proviene normalmente delAIP, cuya hidrólisis está acoplada con frecuencia a cam-bios en la forma de determinadas proteínas que intervie-nen en el movimiento. La eficacia de estos <motores> celu-lares en la transducción de Ia energía en trabajo mecánicovaría, dependiendo del proceso. Los cálculos aproximadosde dicha eficacia mecánica sugieren que ciertos motorescelulares, como los implicados en la contracción de las cé-lulas musculares o en el movimiento intracelular de vesí-culas, son tan eficaces y en algunos casos más, que los mo-tores de los automóviles. En otros ejemplos, como losmotores que intervienen en la mitosis, la eficacia es de va-rios órdenes de magnitud menor que la de las máquinas fa-bricadas por el hombre.

Los microtúbulos y microfilamentos del citoesqueletoproporcionan el andamiaje básico para protelnas motorasespecializadas o mecanoenzimas, que interaccionan con elcitoesqueleto para generar movimiento en el nivel molecu-lar (Tabla 16.1). Los efectos combinados de estos movi-mientos moleculares provocan el movimiento en el nivelcelular. En algunos casos, como en la contracción muscu-lar, la combinación de muchas células moviéndose simul-táneamente provocan el movimiento en el nivel tisular.

Existen dos sistemas principales de movilidad en loseucarrotas. ¡n.l prrrrrero sffiIos microtúbulos y motores molgulares especializados.Los microtúbulos son abunjantes en la célula y se usan enuna gran :¡ariedad de movimientos intracehtlares. Unejemplo específico del movimiento basado en los micro-túbulos,,es el transporte axonal rápido, uno de los procesosmediante el cual una célula nerviosa transporta materialesdesde la zona central de la célula a las zonas periféricas. Elsegundo tipo de movilidad en los eucariotas está basado enlas interacciones entre los microfilamentos de actina y losmotores moleculares que pertenecen a la familia dela mio-

Tabla 16.1 Algunas proteínas motoras de las célulaseucaf¡otas

Moléculas Funclón tfplca

Proteínas asociadas a los microtribulos

sina.Un ejemplo conocido del movimiento basado en losmicrofilamentos es la contracción musculan Comenzare-mos el aniílisis detallado de los dos sistemas de motilidadcon dos proteínas esenciales para el movimiento basado enlos microtúbulos.

Movimiento intracelular basadoen los microtúbulos: quinesina

v dineína

Los microtúbulos (MTs) constituyen un conjunto de pistasrígidas para el transporte de varios orgánulos membrano-sos y de vesículas. Como vimos en el Capítulo 15, el cen-trosoma organiza y orienta los MTs, debido a que el extre-mo menos de la mayoría de los microtúbulos se encuentraembebido en el centrosoma. El centrosoma se encuentranormalmente cerca del centro de la célula, por lo que sepodría considerar el tráfico hacia el extremo menos comotráfico (entrante). El tráfico dirigido hacia los extremospositivos podría ser considerado por la misma razón como<saliente>, porque se dirige hacia la periferia de la célula.

Los microtúbulos proporcionan una serie de vías orga-nizadas por las que se pueden mover los orgánulos, perono son ellos los que generan lafuerzanecesaria para el mo-vimiento. El trabajo mecánico que se necesita para el mo-vimiento depende de las proteínas motoras asociadas alos microtrlbulos (MAPs motoras), que se unen a los or-gánulos y después <caminan> a lo largo del MT, siendo elATP quien proporciona la energía necesaria. Además, lasMAPs motoras reconocen la polaridad del MT y cada MAPmotora tiene una preferencia en la dirección del movi-miento. Hasta la fecha, se conocen dos familias principalesde MAPs motoras: quinesinas y dineínas (Tabla 16.1).

Las MAPs motoras desplazan orgánulos a lo largode los microtúbulos, durante el ttansporte axonal

La neurona es un tipo celular con una gran importanciahistórica en el estudio del movimiento intracelular basadoen los microtúbulos. Especialmente, el axón gigante de ca-lamar ha sido extremadamente útil para la purificación delos componentes que interaccionan con los MTs (para másdetalles sobre el axón gigante de calamar, consultar la Fi-gura 13.10). Un receptor o un neurotransmisor que se sin-tetice en el soma de la neurona se debe transportar a dis-tancias de hasta un metro entre el soma y el terminalnervioso. Este transporte es necesario debido a que los ri-bosomas están presentes únicamente en el soma, por loque no puede haber síntesis proteica, ni en los axones, ni enlos botones sinápticos. En su lugar, las proteínas y las vesí-culas se sintetizan en el soma y se transportan a lo largo delos axones hasta los botones sinápticos. Por supuesto, serequiere algún mecanismo de transporte dependiente deenergía, y éste Io proporciona el movimiento dependiente

Dineína citoplásmica

Dineína del axonema

Quinesinas

Proteínas asociadas a actina

Miosina I, monómero

Miosina II, filamento

Movimiento hacia el extremcrmenos del microtúbulo

Activación del deslizamientoen los mic¡otúbulosflagelares

Movimiento hacia el extremonás del microtúbulo

Movimiento a 1o largo de losfilamentos de actina

Deslizamiento de losfrlamentos de actina en elsarcómero de un múscuio

496 Capítulo 16 Movimiento celular: motilidad y contractilidad

de los MTs. Este proceso se denomina transporte axonalrápido y consiste en el movimiento de vesículas que con-tienen proteínas y otros orgánulos a lo largo de los MTs(no trataremos el transporte axonal lento, que no se cono-ce bien).

La participación de los microtúbulos en el transporteaxonal se propuso tras la observación de que este procesose bloqueaba por la colchicina y otras drogas que inhibenla función de los microtúbulos, pero no se veía afectadopor drogas como las citocalasinas, que afectan a los mi-crofilamentos. Desde entonces, los MTs se han visualizadoa 1o largo del axón mediante la técnica del criograbadoprofundo (una técnica que se describe en el Apéndice), yse han perfilado como componentes importantes del cito-esqueleto axonal. Es más, los MTs axonales tienen asocia-das-pequeñas vesículas membranosas y mitocondrias (Fi-gura 16.1).

Las pruebas de que una MAP motora dirige los movi-mientos de los orgánulos, se obtuvieron de unos experi-mentos en los que se observó que los orgánulos podíandesplazarse a lo largo de unas finas estructuras filamento-sas en el axoplama aislado (el citoplasma de los axones) enpresencia de AIP. El movimiento de los orgánulos fue ob-servado a través de microscopía de contraste interferencialdiferencial mejorada por vídeo (que se describe también

F o,llm--r

Figura 16.1 Micrografia de glabado plofundo que muestra unavesicula unida a un microtúbulo en el axón del cangrejo de rí0. Lamembrana de la vesícula se une al microtúbulo a través de puentesproteicos.

en el Apéndice). La velocidad del movimiento del orgánu-lo fue aproximadamente de2 pmlseg,unvalor comparableal observado en neuronas intactas. Los investigadorescombinaron a continuación la fluorescencia y la microsco-pía electrónicapara demostrar que los filamentos a lo lar-go de los cuales se desplazaban los orgánulos) eran los mi-crotúbulos. Concluyeron de esta manera que el transporteaxonal dependla de la interacción de los orgánulos con losMTs.

Desde entonces se han purificado y caracterizado dosMAPs motoras responsables del transporte axonal rápido,la quinesina y la dineína citoplásmica. Con el fin de deter-minar la dirección del transporte por estas MAPs motoras,se utilizaron proteínas purificadas para dirigir el transpor-te de microesferas de poliestireno a lo largo de microtúbu-los con polaridad conocida. Para obtener estos microtúbu-los de polaridad conocida, se indujo la polimerización dela tubulina usando centrosomas y centros organizadoresde microtúbulos, que aseguraban su polimerización con elextremo menosanclado al centrosoma. Cuando se añadíanlas esferas de poliestireno junto con quinesina y AIP a losMTs polimerizados en los centrosomas, las microesferas semovían hacia los extremos mós (es decir, alejándose delcentrosoma). Este descubrimiento implica que en una cé-lula nerviosa, la quinesina medía el transporte desde elsoma al terminal nervioso, a través del axón (este trans-porte se denomina transporte axonal anterógrado). Cuandose llevaron a cabo experimentos similares añadiendo di-neína purificada, las partículas se desplazaron en direccióncontraria, hacia los extremos menos de los MTs (este trans-porte se conoce como transporte axonal retrógrado).Estosdos rnotores transportan materiales en direcciones opues-tas dentro del citoplasma (Figura 16.2).

Las quineslnas se mueven a lo largo de los microtúbulosa través de la hidÉlisis de ATP

Las quinesinas se identificaron por primera vez en el axóngigante de calamar. Estas quinesinas <clásicas> constan detres partes: una cabeza globular que se une a los microtú-bulos y que está implicada en la hidrólisis del AIR una re-gión helicoidal, y una cadena ligera que está implicada enla unión de la quinesina a otros orgánulos o proteínas(véaseFigan 16.3a). El movimiento de las moléculas dequinesina a lo largo de los MTs se ha estudiado mediante eluso de esferas unidas a la quinesina, o midiendo la fuerzaejercida por una única molécula de quinesina, utilizandofibra de vidrio calibrada o un tipo de rayos láser conocidoscomo <pinzas ópticas>. Es fácil visualizar este movimientosi lo comparamos al caminar, con las cabezas globularesactuando como pies (Figura 16.3b). Las quinesinas clásicasse mueven a lo largo de los MTs con pasos de 8 nm: una delas dos cabezas globulares se adelanta para contactar conuna subunidad nueva de B tubulina,lacabezaglobular tra-sera se suelta, y queda libre para unirse a una nueva región

Puentes proteicos

Movimiento intracelular basado en los microtúbulos: quinesina v dineína 497

ag'Dirección del movimiento

(a)

l - lSit io de unión a ATP

Tallo

Regiónoe entacep d r E U r u a

a un mue l le

Tallo

F '10 nm- l

Cadena l igera

E l "p ie"delanterose une auna nuevasubunidadde tubu l ina B

(b)El "pie" trasero se desplaza

hacla adelante

F6ura 16.3 Movimiento de la quinesina. (a) Estructura básica deuna molécula de quinesina. (b) Las quinesinas <caminan> a Io largode los microtúbulos. El <pie> delantero, una de las dos cabezasglobulares de la quinesina, se despega de una subunidad detubulina B tras la hidrólisis de AIP, y avanza. Posteriormente el pietrasero se libera hidrolizando AIP y salta hacia delante, rebasandoal otro pie (modelo <mano sobre mano>).

Las quinesinas son una gran familia de proteÍnas,con funciones y estructutas vat¡adas

Desde el descubrimiento de la primera quinesina implica-da en el transporte anterógrado en las neuronas, se handescrito muchas protelnas que presentan similitudes es-tructurales con la quinesina. Estas protelnas o KlFs; queconforman la familia de la quinesina, présentan un domi-nio motor similat pero que puede localizarse en diferenteslugares, dependiendo de la molécula en cuestión. En algu-nos casos, las KIFs se asocian con otra KIF idéntica o conotra diferente. Existe una clase de KIFs que funcionancomo motores con dirección al extremo menos, envez de alextremo más,unapropiedad que no depende de la regiónmotora, sino de otras regiones. en diversos estudios bio-químicos e inmunocitoquímicos, así como el estudio deorganismos mutantes, se ha puesto de manifiesto que lasKIFs participan en muchos procesos celulares diferentes.Por ejemplo, están implicados en el movimiento ylocaliza-ción de determinadas sustancias dentro de la célula. Algu-nas KIFs se encuentran en el huso mitótico o meiótico olos cinetocoros, donde desempeñan un papel en las etapas

Dirección del movimiento

Figrra 16.2 Motilidad basada en los miclotúbulos, Las quinesinasy las dineínas son familias de moléculas que utilizan la energla dehidrólisis del ATP para <caminar> a lo largo de los microtúbulos.Durante dicho proceso, transportan estructuras intracelulares a lolargo del MT. En general, los miembros de la familia de lasquinesinas transportan vesículas u orgánulos hacia los extremosmás deIMT -es decir, desde el centro de la célula a la periferia-.La dineína se desplaza en dirección contraria, hacia los extremosmenos del MT, y por tanto hacia el centro de la célula donde seIocaliza el MTOC.

del MT. Este movimiento en el que las dos cabezas se tur-nan alternativamente para ser el <pie> delantero, se conocecomo (imano sobre mano) (por analogía a la técnica pia-nlstica en la que una mano pasa por encima de la otra, que-dando ambas cruzadas). El movimiento está acoplado alintercambio de AIP y ADP en sitios específicos de las ca-bezas. El resultado es que la quinesina se mueve hacia el ex-tremo mós de un MT, consumiendo ATP. La quinesina ma-nifiesta procesitidad, es decir, una única molécula puedecubrir grandes distancias antes de despegarse de un MT. Seha calculado que el recorrido puede llegar a ser de I ¡rm, loque constituye una gran distancia, si tenemos en cuenta sutamaño. La quinesina parece ser un motor molecular bas-tante efrcazi su eficiencia en la transformación de la ener-gía de la hidrólisis del AIP en trabajo útil, se sitúa en tornoal60-70o/o.

Cabezas globulares hél ice a enrol lada

Cadena pesada

Región de enlaceparecida a un muelle

^-$#3 dDF)4i^ñ -, -ror

-u/

498 Gapítulo 16 Movimiento celular: motilidad y contractilidad

tempranas de la mitosis y de la meiosis (véase Capitulo 1 9 ) .Otras quinesinas participan en la fnalización de la mitosisy en la citoquinesis. Por ejemplo,las células de la mosca dela fruta o de nematodos que sean mutantes para una de es-tas KIFs, son capaces de iniciar la citoquinesis, pero el sur-co de segmentación no acaba de profundizar y la divisióncelular fracasa.

Las dineínas pueden agruparse en dos clases pilnc¡pales:del axonema y citoplasmáticas

La familia de las MAPs motoras de la dineína está formadapor dos tipos principales: las dineínas citoplásmicas y lasdineínas del axonema (Tabla 16.1). A diferencia de las qui-nesinas y de las KIFs, sólo se han identificado unas pocasdineínas. Las dinelnas citoplásmicas poseen dos cadenaspesadas que pueden interaccionar con los microtúbulos,tres cadenas intermedias y cuatro cadenas ligeras. En con-traste con la mayoría de las quinesinas, las dineínas cito-plásmicas se desplazan hacia el extremo menos de los MTs.Otra diferencia con las quinesinas y las KIFs, es que lasdineínas citoplásmicas no pueden unirse de una maneraeficaz a los orgánulos por sl mismas. Para ello, necesitanasociarse a un complejo conocido como dinactina (Figu-ra16,4). La dinactina ayudaráa la dineína a unirse a su car-ga (por ejemplo, una vesícula) que transporta a lo largo delos MTs, mediante la unión a protelnas de la membrana delacarga, como la espectrina.

citoplásmicaCadenas pesadas

FlgunL6,4 Esquema de la dineÍna citoplásmica/dinactina. Ladineína citoplásmica se une a la membrana de su cargaindirectamente a través del complejo multiproteico dinactina. Ladinactina se une a la espectrina situada en la membrana de lavesícula de carga.

Se han identificado al menos cuatro tipos de dineínasdel axonema. tataremos posteriormente en detalle la fun-ción de éstas en los cilios y los flagelos.

Las MAPs motoras part¡cipan en eltransporteintracelulal de vesÍculas

Hemos visto que la célula posee un sistema de transporte devesículas elaborado que está dirigido por la quinesina y ladineína citoplásmica o por MAPs motoras similares. Unapregunta lógica es ¿para qué es necesario dicho transporte ycómo se usa? Hasta el momento hemos visto que son im-prescindibles para el transporte axonal rápido y la divisióncelular. Las MAPs motoras desempeñan además un papelfundamental en la distribución y estructura del retlculo en-doplásmico,la formación del complejo de Golgi, el movi-miento de los lisosomas y gránulos secretores, la internali-zaciín de vesículas desde la membrana plasmática, y en unavariedad de movimientos de vesículas en las células anima-les. Examinaremos ahora más detalladamente una de estasfunciones,la formación del complejo de Golgi.

Como hemos visto en el Capítulo 12, el complejo deGolgi consiste en una pila de membranas aplanadas locali-zadas en la región del centrosoma. La función del comple-jo de Golgi es recibir las proteínas fabricadas en el retlculoendoplásmico (RE) y procesarlas y empaquetarlas para sudistribución a las zonas celulares correspondientes. Encada una de las etapas de este proceso, las proteínas setransportan en veslculas. Existe, por lo tanto, un flujo con-tinuo de vesículas hacia y desde el complejo de Golgi. Lasvesículas son transportadas sobre los microtúbulos graciasa MAPs motoras (Figura 16.5).

Las vesículas que viajan desde el RE hasta el complejode Golgi parecen ser transportadas por motores similares ala dineína, que Ias mueven hacia los extremos menos delosmicrotúbulos. Los extremos menos están anclados en elcentrosoma, por lo que todas las veslculas fabricadas por elRE en varias partes de la célula, se desplazan hacia el cen-trosoma. Estas veslculas se fusionan y entran a formar par-te de la pila de membranas que conforman una cara delcomplejo de Golgi.

Se ha demostrado en varios experimentos que el trans-porte dependiente de microtribulos es crucial para el man-tenimiento de las cisternas del complejo de Golgi. Porejemplo, si se induce la despolimerización de los MTq conla droga nocodazol (véase Capitulo 15), se produce la dis-persión del complejo de Golgi. Cuando se retira el nocoda-zol y se lava, el complejo de Golgi se vuelve a formar. Igual-mente, si se induce a las células a sobre expresar una de lassubunidades del complejo dinactina, se bloquea su fun-ción, con el correspondiente colapso del complejo de Gol-gi y la interrupción del transporte de intermediarios desdeel RE al complejo del Golgi.

Una vez dentro del complejo de Golgi, las proteínasson procesadas a medida que se desplazan a través de las

Movimiento intracelular basado en los microtúbulos: quinesina y'dineína 499

Figura 16.5 Microtúbulos, MAPs motoras y el complejo de Golgi. Unmodelo de movimiento. Las vesículas que viajan hacia y desde elcomplejo de Golgi están unidas a los microtúbulos y se piensa queson transportadas por MAPs motoras como la quinesina, la dineínao proteínas similares. La dineína es una MAP con movimientodirigido hacia el extremo menos, mientras que la quinesina lo eshacia el extremo más.De esta manera, las vesículas originadas en elRE o en la membrana plasmática son transportadas hacia elcomplejo de Golgi y el MTOC por la dineína, mientras que lasvesículas originadas en el complejo de Golgi se transportan hacia elRE o la periferia celular, por medio de las quinesinas.

cisternas. La proteína terminada emerge -todavía empa-

quetada en vesículas- por el otro lado del complejo deGolgi. Las MAPs motoras de movimiento dirigido hacia elextremo másllevan las vesículas terminadas lejos del com-plejo de Golgi y con destino a la periferia de la célula. Se haobservado que el transporte de vesículas es defectuoso, enorganismos que presentan mutaciones en varias KIR loque proporciona una evidencia directa de la importanciade estas MAPs motoras en el transporte de vesículas dirigi-do hacia el extremo más.Por Io tanto, las MAPs motoras ylos microtúbulos posibilitan un tráfico bidireccional de ve-sículas desde y hacia el complejo de Golgi.

Además de las proteínas motoras asociadas a los micro-túbulos, existen otras que también participan en el trans-porte de vesículas, las miosinas no musculares (rréase másadelante). La manera en que el citoesqueleto de microtú-bulos y de actina interaccionan para dirigir el movimientode vesículas, constituye un área interesante de investiga-ción hoy en día.

Movimientos basadosen los microtúbulos

Los cilios y los flagelos son apéndices móviles prcp¡osde las células eucariotas

Los microtúbulos no sólo son cruciales para los movimien-tos intracelulares, sino también para el movimiento de cl-Iios y flagelos, los apéndices móviles de la célula eucariota.Ambos apéndices tienen la misma base estructural y sólo sediferencian en su longitud, en el número por célula, y en lamanera en que baten. Los cilios (en latín cilia, singular cl-lium) tienen un diámetro aproximado de 0,25 lm y unaIongitud entre 2 y l0 pm de largo, y suelen presentarse enun número elevado en Ia superficie de las células ciliadas.Cada cilio está rodeado por una extensión de la membranaplasmática y es por Io tanto una estructura intracelular.

Los cilios están presentes tanto en los organismos euca-riotas unicelulares como en los pluricelulares. Los organis-mos unicelulares, como los protozoos, utilizan los ciliostanto para la locomoción como para Ia recolección de par-tículas alimenticias. En los organismos pluricelulares, loscilios sirven principalmente para hacer pasar el medio al-rededor de la célula más que para impulsar la célula por elmedio. Por ejemplo, las células que tapizan los conductosaéreos del tracto respiratorio humano, presentan varioscientos de cilios cada una, Io que implica que cada centí-metro cuadrado del tejido que tapiza el tracto respiratorio,¡presenta alrededor de un billón de cilios! (Figura 16.6a).El batido coordinado de estos cilios es el responsable de ex-pulsar de los pulmones todo el moco, el polvo, las célulasmuertas y las materias extrañas. Uno de los efectos nocivosdel humo del tabaco es que inhibe el batido ciliar. Otrasenfermedades respiratorias leves pueden atribuirse tam-bién a defectos en los cilios.

Los cilios baten de manera similar a un remo, con ungolpe fuerte perpendicular al cilio, que genera una fuerzaparalela a la superficie celular. Los cilios de la superficie ce-lular normalmente baten de una manera coordinada, ase-gurando así un movimiento constante de fluido por la su-perficie celular. El ciclo del batido de un cilio epitelial sepuede observar en la Figura 16.6b. Cada ciclo dura entre0,1y 0,2 seg y está compuesto por un golpe enérgico de ba-tido, seguido por Ia recuperación.

Los flagelos (enIatín, flagella, singular flagellum) mue-ven a la célula a través de un medio fluido. Aunque tienen elmismo diámetro que los cilios, frecuentemente los flagelosson mucho más largos -desde 1 ¡rm hasta varios milí-metros, aunque normalmente miden de 100 a200 ¡tm-ysuelen estar limitados a uno o unos pocos por célula (Figu-ra 16.6c). Al igual que los cilios, Ios flagelos están rodeadospor una extensión de la membrana plasmática.

Los flagelos presentan un batido de naturaleza diferen-te al de los cilios. Los flagelos se mueven con un movi-miento curvo propagado, que normalmente es simétrico y

s00 Capítulo 16 Movimiento celular: motilidad y contractilidad

l-

1 2 3

(b) Batldo de un cil io

(a) Ci l ios de una célula humana de la tráquea

(c) Flagelo del alga unlcelular Euglena

r--1 tm

----l

' 1 p m

ondulatorio, e incluso puede presentar un patrón helicoi-dal. Este tipo de batido genera una fuerza paralela al flage-lo, de tal manera que la célula se desplaza en la misma di-rección que el eje del flagelo. El patrón de locomoción de lamayoría de las células flageladas consiste en la propulsiónde la célula por un flagelo trasero, pero se conocen casos enlos que el flagelo precede a la célula. La Figura 16.6d ilustraeste tipo de movimiento natatorio.

Los cilios y los flagelos están fomados por un axonemaun¡do a un corpúsculo basal

Los cilios y los flagelos poseen una estructura común queconsiste en un ru(onema, o cilindro principal de túbulos,con un diámetro aproximado de0,25 ¡rm. El axonema estáconectado a un corpúsculo basal y rodeado por una ex-tensión de la membrana celular (Figura I6'7a). Entre elaxonema y el corpúsculo basal existe una zona de transi-

Batido Recuperación

(d) Movimiento de una célula f lagelada

Figura 16.6 Gilios y flagelos. (a) Micrografía de los cilios de unacélula de la tráquea de un mamífero (SEM). (b) Batido de un cilioen la superficie de una célula epitelial del tracto respiratoriohumano. El batido comienza con una generación de potencia quebarre el fluido de la superficie de la célula. Le sigue un movimientode recuperación, que deja el cilio preparado para el siguientebatido. Cada ciclo dura 0,1-0,2 seg. (c) Micrografta del algaunicelular Euglena (SEM). (d) Movimiento de una célula flagelada através de un medio acuoso.

ción, donde los microtrlbulos cambian Ia disposición quetenían en el corpúsculo basal a la disposición característicadel axonema. En la Figura L6Jb-d se muestran cortestransversales del axonema, de la zona de transición, y delcorpúsculo basal.

El corpúsculo basal tiene una apariencia idéntica a la delcentriolo. Está constituido por nueve grupos de estructurastubulares organizadas alrededor de su circunferencia. Cadagrupo se denomina triplete porque está formado por trestúbulos con sus paredes compartidas microtúbulocompleto y dos microtúbulos incompletos-. En el procesode formación de un cilio o flagelo, un centriolo migra a lasuperficie celular y contacta con la membrana plasmática.A continuación, el centriolo sirve como elemento de nu-cleación para el ensamblaje de MTs, comenzando la poli-merización de los nueve dobletes externos del axonema.rJnavez que el ensamblaje de los túbulos ha comenzado, elcentriolo pasa a denominarse corpúsculo basal.

Movimientos basados en los microtúbulos s0l

i Í ( Par central

i:íí;?r';

Doblete externo

Dobletes externosParcenlral

(b) Corte transversal a la altura del axonema

cürffi,, .i:o{;ransversai a ta at lura

de ra zog¡$.lfun!$*+-

. i 3

. ' ,' I r ¡

a ¡_t

(d) Sección transversaldel corpúsculo basal

a .

-e(a) Ci l ios -q1 / r r -

Figurir iS,7 Estructuta de un cilio, (a) En estas secciones longitudinales de tres cilios del protozoo Tetrahymenathermophilase puedenobservar varios de sus componentes, como el par central, los dobletes externos de microtúbulos y los radios. Se muestran los cortestransversales de (b) axonemas, (c) zona de transición entre los cilios y los corpúsculos basales, y (d) corpúsculos basales. Obsérvese el patrónde tripletes del corpúsculo basal y el patrón 9 * 2 d.ela disposición de microtúbulos en el axonema del cilio (todos SEMs).

El axonema tiene una disposición característica cono-cida como <<9 + 2>, con nueve dobletes de túbulos exter-nos y dos microtúbulos adicionales en eI centro, conoci-dos habitualmente como par central. La Figura 16.8ilustra con más detalle estas características estructurales.Se piensa que los nueve dobletes externos del axonema son

Membrana plasmática

extensiones de dos de los túbulos que forman cada uno delos nueve tripletes del corpúsculo basal. Cada doblete delaxonema está por tanto constituido por un MT completo,denominado el túbulo A, y un MT incompleto, el túbuloB (Figura 16.8b). El túbulo A tiene 13 protofilamentos,mientras que el túbulo B tiene sólo 10 u 11. Los dos túbu-

t;t "A : '| {r.| : , 1! ¡# . t

; r j'. i I

/

\J

f

4

H. , . l

Disposición 9+2

PlacaDASAI

502 Capítulo 16 Movimiento celular: motilidad y contractilidad

Par centralde microtúbulos

Unióninterdobletede nexlna

I B.raz2 . -I

Oe O lne lna

Brazos .l Interno

laterales I Brazo

I de dineína

L externo

' 5 0 n m (b)(a)

Pareja de brazosde dineína

Puentes proteicosentre dobletes

los del par central son completos, con 13 protofilamentoscada uno. Todas estas estructuras contienen tubulina yuna segunda protelna denominada tectinq. La tectina estárelacionada con las protelnas de los filamentos interme-dios (véaseCapltulo 15) y es un componente imprescindi-ble del axonema. Los túbulos A y B comparten una paredque presuntamente tiene como principal componente latectina.

El axonema posee otras estructuras relevantes ademásde los microtúbulos (Figura 16.8b). Entre éstas, destacanpor su importancia un conjunto de brazos exteriores quese proyectan hacia fuera desde cada uno de los túbulos Ade los nueve dobletes externos. Cadabrazo exterior se pro-yecta en sentido horario hacia el túbulo B del doblete ad-yacente. Estos brazos están formados por dineína, que es laencargada de deslizar los MTs unos sobre otros para doblarel axonema. Existen dos brazos de dineína, un brazo inte-rior y otro exterior, que se encuentran dispuestos a inter-

Figura 16.8 Detalles del axonema. (a) En esta micrografta semuestra el axonema de un flagelo de Chlamydomonas (TEM).(b)Esquema de un axonema cortado transversalmente. Losmicrotúbulos del par central, así como los túbulos de los dobletesexternos, tienen l3 protofilamentos cada uno. Cada túbulo Bpresenta 11 protofilamentos propios y comparte 5 protofilamentoscon el túbulo A. Los brazos de dineína poseen actividad AIP-asa yse cree que son los responsables del deslizamiento de dobletesadyacentes. Las uniones interdobletes (coneúones de nexina) unendobletes adyacentes y las espinas radiales se proyectan hacia dentro,para terminar cerca de las proyecciones que se extienden haciafuera desde el par central de MTs. (c) Incurvamiento del axonemapor la dineína. La unión de los MTs de los dobletes externos al parcentral transforma el deslizamiento de MTs adyacentes en unincurvamiento local del axonema.

valos regulares a lo largo del MT. Los dobletes adyacentesestán unidos a intervalos menos fecuentes por uniones in-terdoblete. Se cree que estas uniones limitan la distanciaque un doblete puede desplazarse con respecto a otrocuando el axonema se curva.

Thmbién a intervalos regulares, existen espinas radia-les que se proyectan hacia el interior desde cada uno de losnueve dobletes de MT y que acaban cerca de un conjuntode proyecciones que se extienden desde el exterior del parcentral de microtúbulos. Se piensa que estas espinas des-empeñan una labor importante en la transformación delmovimiento deslizante de dobletes adyacentes en el incur-vamiento que caracteriza el batido de estos apéndices.Aparte de la unión de las espinas radiales al par central,una proteína denominada nexina une los dobletes adya-centes entre sí y probablemente participan también en laconversión del deslizamiento en el incurvamiento delapéndice.

Movimientos basados en los microtúbulos 503

El deslizamiento de los miclotúbulos en el axonemaprovoca que los cilios y los flagelos se doblen

¿Cómo funciona la dineína en esta estructura tan elabora-dapara generar el incurvamiento de los cilios y los flage-los? La longitud total de los MTs de los cilios y los flagelosno varía. En vez de eso, los microtúbulos de dobletes ad-yacentes se deslizan uno sobre otro, consumiendo ATP.Según el modelo de deslizamiento de microtúbulos decilios y flagelos, este deslizamiento produce un incurva-miento localizado debido a que los dobletes del axonemaestán conectados radialmente al par central y circunferen-cialmente entre sí, y por lo tanto no pueden deslizarse li-bremente uno sobre otro. Como resultado de este incur-vamiento, se obtiene un movimiento parecido a una ondaque comienza en la base del orgánulo y se propaga hasta lapunta.

Los brazos de dineina son los responsables del deslizamiento.Lafuerza motriz para el deslizamiento de los MTs la pro-porciona la hidrólisis del AIR catalizada por la actividadAIPasa de los brazos de dineína. La importancia de éstos sedemuestra por dos tipos de evidencias. En primer lugar,cuando se extrae selectivamente la dineína de axonemasaislados, los brazos entre los dobletes externos desapareceny el axonema pierde, tanto su capacidad de hidrolizar ATRcomo de batimiento. Es más, este efecto es reversible: si seañade dineína purificada a los dobletes externos aislados,los brazos vuelven a aparecet y se restaura el deslizamientodependiente de ATP.

Una segunda prueba proviene del estudio de mutantesno móviles en especies que normalmente lo son, como elalga verde Chlamydomonas. Algunos de los mutantes pre-sentan flagelos, pero éstos no son funcionales. Dependien-do de la mutación en particular, sus flagelos no móviles ca-recen de los brazos de dineína, las espinas radiales o el parcentral de microtúbulos. Por Io tanto, estas estructuras sonseguramente imprescindibles en el mecanismo del movi-miento.

La dineína del axonema es una proteína muy grande.Tiene múltiples subunidades, las tres mayores actividadAIPasa y un peso molecular de 450.000 cada una. Duranteel proceso de deslizamiento, aparentemente el tallo delbrazo de la dineína se une y se desune cíclicamente al tú-bulo B. Cada ciclo requiere la hidrólisis de ATP y desplazaelbrazo de dineína de un doblete hacia el doblete adyacen-te. De esta manera, se produce un movimiento relativo deun doblete respecto al doblete adyacente.

Los puentes cruzados y las espinas son los responsables del in-curvamiento. Para convertir el desplazamiento de dobletesgenerado por la dineína en un movimiento ondulatorio,los dobletes deben estar sujetos de tal manera que resistanel deslizamiento pero permitan la deformación. Esta resis-tencia la proporcionan las espinas radiales que conectanIos dobletes al par central de microtúbulos y posiblemente

también por los puentes de nexina entre los dobletes (Fi-gura 16.8b y c). Si se eliminan estos puentes y espinas (porejemplo, mediante la digestión con enzimas proteolíticas),desaparece la resistencia que transforma el deslizamientoen incurvamiento. En estas condiciones, los dobletes estánlibres y se mueven los unos respecto a los otros, y los axo-nemas se alargan y adelgazan a medida que se deslizan losMTs.

Además de su función en el batido de cilios y flagelos,la dineína del axonema y las espinas radiales participan enun proceso que a primera vista parece no tener nada quever con su función de deslizar microtúbulos: la dispo-sición de los órganos internos del organismo (véase elAnexo 164).

El transporte intraflagelar añade componentes a los flagelos encrecimiento. La complicada estructura de los cilios y losflagelos plantea una interesante cuestión: ¿Cómo se incor-poran las subunidades de tubulina y otros componentes alos cilios y los flagelos en crecimiento? El análisis de mu-tantes de Chlamydomonas y de nematodos reveló queexisten, tanto motores de movimiento hacia el extremomás, como hacia el extremo menos, y que transportancomponentes hacia y desde los extremos de los flagelos.Este proceso, conocido como transporte intraflagelar (enel caso de los flagelos), es en cierta medida similar al pro-ceso de transporte axonal en las células nerviosas. Unaquinesina parece transportar el material hacia el extremodel flagelo, y una dineína lleva el material de vuelta a labase del flagelo.

Movimientos celulares dependientesde actina: las miosinas

Las miosinas desempeñan diferentes funcionesen la motilidad celular

El principal sistema de filamentos de la célula, el citoesque-leto de actina es también capaz de desplazar moléculas yotros componentes celulares. Al igual que sucede con losmicrotúbulos, las mecanoenzimas funcionan como moto-res dependientes de AIP, que ejercen tensión sobre los mi-crofilamentos de actina en la célula. Estas mecanoenzimaspertenecen a una gran superfamilia de proteínas, conoci-das como miosinas. Actualmente, se conocen al menos l8clases de miosinas. Todas las miosinas tienen como míni-mo una cadena polipeptídica, denominada cadena pesada,con una cabeza globular en un extremo unida a una colade longitud variable (Figura 16.9). La cabeza globular seune a la actina y utiliza la energía de la hidrólisis del AIppara desplazarse a lo largo del filamento de actina. La es-tructura de la cola varía en los diferentes tipos de miosinas,confiriendo a éstas la capacidad de unirse a diferentes mo-léculas o estructuras celulares. Además, la cola también oo-

504 Capítulo 16 Movimiento celular: motilidad v contractilidao

Cadenas l igeras

Cabeza Cuello

Miosina I

Miosina V

Figura 16.9 Miembros de la familia de la miosina. Todas lasmiosinas tienen una <<cabeza>> formada por una cadena pesada quese une a la actina y al AIP, y dos o más cadenas ligeras reguladoras.Ciertas miosinas, como la miosina I, tienen sólo una cabeza. Ot¡as,como la miosina II y la miosina V se asocian a través de sus colasformando proteínas con dos cabezas.

sibilita la unión entre varias miosinas iguales formando dí-meros o polímeros. Normalmente las miosinas contienenpequeños polipéptidos unidos a las cabezas globulares.Estos polipéptidos, conocidos como cadenas ligeras, des-empeñan frecuentemente un papel en la regulación de laactividad AIPasa de la miosina. Algunas miosinas poco co-munes presentan un sitio de unión a actina tanto en la colacomo en 7a cabeza globular. Otras, como la miosina I y lamiosina V parecen unirse a membranas, lo que sugiere quepueden intervenir en el movimiento de la membrana plas-mática o en el transporte de orgánulos de membrana den-tro de la célula.

Se ha demostrado que las miosinas intervienen en pro-cesos tan generales como la cont¡acción muscular, el movi-miento celular y la fagocitosis. Por ejemplo, en algunos ex-perimentos con ratones mutantes, se demuestra elrequerimiento de una miosina V para la transferencia degránulos de pigmento desde los melanocitos (células queproducen el pigmento) a los queratinocitos (células delpelo que toman el pigmento). Thmbién parece ser necesa-ria una miosina V para el correcto posicionamiento del re-tículo endoplásmico liso en las células nerviosas, lo que su-giere que participa en el transporte de vesículas u otrosprocesos relacionados con las membranas. Recientementese ha descubierto que una enfermedad en el ser humanoconocida como enfermedqd de Griscelli, que cursa con un

albinismo parcial y déficit neurológicos, es el resultado deuna mutación en la misma clase de miosina. Una funcióninesperada de varias clases de miosinas es la del manteni-miento de estructuras necesarias para la audición en el serhumano (véase Anexo 16A).

Las miosinas mejor conocidas son las miosinas detipo II. Están formadas por dos cadenas pesadas, cadauna con unacabeza globular de miosina, una región bisa-gra, una larga cola en forma de bastón y cuatro cadenas li-geras. Estas miosinas se encuentran en las células delmúsculo liso, del músculo cardíaco y del esquelético, aligual que en células no musculares. Las miosinas de tipoII tienen la característica de que pueden juntarse para for-mar filamentos largos como los filamentos gruesos de lascélulas musculares. La función primordial de las miosinasde tipo II en todos los tipos celulares es transformar laenergía del AIP en fuerza mecánica que proyoque el des-lizamiento de los filamentos de actina sobre las moléculasde miosina, produciéndose así la contracción de la célula.Por ejemplo, en los embriones de Drosophila, hay un tipode miosina II no muscular que se localiza en los extremoslibres de una lámina de células epiteliales que se cierra to-mando Ia forma de la correa de un bolso. El análisis demutantes en los que no existe la miosina o es defectuosa,indican que ésta es necesaria para el cierre de la lámina.La miosina II permitiría la contracción del extremo librede la lámina gracias al deslizamiento de los microfilamen-tos de actina en dicho extremo. En diversos estudios de-sarrollados en hongos que habitan en el cieno, se ha mos-trado que las miosinas de tipo II participan también en elestrangulamiento del anillo contráctil durante la cito-quinesis.

Atgunas miosinas se mueven a pasos cortos a lo largode los filamentos de act¡na

Al igual que las quinesinas, el estudio de las miosinas se hallevado a cabo en el nivel molecular. Se han usado variastécnicas para dilucidar cómo las cabezas de miosinas semueven a lo largo de los filamentos de actina y cuántafuerza puede generar una única molécula de miosina.Todo esto surge de la observación de que las miosinas semueven in vitro a lo largo de los filamentos de actina enpresencia de AIP. Estas técnicas han mostrado que la fuer-za qtJe ejercen las cabezas de miosina sobre la actina es si-milar a la que se estimó para la quinesina. La distancia me-dia que una miosina II puede deslizarse sobre un filamentode actina es de 12- 15 nm. Al igual que la quinesina, la mio-sina II es un motor eficazl cuando las miosinas traccionande cargas moderadas, presentan una eficacia de aproxima-damente el50o/o.

Es útil comparar las dos tipos de motores proteicos ci-toesqueléticos mejor estudiados, la quinesina <clásicu y lamiosina II, porque nos permite conocer cómo funcionanlos motores bioquímicos en el nivel molecular. Los dos tie-

Dos colas de la cadenapesada enrol ladas unasobre la otra

Movimientos celulares dependientes de actina: las miosinas 505

Anexo

PnorrÍñes MoroRAS DEL crroESeuELETo y ENFERMEDADES HUMAN{AS

Conforme se ha ido facilitando la identificación de los genesdefectuosos en muchas enfermedades genéticas del ser humano,los investigadores han caracferízado varias patologíasprovocadas por defectos en las proteínas motoras. Tiataremosdos ejemplos: la inversión de la simetría corporal y la sorderagenética.

Dineínas del axonema y esp¡nas rad¡ales y la inversión deleje corporal izquierda-derechaEn al menos I de'cada 20.000 nacimientos en el ser humano, losórganos en la cavidad corporal están intercambiados deizquierda a derecha, Este hecho, conocido como sifzs inversumviscerum, no tiene consecuencias médicas y muchas veces pasainadvertido hasta que el paciente se somete a una revisiónmédica por otras causas, momento en el cual se reconoce Ialocalización invertida. Por otra parte, cuando sólo alguno de losórganos está invertido (heterotaxia),se producen seriascomplicaciones de la salud. Los pacientes que sufren unaenfermedad autosómica recesiva conocida como la tñada deKartagener,tienen un 50o/o de probabilidades de tener losórganos internos completamente intercambiados de izquierda aderecha. Además, estos pacientes sufren esterilidad masculina yproblemas bronquiales. La causa de estas anormalidades seencuentra en los brazos externos de la dineína de los cilios y losflagelos. En estudios recientes basados en ratones mutantes, seha comprobado que las proteínas motoras de los microtúbulosestán de alguna manera implicadas en Ia asimetría bilateral,durante el desarrollo embrionario de los mamlferos. En losmutantes inversum viscerum (iv),los órganos internos estáninvertidos en Ia mitad de los homocigotos recién nacidos.Sorprendentemente, iv codifica para Ia dineína del axonema.Actualmente se están llevando a cabo investigaciones paraclarificar los mecanismos subyacentes a Ia inversión del ejeizquierda-derecha en estos mutantes.

Miosinas y sorderaRecientemente, se ha relacionado a las miosinas no muscularescon alteraciones genéticas humanas. Por ejemplo, la mutación enuna miosina VII provoca el síndrome de Usher, una enfermedadautosómica recesiva caracterizada por la pérdida profundacongénita de la audición, problemas en el sistema vestibular (esdecir, en Ia sensación de dónde está uno en el espacio) y retinitispigmentosufti, que produce ceguera. En el oído interno, lascélulas especializadas conocidas como células pilosas, tienen

nen dos cabezas que usan para <caminar> a lo largo del fi-lamento proteico, y ambos se valen de la hidrólisis del AIPpara cambiar su forma. No obstante y a pesar de estas si-militudes, también presentan profundas diferencias. Lasquinesinas convencionales trabajan solas o en pequeñosgrupos para transportar vesículas a largas distancias; una

estructuras sensoriales ricas en actina denomínadas estereocilios(Figura 16A.1). Las células pilosas llevan a cabo la transducciónauditiva y vestibular. EI soma y los estereocilios de la célulapilosa presentan una gran concentración de un tipo de miosinaVII. También se expresa una miosinaVll en el epiteliopigmentado de la retina y en los fotorreceptores del ojo, unfenómeno que concuerda con su posible función asociada a lavisión. Se están llevando a cabo investigaciones que buscandilucidar Ia función específica de la miosinaVll en estosprocesos.

z4F@ra 16A"L Mluografiia electrónica de banido de las célulaseplteliales del oído intemo que muestra varias filas de estereocillos,Los estereocilios son parecidos a las microvellosidades, si bienmucho más grandes. Perciben movimientos leves producidos porlas vibraciones sonoras o por el movimiento del fluido de loscanales semicirculares (Dr. Richard Kessel & Dr. Gene Shih/VisualsUnlimited).

única quinesina puede moverse cientos de nanómetros aIo largo de un microtúbulo. Por su parte, una única.molé-cula de miosina II no puede desplazarse sobre el filamentode actina una distancia superior a la que se encuentre supróximo sitio de unión. A cambio,las moléculas de miosi-na II pueden trabajar formando grupos grandes. En el

s06 Capítulo 16 Movimiento celular: motilidad y contractilidad

caso de los filamentos de miosina del músculo, los grupospueden contener billones de motores trabajando conjun-tamente. La primera miosina convencional identificada,fue una de estas que operan formando grandes grupos y esuna de las mejor caracterizadas. Hablamos de la miosina IIimplicada en la contracción muscular, que trataremos acontinuación.

Movimiento basado en losfilamentos: el músculo

La contracción muscular es el ejemplo de trabajo mecáni-co mediado por filamentos intracelulares más conocido.Los mamíferos cuentan con varios tipos de músculos,como el cardíaco, el esquelético y el liso. Tiataremos en pri-mer lugar el músculo esquelético, ya que gran parte del co-nocimiento que poseemos del proceso contráctil se obtuvode las primeras investigaciones de su estructura moleculary de su función.

Las células del músculo esquelét¡co están formadaspor filamentos f¡nos y gruesos

Los músculos esqueléticos son los responsables del movi-miento voluntario. La Figura 16.10 muestrala organiza-ción estructural del músculo esquelético. Un músculo estáformado por haces de fibras musculares paralelas que seunen mediante tendones al hueso que el músculo debemover. Cada fibra es, de hecho, una larga y fina célula mul-tinucleada, que está altamente especializada para su fun-ción contráctil. La fusión de células embrionarias denomi-nadas mioblastos durante la diferenciación del músculo,produce estas células multinucleadas. Dicha fusión celulares también responsable, al menos en parte, de la sorpren-dente longitud de las células musculares, que pueden llegara alcanzar varios centrímetros.

En el nivel subcelular, cada fibra muscular (o célula)contiene numerosas miofibrillas. Las miofibrillas tienenun diámetro de l-2 pm y pueden abarcar a la célula enteraen longitud. Cada miofibrilla está subdividida a su vez enunidades que se repiten y que se denominan sarcómeros.

(e) Miofibri l la

f f i [ , ,*".def ibrasmuscu|ares(cé|u|asmuscu|ares)w) \ ^

(c) Fibramuscularindiv idual(célula)

Figura 16.10 Niveles de organización del tejido muscularesquelético, (a) EI tejido muscular está sujeto mediante tendonesa los huesos que deben mover. (b) El tejido está formado por hacesde fibras musculares, (c) cada una de las cuales es una célulamultinucleada finaylarga. (d) En el interior de cada célula seencuentran muchas miofibrillas. (e) Cada miofibrilla está formadapor haces de filamentos alineados lateralmente, lo que confiere almúsculo esquelético su apariencia estriada. (f) La unidad decontracción de cada miofibrilla es el sarcómero, donde Iosfilamentos gruesos se interdigitan con los filamentos finos. Loscomponentes principales de los filamentos gruesos y finos son lamiosina y la actina, respectivamente.

(f) Fragmentooe unamiofibri l la

Filamentos gruesos

Tendones

Filamentos f inos

l\4ovimiento basado en los fllamentos: el músculo 507

El sarcómero es la unidad contráctil elemental de la célulamuscular. Cada sarcómero posee haces de filamentosgruesos y -de filamentos finos. Los filamentos gruesos es-tán formados por miosina, mientras que los filamentos fi-nos están formados básicamente por actina, aunque tam-bién están presentes otras proteínas importantes. Losfilamentos finos están organizados alrededor de los fila-mentos gruesos siguiendo un patrón hexagonal, comopuede observarse en el corte transversal de una miofibrilla(Figura 16.11).

Los filamentos en el músculo esquelético están alinea-dos lateralmente, confiriendo a las miofibrillas un patrónalterno de bandas oscuras y claras. Este patrón de bandas,o estrías,es característico del músculo esquelético y del car-diaco, y es por esta razón por la que se les clasifica comomúsculos estriados. Las bandas oscuras se denominanbandasA, y las bandas claras bandas I (la terminología dela estructura y la apariencia de las miofibrillas muscularesse estableció a partir de observaciones hechas con el mi-croscopio de luz polarizada.I viene de isótropay Ade ani-sótropa, refiriéndose ambos términos a la apariencia de es-tas bandas cuando son iluminadas con luzpolarizada).

Como se ilustra en la Figura l6.l2b,la región más claraen la mitad de cada banda A se denomina zona H (de Ia pa-labra alemana hell qrue significa <claro>). Recorriendo el

Discos Z

Plano de cortede la micrografíaelectrónica

Filamentosgruesos

Filamentosf inos

Cabezasglobularesde la miosina

(b) -Tofir-

Figura 16.11 Disttibución de filamentos finos y gtuesos en unamiofibrilla. (a) Una miofibrilla está formada por filamentos finos ygruesos interdigitados. (b) Los filamentos finos se organizanalrededor de los filamentos gruesos siguiendo un patrón hexagonal,como se puede observar en un corte transversal del músculo delr,rrelo de la mosca de la fruta Drosophila Melanogaster,vistomediante microscopía electrónica de alto voltaje (HVEM).

Sarcómero

II

Figwa L6,L2 Apaliencia y nomenclatura del músculo esquelético.(a) Micrograffa electrónica de un único sarcómero (TEM). (b)Esquema que a¡rda a interpretar el patrón de bandas en el mrlsculoesquelético en función de la interdigitación de filamentos finos ygruesos. Una banda A se corresponde con la longitud de Iosfilamentos gruesos, y una banda I abarca la parte de los filamentosfinos que no se superponen a los filamentos gruesos. La zona másclara en el centro de la banda A se denomina zona H, la llnea que seencuentra en el centro de ésta, se conoce como llnea M. La zonadensa en el centro de cada banda I se denomina disco Z. Unsarcómero, la unidad básica que se repite a lo largo de la miofibrilla,es la distancia entre dos discos Z consecutivos.

centro de la zona H se encuentra Ia línea M, que contiene

miomesina, una proteína que mantiene unidos entre sl alos filamentos de miosina. En la mitad de cada banda I seobserva una línea densa, el disco Z (dela palabra alemanazwischen, que significa <entre>). La distancia entre un dis-co Z y el siguiente determina la longitud de un sarcómero.Un sarcómero mide 2,5-3,0 pm en el estado relajado, peroesta longitud se hace más pequeña a medida que el múscu-lo se contrae.

Los salcómelos están folmados pol Erupos ordenadosde actina, miosina y proteínas accesorlas

El patrón estríado del músculo esquelético y el acorta-miento de los sarcómeros durante la contracción se puedeexplicar atendiendo a los filamentos gruesos y finos queconforman las miofibrillas. Por esta razón, analizaremos

, 1 P m I

(a)

Banda I

A

I

I

I

I

I

Banda A Banda I

(b)

Disco Filamentos Zonal-Z gruesos

I

Filamentos Discofinos Z

Filamentosoruesos Fi lamentosfinos

s08 Capítulo 16 Movimiento celular: motilidad y contractilidad

T15 nm

con detalle ambos tipos de filamentos y después volvere-mos al proceso de la contracción muscular, en los que am-bos filamentos desempeñan un papel crucial.

Filamentos gruesos. Los filamentos gruesos de las miofi-brillas tienen un diámetro de 15 nm y una longitud apro-ximada de 1,6 ¡rm. Se sitúan paralelos unos a otros en lamitad del sarcómero (téaseFignra 16.12). Cada filamentogrueso está formado por multitud de moléculas de miosi-na, que se orientan de manera opuesta en las dos mitadesdel filamento. Las moléculas de miosina son largas y finasy presentan un peso molecular aproximado de 510 kDa.

Cada filamento grueso está constituido por cientos demoléculas de miosina agrupadas de manera escalonada, detal manera que sus cabezas se proyectan hacia el exteriordel filamento, siguiendo un patrón repetido (Figura 16.13).Los pares de cabezas se distancian entre sí 14,3 nm a lo lar-go del filamento grueso, con un desplazamiento de un ter-cio del diámetro del filamento con resPecto al anterior parde cabezas. Estas protrusiones pueden contactar con los fi-

Zona desnudal--(160 nm)----lt lr l

(a) Organización de las moléculas de mios¡naen un filamento grueso

(b) Fragmento de un filamento grueso

Figura 16.13 El filamento grueso del músculo esquelético. (a) Elfilamento grueso de Ia miofibrilla está formado por cientos demoléculas de miosina organizadas de manera escalonada yrepetitiva. Un filamento grueso típico mide alrededor de 1,6 ¡rm delongitud y tiene un diámetro de 15 nm. Las moléculas de miosinaindividuales están integradas longitudinalmente en el filamento,con sus cabezas con actividad AIPasa orientadas hacia el exterior.La región central del filamento es, por tanto, una zona desnuda queno tiene cabezas. (b) Esta magnificación de una parte del filamentogrueso muestra que los pares de cabezas de miosina están separados14.3 nm.

lamentos finos adyacentes, formándose así puentes entrelos filamentos gruesos y los finos, que son esenciales en elmecanismo de la contracción muscular.

Filamentos finos. Los filamentos finos se interdigitan conlos filamentos gruesos. Los filamentos finos tienen un diá-metro de 7 nmy una longitud aproximada de 1 ¡rm y sonlos únicos filamentos que se encuentran en las bandas I dela miofibrilla. De hecho, cada banda I contiene dos seriesde filamentos finos, una a cada lado del disco Z, que se ex-tienden hacia la banda A del centro del sarcómero hasta in-troducirse en ella. Todo esto hace que la longitud de lasbandas I sea de casi 2 ¡rm en un músculo distendido.

La estructura de los filamentos finos se muestra en laFigura 16.14. El filamento fino está constituido por al me-nos tres proteínas. La más importante de ellas es la'actina.Recuerde del Capítulo 15, que la actina se sintetiza comoactina G, pero polimeriza en cadenas lineales largas de ac-tina F. Los filamentos finos son cadenas lineales de actina Fentretejidas con las proteínas tropomiosina y tropofiina.La tropomiosina es una molécula larga con forma de bas-tón, similar a la cola de miosina, que encaja en el hueco dela hélice de actina. Cada molécula de tropomiosina se ex-tiende aproximadamente 38,5 nm a lo largo del filamentoy se asocia a lo largo de su longitud con siete monómerosde actina.

La troponina es en realidad un complejo formado portres cadenas polipeptídicas, llamadas TnT, TnC y TnI. LaTnT se une a la tropomiosina y se cree que es responsablede la posición del complejo sobre la molécula de tropo-miosina. La TnC liga iones de calcio, y la TnI se une a la ac-tina. (Tn hace referencia a troponina, T a tropomiosina, Ca calcio, e I a inhibitora, porque TnI inhibe la contracciónmuscular.) Cada tropomiosina tiene asociado un comple-jo de troponina, por lo que el espacio entre troponinasconsecutivas a lo largo del filamento fino es de 38,5 nm. La

f- J6,5 nm --1

Tnl TnC TnT

Complejo

de troponina

Monó¡nerosde aciina G

Figura 16.14 El filamento fino del músculo estilado, Cadafilamento fino es una cadena única de actina F en la que losmonómeros de actina G están escalonados y parecen formar unahélice de dos cadenas. Una consecuencia de esta organización esoue se forman dos huecos a ambos lados del filamento. Lasmoléculas con forma de cinta de la tropomiosina, se encuentran endichas cavidades. Cada molécula de tropomiosina está formada pordos hélices a unidas una a la otra que forman una cinta con undiámetro de aproximadamente 2 nm y una longitud de 38,5 nm.Cada molécula de tropomiosina lleva asociado un complejo detroponina, que está formado por tres polipéptidos TnT, TnC y TnI.

l__ 14 3 ÍtfTt ---=¡

Movimiento basado en los flamentos: el músculo s09

troponina y la tropomiosina constituyen un interruptorsensible al calcio, que activa la contracción, tanto en elmúsculo esquelético como en el cardíaco.

0rganización de los filamentos musculares. ¿Cómo es posi-ble que los filamentos proteicos de las fibras muscularesmantengan una organización tan precisa, cuando los mi-crofllamentos en otras células están relativamente desorga-nizados? La respuesta está en ciertas proteínas estructura-les que desempeñan un papel crucial en el mantenimientode la arquitectura de las proteínas musculares (Figura16.15). Por ejemplo, la u-actinina mantiene los filamentosde actina organizados en haces paralelos ¡ junto con laproteína casquete CapZ, mantiene el anclaje de los extre-mos barbado s (más) de los filamentos de actina al disco Z.En el otro extremo de los filamentos finos se encuentra latropomodulina, que arytda a mantener la longitud y la esta-bilidad de los filamentos finos uniéndose a sus extremosapuntados (menos). La miomesina se localíza en los fila-mentos gruesos de la zona H y une las moléculas de miosi-na formando los haces. Una tercera proteína estructural, latitina, uleta los filamentos gruesos a los discos Z.Latitinaes muy flexible; durante los ciclos de contracción-relaja-ción, es capaz de mantener correctamente la posición delos filamentos gruesos con respecto a los filamentos finos.Otra proteína,la nebulina, estabiliza la organización de losfilamentos finos. La Tabla 16.2 recoge las proteínas queparticipan en la contracción muscular. EI proceso contrác-til surge de la interacción de todas estas proteínas.

El modelo de deslizamiento de filamentos explicala contracción muscular

Con lo que sabemos sobre la estructura del músculo, esta-mos ya capacitados para ver qué sucede durante la con-

Tabla 16.2 Funciones de las proteÍnas

Figura 16.15 Proteinas estructurales del sarcómero. Losfilamentos gruesos y finos necesitan un soporte estructural paramantener su organización exacta en el sarcómero. Dicho soporte loproporcionan dos proteínas actinina a y miomesina, que anilan losfilamentos de actina y miosina, respectivamente. La titina une losfiiamentos gruesos al disco Z, conservando de esta manera suposición respecto al conjunto de filamentos finos. La nebulinaestabiliza el anclaje de los filamentos finos al disco Z.

tracción muscular. Gracias a estudios de microscopía elec-

trónica, se sabe que las bandas A de las miofibrillas no va-rían su longitud durante la contracción, mientras que lasbandas I se acortan progresivamente y desaparecen casipor completo en el estado de contracción miíxima. Paraexplicar estas observaciones, se propuso el modelo de des-lizamiento de filamentos. En la Figura 16.16 se ilustra este

Filamento grueso(miosina)

Fi lamento f ino(actina)

Disco Z

Proteína Peso molecular (kDa) Funclón

Actina

Miosina

Tropomiosina

Tioponina

Titina

Nebulina

Miomesina

Actinina a

ca2+ ATP asa

CapZ

Tropomodulina

42

5 1 0

64

78

2.500

700

1 8 5

190

1 1 5

68

4 I

Componente principal de los filamentos finos

Componente principal de los ñlamentos gruesos

Se une a los filamentos finos en toda su longitud

Localizada a inte¡valos regulares a 1o largo de los filamentosfinos; interviene en la regulación de la contracción mediadapor el calcio

Une los filamentos gruesos al disco Z

Une los filamentos finos al disco Z

Proteína que se une a la miosina localizada en la línea M de losñlamentos gruesos

Mantiene unidos los filamentos de actina formando un hazy los une al disco Z

Proteína principal del retículo sarcopiásmico (SR); transportar ^ ) + ! . .

el Ca'- al interior del SR para relajar el músculo

Une los filamentos de actina al disco Z

Mantiene la longitud y la estabilidad de los filamentos finos

510 Capitulo 16 l\4ovimiento celular: motilidad y contractilidad

modelo, que fue propuesto de manera independiente porAndrew Huxley y Rolf Niedergerke y por Hugh Huxley yJean Hanson en 1954. Según este modelo, la contracciónmuscular se produce por el deslizamiento de los filamentosfinos sobre los filamentos gruesos, sin que exista ningúncambio en la longitud de ambos filamentos. El modelo dedeslizamiento no sólo resultó ser cierto, sino que fue degran utilidad para centrar la atención sobre las interaccio-nes moleculares entre los filamentos gruesos y los finos,que subyacen al proceso de deslizamiento.

Como se observa en la Figura l6.16a,la contracción su-pone el deslizamiento de los filamentos finos de maneraque son atraídos progresivamente hacia los espacios queexisten entre filamentos gruesos adyacentes, y se produceun estrechamiento de las bandas L EI resultado es un acor-tamiento de los sarcómeros y de las miofibrillas ¡ por lotanto, una contracción de la célula muscular y del tejido en

su totalidad. Esto, a su vez, produce el movimiento de laspartes del cuerpo sujetas a ese músculo.

La interdigitación y el deslizamiento de los filamentosfinos sobre los gruesos como forma de generar unafterza,sugiere que debe existir una relación entre la fuerza gene-rada durante la contracción y el grado de acortamiento delsarcómero. De hecho, cuando se mide la relación entre elacortamiento ylafircrza,el resultado es exactamente el quepredice el modelo (Figura 16.16b): la cantidad de fircrzaque un músculo puede generar durante la contracción de-pende del número de cabezas de miosina del filamentogrueso que pueden contactar con el filamento fino. Cuan-do el sarcómero está estirado, existe relativamente poca su-perposición entre los filamentos gruesos y los finos, por loque la fuerza generada es pequeña. A medida que el sarcó-mero se acorta, la zona de superposición se incrementa y lafuerza de contracción es, por consiguiente, mayor. Final-

Filamentos gruesos

Sarcómero

Or:xt-rxm:r

offioo

t ¿ J

Longitud del sarcómero (¡r,m)

(b) Gráfico longitudtensión

DiscoZ

F- Sarcómero

.t ñ^

E(ÚñG

E92 CU

!c.oaC

,c)

i i---eun¿u A --j----j-- Banda A---j ii t b a n d it l

F- Sarcómero -------l- Sarcómero ------l

(a) Modelo de desl izamiento

Figura 16.16 El modelo de deslizamiento de la contracción muscular, (a) Dos sarcómeros de una miofibrilla durante el proceso decontracción. El estado relajado se muestra en la parte superior y el aspecto de una miofibrilla más contraída se muestra en la parte inferior.Una miofibrilla se acorta mediante el deslizamiento progresivo de los filamentos gruesos y finos. El resultado es una interdigitación mayorde los filamentos sin que exista ningún cambio en la longitud de los filamentos. Mientras continúe la interpenetración durante lacontracción, el aumento en la superposición entre los filamentos gruesos y los finos produce una disminución progresiva de la longitud de labanda L (b) Este gráfico muestra que la cantidad de tensión desarrollada por el sarcómero es proporcional a la cantidad de superposiciónente los filamentos finos y la región de los filamentos gruesos donde se encuentran las cabezas de miosina. Cuando el sarcómero comienza aacortarse, por ejemplo durante una contracción muscular, los discos Z se acercan, aumentando la cantidad de superposición entre losfilamentos finos y los gruesos. Este solapamiento permite que una mayor parte del filamento grueso interacciona con el filamento fino. Porlo tanto, el músculo puede desarrollar una mayor tensión (obsérvese de 4 a 3). Esta proporcionalidad se mantiene hasta que los extremos delos filamentos finos penetran en la zona H. Aquí ya no pueden interaccionar con más cabezas de miosina, por lo que la tensión se mantieneconstante (pasos de 3 a 2). Cualquier acortamiento adicional tiene como resultado una disminución brusca en la tensión (de 2 a 1), ya quelos filamentos se agolpan entre sí.

OHm*mr

i ZonaH i Z i ZonaH i

l-- Banda A --l- Banda I Banda A ---l

I

Movimiento basado en los filamentos: el músculo 5 1 1

mente, llega un punto en el que, aunque continúe el acor-tamiento, ya no aumentala zona de superposición entrelos filamentos finos y gruesos ylafuerza de contracción semantiene. Cualquier acortamiento más allá de este punto,produce una dramática disminución en Ia tensión ya quelos filamentos se agolpan uno sobre el otro.

El deslizamiento de los filamentos finos sobre los fila-mentos gruesos depende de las características estructuralesdel sarcómero y requiere energía. Estas observaciones bási-cas sugieren tres preguntas: (1) ¿Qué mantiene a los fila-mentos finos y gruesos parcialmente interdigitados y aso-ciados unos con otros? (2) ¿A través de qué mecanismo losfilamentos finos son atraídos o empujados hacia los espa-cios existentes entre los filamentos gruesos para provocarla contracción? (3) ¿Cómo se utiliza la energía del AIP eneste proceso? La respuesta a estas preguntas se encuentraen el siguiente apartado.

Los puentes mant¡enen juntos los filamentos y el ATPimpulsa su movim¡ento

Fomación de puentes. La zona de superposición entre losfilamentos finos y los gruesos, ya sea grande (en el mús-culo contraído) o mínima (en el músculo relajado), estásiempre caracterizada por la presencia de puentes transi-torios. Dichos puentes se forman mediante la unión entrela actina F del filamento fino y las cabezas de miosina delfilamento grueso (Figura 16.17). Para que ocurra la con-tracción, los puentes se deben formar y disociar repetida-mente y de manera tal, que cada ciclo de formación depuentes provoque que los fi.lamentos finos se interdigitenmás y más con los filamentos gruesos, produciendo deesta manera un acortamiento de los sarcómeros y la con-tracción de la fibra muscular. Una cabeza de miosinacualquiera en el filamento grueso experimenta ciclos re-petidos en los que se une a subunidades específicas de ac-tina del filamento fino. Después sufre un cambio confor-

FigwaL6.LT Puentes de cluzamiento. En esta micrcgraflaelectrónica de alta resolución, se pueden observar fácilmente lospuentes entre los fllamentos gruesos y los finos formados por lascabezas de miosina (TEM).

macional dependiente de energía, que empuja al filamen-to fino y se une en otro punto más alejado del filamentofino, en dirección hacia el disco Z. La contracción es, portanto, el resultado neto de la formación y ruptura repeti-da de muchos de estos puentes, en los que en cada ciclo, elfilamento fino de una fibrilla se desplaza una distanciacorta.

ATP y ef c¡clo de contracc¡ón. Lafierzaimpulsora de la for-mación de puentes es la hidrólisis del ATR que está catali-zadapor una ATP-asa que se activa por actinay se encuen-tra en la cabeza de la miosina. La necesidad de ATP puededemostrarse in vitro, pues las fibras musculares aisladas secontraen en respuesta a la adición de AIP.

El mecanismo de la contracción se explica en la Figura16.18, como un ciclo de cuatro etapas. En el paso O , unacabeza de miosina determinada, en una configuración dealta energia que contiene ADP y una molécula de Pi (ensuma, un ATP hidrolizado), se encuentra débilmente uni-da al filamento de actina. La cabeza de miosina pasa poste-riormente a una configuración en la que su unión es másfuerte y que supone la pérdida de P1. En la etapa @ tienelugar el empuje del filamento. El paso de la miosina a unaconfiguración de unión más intensa, desencadena un cam-bio conformacional en la misma, que resulta en Ia libera-ción del ADP. Este cambio de conformación tiene comoconsecuencia el movimiento de la cabeza,lo que provocaque el filamento grueso empuje al fino, que se desplazaconrespecto al filamento grueso.

La ruptura de los puentes continúa en el paso @,cuando el AIP se une ala cabeza de miosina. La unión delAIP produce otro cambio conformacional en la cabeza dela miosina, que debilita su unión a la actina. Si no se dispo-ne de suficiente AIR la ruptura de los puentes no tiene lu-gar,y el músculo se queda bloqueado en un estado rígidoconocido como rigor. El rigor mortis, característico de lamuerte, se produce por el agotamiento deAIP yla acumu-lación progresiva de puentes en la configuración que semuestra al final del paso @ . Obsérvese que una vez que sedesunen, los filamentos gruesos y finos podrían regresar ala posición anterior, pero permanecen unidos por lospuentes que se han formado a lo largo de su longitud, de lamisma manera que, al menos algunas patas de un ciem-piés, están siempre en contacto con la superficie sobre Iaque caminan. De hecho, cada filamento grueso tiene alre-dedor de 350 cabezas de miosina, y cada una de ellas se uney desune aproximadamente cinco veces por segundo du-rante una contracción rápida, por lo que en cualquier mo-mento existen muchos puentes de cruzamiento entre losfilamentos.

Finalmente, en el paso @ , la energía de la hidrólisisdel AIP se usa para devolver ala cabeza de miosina a suconfiguración de alta energia, comenzando el siguiente ci-clo de formación de puentes y deslizamiento de filamen-tos. Esto nos lleva al punto donde comenzamos, ya que la

30 nm

5t2 Capitulo 16 Movimiento celular: motilidad y contractilidad

Filamento grueso

Cabeza de miosina

Filamento f ino

Cabeza de miosina(configuración debaja energía)

Formaciónñ a ñ t t Á n T A e 'v v

v s v ' ' ! v v .

l iberación de P,

oComplejotroponrna

I Ladeamrento /

Filamento grueso

de la cabeza /

fñilff:'" /de ArP

/

@

Desplazamiento:l iberación de ADP

Hacia el centrodel sarcómero

-w- . : - / -Y_Y- r ' - \ /

r:.-t--Y_ili'r¡i

siCabeza de miosina t/(configuración f

T

de baja energía)

Figura 16.18 El proceso ciclico de la contlacción muscular. En esta figura se ilustran, utilizando un pequeño segmento de filamentos finos ygruesos adyacentes (véaselaimagen de la parte superior izquierda),los acontecimientos mediante los cuales las cabezas de miosina formanpuentes con los filamentos finos en dirección al centro del sarcómero, provocando asl la contracción de la miofibrilla. La etaPa @ muestraia configuración de los puentes en el músculo relajado, mientras que el final de la etapa @ representa la configuración delmúsculo en rigor. En el texto se ofrece una descripción más detallada.

! Disociacióndel puente:Unión de ATP

cabeza de miosina se encuentra ahora activada y lista paraformar, de nuevo, un puente con la actina. Eso sí, el nuevopuente con la actina se formará en un punto posterior delfilamento fino, porque el primer ciclo tiene como resulta-do el desplazamiento neto del filamento fino con respectoal grueso. En ciclos sucesivos, la miosina que se muestraen la Figura 16.18 recorrerá el filarnento fino en la direc-ción de la contracción. ¿Y cuál es la dirección de la con-tracción? Recuerde que en el Capítulo 15 vimos que los fi-lamentos de actina tienen extremos mós y menos. Lamiosina II siempre avanza hacia el extremo mós del f/ra-mento fino, estableciendo de esta manera la dirección dela contracción.

El calcio regu¡a la contracción musculal

Hasta el momento nuestra descripción de la contracciónmuscular supone que el músculo se contrae de una mane-ra continua siempre que haya suficiente ATP. Sin embargo,nuestra experiencia nos dice que la mayoría de los múscu-los esquéleticos pasan más tiempo en el estado relajadoque contraídos. Por lo tanto, la relajación y la contraccióndeben estar reguladas para que 1a actividad muscular gene-re movimientos coordinados.

La función del calcio en la contracc¡ón. La regulación de lacontracción del músculo depende de los iones de calcio(Cu'*) libres y de la capacidad del músculo de aumentar y

Movimiento basado en los filamentos: el músculo 513

disminuir rápidamente la concentración de calcio en el ci-tosol (denominado sarcoplasma en las células musculares)alrededor de las miofibrillas. Las proteínas reguladorastropomiosina y troponina actúan de una manera coordi-nada, para regular la disponibilidad de sitios de unión a lamiosina en los filamentos finos, en función de Ia concen-tración de calcio en eI sarcoplasma.

Para entender cómo funciona este proceso, debemos sa-ber en primer lugar que los sitios de unión a la miosina en elfilamento de actina están normalmente bloqueados por latropomiosina.Para que la miosina se una a la actina y co-mience un ciclo de formación de puentes de cruzamiento, latropomiosina se debe ser retirar. La dependencia del"calciode la contracción muscular viene determinada por la tropo-nina C (TnC) que liga iones de calcio. Cuando un ion de cal-cio se une a la TnC, ésta sufre un cambio conformacionalque se transmite a la molécula de tropomiosina, haciendoque se mueva hacia el centro del hueco de la hélice del fila-mento fino, y deje de bloquear el sitio de unión a la miosina.Los sitios de unión en la actina quedan libres para que seunan las cabezas de miosina y comience la contracción.

La Figura 16.19 ilustra cómo el complejo tropomiosi-na-troponina regula la interacción entre la actina y la mio-sina. Cuando la concentración de calcio en el sarcoplasmaes baja ( < 10-amM,la tropomiosina bloquea los sitios deunión en el filamento de actina e impide eficazmente suinteracción con la miosina (Figura 16.19a). Como conse-cuencia, la formación de puentes se inhibe, y el músculo serelaja o permanece relajado. A mayores concentracionesmayores de calcio (>10-'mtr4), éste se une a la TnC, ha-ciendo que las ¡u-oléculas de tropomiosina cambien su po-sición, y permitiendo que las cabezas de miosina contactencon los sitios de unión en el filamento de actina y por lotanto, comience la contracción (Figura 16.19b).

Actina

Sit io de uniónde la mlosina

Tropomiosina

Cabezade miosina

Filamentogfueso

(a) Concentración baja de calcio

Cuando la concentración de calcio vuelve a disminuircomo consecuencia de su bombeo fuera del citosol (lo ana-lizaremos más adelante), se disocia el complejo troponina-calcio y la tropomiosina vuelve a la posición de bloqueo.Como consecuencia, se inhibe la unión de la miosina, laformación de puentes cruzados y el ciclo de contracciónfinaliza.

Así, un aumento en la concentración de calcio en el sar-coplasma estimula la contracción del músculo esqueléticoprovocando los siguientes eventos:

1. El calcio se une a la troponina e induce un cambioconformacional del complejo.

2. Este cambio en la troponina provoca un cambio enla posición de la tropomiosina con la que está aso-ciada.

3. Los sitios de unión sobre la actina quedan librespara interaccionar con Ia miosina.

4. Se forman los puentes de cruzamiento, poniendo enmarcha la serie de eventos (ilustrados en la Fisura16.18) que llevan a la contracción.

Regu¡ación de la concentlación de calcio en las células delmúsculo esquelét¡co. Todo lo anterior nos indica que lacontracción muscular está regulada por la concentraciónde iones calcio en el sarcoplasma. Pero, ¿cómo se controlala concentración de calcio? Piense por un momento en loque debe suceder cuando movemos cualquier parte denuestro cuerpo, por ejemplo cuando flexionamos el dedoíndice. En el cerebro se genera un impulso nervioso que setransmite a lo largo de la médula espinal hasta\as moto-neuronas (células nerviosas), que controlan un pequeñomúsculo del brazo. Las motoneuronas activan a las célulasmusculares apropiadas, que se contraen y relajan, todo ello

Figura 16.19 Regulación de la contracciónen el músculo esquelético estilado.(a) A concentraciones bajas de calcio(<10-amMCa'*;, el calcio no se une a lasubunidad TnC de la troponina, latropomiosina bloquea los sitios de unión enIa actina, impidiendo el acceso de la miosinay por lo tanto manteniendo al músculo en elestado relajado, (b) A concentraciones altasde calcio ()10-3mMCa2*), el ion se une ala subunidad TnC de la troponina e induceun cambio conformacional que se transmitea la tropomiosina. La molécula detropomiosina se retira al centro del huecodel filamento fino, lo que permite que Iamiosina acceda a los sitios de unión en laactina y se desencadene la contracción.

(b) Concentración alta de calcio

514 Capitulo 16 Movimiento celular: motilidad y contractllidad

en unos 100 mseg. Cuando el impulso nervioso cesa, laconcentración de calcio disminuye rápidamente y el mús-culo se relaja. Así que para comprender cómo se regula lacontracción muscular debemos saber antes cómo los im-pulsos nerviosos producen cambios en la concentración decalcio en el sarcoplasma, y cómo estos cambios afectan a lamaquinaria contráctil. Las células musculares poseen unascaraiterísticas especiales que posibilitan los cambios rápi-dos en la concentración de iones calcio en el sarcoplasma yuna rápida respuesta de la maquinaria contráctil; tratare-mos estos áspectos a continuación.

Plocesos en la unión neuromuscular. Recuerde que en el Ca-pítulo 13 vimos que la señal que hace que se contraiga unacélula muscular, es un impulso eléctrico denominado po-tencial de acción, generado en la célula nerviosa. La neuro-na transmite el potencial de acción a la célula muscular através de los axones. El sitio en el que la célula nerviosa in-erva o hace contacto con la célula musculuar se llamaunión neuromuscular. En la unión neuromuscular elaxón se ramifica formando terminales axónicos que con-tactan con la célula muscular. Estos terminales contienenel transmisor químico acetilcolina, que está empaquetadoen vesículas y se secreta en respuesta a un potencial de ac-ción. La zonade la membrana plasmática de la célula mus-cular (denominada sarcolema en las células musculares)que se encuentra debajo de los terminales axónicos, se co-noce como placa motora terminal. En la zona de la mem-brana plasmática y asociados a cada terminal axónico, seencuentran agrupaciones de receptores de acetilcolina. Losreceptores de acetilcolina son canales iónicos dependientesde ligando, siendo su ligando en este caso la acetilcolina(véaseCapitalo 13). Cuando la acetilcolina se une al recep-tor, se abre un poro en la membrana plasmática a través del

cual entran en el interior de la célula muscular los ionessodio. El flujo de sodio a su vez provoca una despolariza-ción en la membrana que se transmitirá lejos de la placamotora terminal.

Transmisión de un impulso al intedol del músculo. Una vez quela despolarización tiene lugar en la placa motora terminal,se propaga por todo el sarcolema a través del sistema de tú-bulos transversales (T) (Figura 16.20). A diferencia de lamembrana plasmática de la mayoría de las células, el sarco-lema posee un patrón regular de invaginaciones que formanuna serie de tubos denominados túbulos T, que penetran enel interior de la célula muscular. Los túbulos T transportanel potencial de acción al interior de la célula muscular, y sonen parte responsables del hecho de que las células muscula-res respondan tan rápidamente al impulso nervioso.

Dentro de la célula muscular, el sistema de túbulos Tse pone en contacto con el retículo sarcoplásmico (SR),un sistema intracelular de membranas con forma de sacoso tubos aplanados. Como sugiere su nombre, el retículosarcoplásmico es igual al retículo endoplásmico de las célu-las no musculares, salvo por el hecho de que está altamen-te especializado. El SR recorre toda la miofibrilla, y está lis-to para liberar los iones de calcio directamente sobre ésta,provocando la contracción. Asimismo, es capaz de retirarel calcio, provocando la relajación. Esta proximidad del SRa las miofibrillas facilita una respuestarápida de las célulasmusculares a las señales nerviosas.

Función del SR en la liberación y recaptura de calcio. El SRpuede dividirse funcionalmente en dos compartimientos:el elemento medio y la cisterna terminal (en latín cisternae,singular: cisterna) (véaseFigura 16.20). La cisterna terminaldel SR presenta una elevada concentración de bombas de

Banda I

Tríada Miofibri l las

Figura L6,20 El letículo sarcoplásmico yel sistema de túbulos transversales de lascélulasmuscularesesqueléticas. Elretículo sarcoplásmico (SR) es una redextensa de RE especializados queacumulan iones de calcio y los liberan enrespuesta a un impulso nervioso. Lostúbulos T son invaginaciones delsarcolema (membrana plasmática) quetransmiten los cambios de potencial demembrana al interior celular. En el lueardonde los túbulos T pasan cerca de Iacisterna terminal del SR, se forma unaestructura denominada tríada oueaparece como la sección de tresiubosadyacentes en Ia micrografiaselectrónicas. El túbulo T se encuentra enel medio, y cada lado es una de lascisternas del SR. En latríada se encuentrael complejo de unión, que regula laliberación de iones de calcio desde el SR.

Clsternaterm¡nal Banda A

Disco Z

Elementomedialdel SR

Sarcolema(membranaplasmática)

Retículosarcoplásmico(SR)

Sistemade túbulos T

Mitocondria

Movimiento basado en los fllamentos; el músculo 515

calcio que bombean calcio continuamente hacia la luz delSR. La capacidad del SR de bombear calcio es crucial parala relajación muscular, pero es también necesaria para Iacontracción. El bombeo de calcio hace que la concentra-ción del ion en la luz del SR sea alta (en el rango milimo-lar). Este calcio puede ser liberado desde las cisternasterminales del SR cuando sea preciso. La Figura 16.20muestra cómo las cisternas terminales del SR se localizancerca del apanato contráctil de cada miofibrilla. Las cister-nas terminales se encuentran justo pegadas a un túbulo T,formando una estructura denominada tríada. En micro-grafías electrónicas, la tríada aparece con tres círculos enfila. El círculo central es la membrana del túbulo T, y loscírculos de los lados son las membranas de las cisternas ter-minales. Un aniílisis más profundo de la tríada revela quelas cisternas terminales parecen estar conectadas al túbuloT por un material denso que se encuentra entre las dosmembranas. Este material se conoce como complejo deunión (del que hablaremos dentro de poco).

La cercania entre el túbulo T, las cisternas terminalesdel SR y la maquinaria contráctil, explica el hecho de quelas células musculares respondan al impulso nervioso tanrápidamente. Los potenciales de acción viajan desde la pla-ca motora terminal, se propagan a lo largo del sarcolema ypenetran en el túbuloT (Figura 16.21). A medida que elpotencial de acción viaja por el túbulo T, pasa cerca de lascisternas terminales del SR, y provoca que se abra un tipoespecial de canal de calcio. Cuando este canal se abre, elcalcio inunda el sarcoplasma, provocando la contracción.

La liberación del calcio del SR provoca la contracciónde la célula muscular. Para que el músculo se relaje, la con-centración de calcio debe reducirse hasta los niveles basa-les. Esto se consigue a través del bombeo de calcio al inte-rior del SR. La membrana del SR posee una proteína detransporte activo, una AIPasa de calcio, que es capaz debombear calcio desde el sarcoplasma al interior del SR. El

mecanismo dependiente de ATP a través del cual el calciose mueve a través de la bomba, es similar al de la bomba so-dio-potasio descrito en el CapítuIo 8 (véase Figura 8.11).

El bombeo de retorno del calcio desde el sarcoplasma alinterior de las cisternas del SR disminuye rápidamente laconcentración del calcio sarcoplásmica hasta el punto en elque la troponina libera el calcio, la tropomiosina vuelve asu posición de bloqueo sobre la actina, y se inhibe la for-mación de puentes de cruzamiento adicionales. De estamanera) los puentes desaparecen rápidamente a medidaque la actina se disocia de la miosina, que queda bloquea-da por la tropomiosina. Esto hace que el músculo se relajey pueda estirarse de nuevo, ya que la ausencia de puentesde cruzamiento permite que los filamentos finos se desli-cen entre los filamentos gruesos, debido al estiramientopasivo que producen otros tejidos sobre el músculo.

El acoplamiento eléctrico entre las células muscularescafdíacas perm¡te su contracc¡ón cooldinada

El músculo cardíaco (del corazón) es el responsable del la-tido del corazón y del bombeo de la sangre por el sistemacirculatorio del cuerpo. El músculo cardiaco funciona in-interrumpidamente; en solo un año, ¡su corazón late 40millones de veces! El músculo cardíaco es muy similar alesquelético, en cuanto a que tiene una organización similarde los filamentos de actina y de miosina y a que presenta lamisma apariencia estriada (Figura L6.22). Pero a diferenciadel músculo esquelético, la energía necesaria para el latidodel corazón en condiciones basales, no la proporciona laglucosa de la sangre, sino los ácidos grasos libres que sontransportados por la albúmina sérica, una proteína sanguí-nea, desde el tejido adiposo (almacén de grasa) hasta el co-razón.

Otra diferencia entre el músculo cardíaco y el esquelé-tico es que las células cardlacas no son multinucleadas. En

Uniónneuromuscular

Sarcolema

Túbulo T

Miofibri l la

Figwa L6.2L Estimulación de una célula muscular por un impulso nervioso, @ El potencial de acción se transmite a lo largo del axón de unaneurona hasta que alcanza la unión neuromuscular, donde se encuentran las sinapsis entre la neurona y la célula muscular. @ Ladespolarización de los terminales axonales provoca la liberación del neurotransmisor, que se une a los receptores de acetilcolina en lasuperficie de la célula muscular. La unión del neurotransmisor a los receptores de acetilcolina produce la despolarización de la célulamuscular. La despolarización se propaga a lo largo de la superficie de esta célula y en el interior, a través de los túbulos T. @ En el interiorde la célula muscular, la despolarización estimula la liberación de calcio desde las cisternas terminales del SR.

516 Capítulo 16 Movimiento celular: motilidad y contractilidad

Mitocondria

Una)t iora

(célula)

---rsttm-

Figwa L6,22 Gélulas musculares cardiacas, Las célulasmusculares cardíacas tienen un mecanismo contráctil y unaestructura del sarcómero similar a la de las células del músculoesquelético. Sin embargo, las células musculares cardíacas estánunidas por sus extremos gracias a los discos intercalares, quepermiten el paso de iones y de señales eléctricas de una célula aotra. Esta permeabilidad iónica permite que el estímulo contráctilse propague uniformemente a todas las células del corazón (LM).

lugar de esto, las células están unidas unas a otras por susextremos mediante unas estructuras denominadas discosintercalares. Estos discos tienen uniones comunicantes(gap) (véase Capítulo 17) que acoplan eléctricamente a lascélulas vecinas, lo que permite que las ondas de despolari-zación se propaguen a través de todo el corazón durante suciclo de contracción. El corazón no se activa por impulsosnerviosos, a diferencia del músculo esquelético, sino que secontrae de forma espontánea aproximadamente una vezcada segundo. El ritmo cardíaco está controlado por unaregión (marcapasos> situada en la parte superior del cora-zón (aurícula derecha). La onda de despolarización se ini-cia en el marcapasos y se propaga después al resto del cora-zónpara producir el latido cardíaco.

El músculo liso se aseme¡a más a las célulasno musculares que al músculo esquelético

El músculo liso es el encargado de la contracción involun-taria como la del estómago, el intestino, el útero y la de losvasos sanguíneos. En términos generales, dichas contrac-ciones son lentas, y tardan 5 segundos en alcanzar su ten-sión máxima. Las contracciones del músculo liso general-mente duran más que las del músculo esquelético ocardíaco. Aunque el músculo liso no sea capaz de contraer-se rápidamente, es capaz de mantener la tensión duranteperiodos de tiempo prolongados, como se requiere en losórganos y tejidos mencionados anteriormente.

Estructura del músculo liso. Las células musculares lisas sonIargas y finas, con extremos puntiagudos. A diferencia de

los músculos esquelético y cardiaco,el músculo liso no pre-senta estrías (Figura I6.23a). Las células musculares lisascarecen de discos Z, que son los responsables de la organi-zación periódica de los sarcómeros de las células muscula-res cardíacas y esqueléticas. En su lugar, las célulasmusculares lisas presentan cuerpos densos, que son estruc-turas con forma de placa que contienen filamentos inter-medios y que se encuentran en el citoplasma y en la .membrana celular (Figura I6.23b). Aestos cuerpos densos, .se anclan haces de filamentos de actina por sus extremos.Como consecuencia, los filamentos de actina aparecen en-trecruzados, alineados de manera oblicua al eje mayor de lacélula. Los filamentos finos y gruesos en el músculo liso es-tán conectados por puentes de cruzamiento, pero no de lama.nera regular y repetitiva que hemos visto en el músculoesquelético.

(a) Células del músculo l iso ar1 _^ .;-," '

Haces def i lamentos intermedios

(b) Contracción de una célula del músculo l lso

Fífuta t6.23 Músculo liso y su contracción. (a) Las célulasmusculares lisas son largas y con forma de huso, sin sarcómeros nidiscos Z (LM). (b) En la célula del músculo liso, los hacescontráctiles de actina y de miosina aparecen anclados a unasestructuras con forma de placa denominadas cuerpos densos. Loscuerpos densos están conectados unos a otros a traVés defilamentos intermedios, orientando de esta manera los haces deactina y miosina oblicuamente al eje mayor de la célula. Cuando loshaces de actina y miosina se contraen, tiran de los cuerpos densos yde los filamentos intermedios, produciendo la contracc-ión celular'que se muestra en esta figura.

Movimiento basado en los filamentos: el músculo 517

Regulación de la contracción en las células musculares lisas,La contracción de las células musculares lisas y de las célu-las no musculares se regula de manera diferente a como seregula en las células del músculo esquelético. Thnto en lascélulas del músculo esquelético como en las células delmúsculo liso, el estímulo que desencadena la contracción esel aumento de la concentración sarcoplásmica de iones decalcio; sin embargo, los mecanismos que están implicadosson bastantes diferentes. Cuando la concentración sarco-plásmica de calcio se eleva en las células no musculares y enlas del músculo liso, se ponen en marcha una serie de fenó-menos, que suponen la activación de la quinasa de cadenasligeras de miosina (MICK). La MLCK activada, fosforilaun tipo de cadena ligera de la miosina conocida como ca-dena ligera reguladora (véaseFigara 16.9, miosina II).

La fosforilación de la cadena ligera de la miosina afectaa la miosina de dos maneras. En primer lugar, algunas mo-léculas de miosina están hechas un ovillo, de tal maneraque no forman filamentos. Cuando la cadena ligera de lamiosina se fosforila, la cola de la miosina se desenrosca ypuede así formar los,filamentos. En segundo lugar, la fos-forilación de la cadena ligera activa a la miosina, posibili-

tando su interacción con los filamentos de actina y por Iotanto, llevar a cabo el ciclo de formación de puentes decruzamiento.

La Figura I6.24a muestra la cascada de eventos queocurren durante la activación de Ia miosina no muscular y

la del músculo liso. Como consecuencia de la llegada de unimpulso nervioso o de una señal hormonal a un músculoliso, se produce una entrada de calcio extracelular, quehace que la concentración de calcio intracelular aumente yse produzca la contracción. El efecto de la concentraciónde calcio sobre la contracción está mediado por la unióndel calcio a Ia calmo dulina. El complej o calcio - calmo dulin apuede unirse a la quinasa de la cadena ligera de la miosina,activándola. Esto tiene como resultado la fosforilación delas cadenas ligeras de la miosina, y que ésta pueda interac-cionar con la actina provocando Ia contracción.

La regulación de MLCK por el calcio y la calmodulinaes un ejemplo de un patrón común en Ia regulación de lasproteínas quinasas. La MLCK contiene una secuencia pep-tídica en un extremo denominada pseudosustrato, que esuna secuencia de aminoácidos similar a la del sustrato nor-mal de la enzima. En este caso, el sustrato real es una se-cuencia de aminoácidos de la cadena Iigera de la miosinaque es reconocida por la MLCK. Dentro de esta secuenciase encuentra la serina que acepta el fosfato del ATP. En elpseudosustrato, en la posición de esta serina se encuentraotro aminoácido que no puede aceptar el grupo fosfato.

La región del pseudosustrato de MLCK es responsablede su propia inhibición. Este tipo de inhibición enzimáticase conoce como autoinhibición, porque, efectivamente, esla propia enzima quien se inhibe a sí misma. No obstante,existe también un sitio de unión a calcio-calmodulina pró-ximo a la región del pseudosustrato. Cuando la calcio-cal-

modulina se une a la MLCK, el pseudosustrato ya no es ca-paz de inhibir a Ia enzima, y ésta se activa.

Unavez activada,la MLCK puede fosforilar a la miosi-na. La fosforilación de la cadena ligera de la miosina, pro-voca la activación de la miosina. Esto supone la capacidadde interaccionar con la actina y que se desenrosquen las co-las de la miosina y puedan interaccionar con otras molécu-las de miosina formando filamentos (Figura I6.24b).Cuando l'uelve a disminuir la concentración de calcio en lacélula del músculo liso, la MLCK se inactiva, y otra enzima,7a fosfatasa de cadenas ligeras de miosina, elimina el grupofosfato de la cadena ligera de la miosina. El músculo en-tonces se relaja, ya que la miosina defosforilada es incapazde interaccionar con la actina.

Los iones de calcio activan la contracción tanto en elmúsculo esquelético como en el liso, pero lo hacen a travésde diferentes mecanismos y además tiene un origen distin-to. En el músculo esquelético el calcio proviene del retículosarcoplásmico. Su efecto sobre Ia interacción miosina-acti-na está mediado a través de la troponina y es muy rápido,porque únicamente depende de cambios conformaciona-les. En el músculo liso, el calcio proviene del exterior celu-la¡ y su efecto está mediado a través de la calmodulina. Eneste caso, el efecto es más lento porque implica la modifica-ción covalente (fosforilación) de la molécula de miosina.

Movimientos basados en actina,en células no musculares

El aspecto mejor conocido de la actina y la miosina es supapel como principales componentes de los filamentos fi-nos y gruesos de las células musculares. No obstante, las cé-lulas musculares son sólo un caso muy especializado demovimientos celulares mediados por la interacción de lamiosina y la actina. En casi todas las células eucariotas seha encontrado miosina y actina y se sabe que desempeñanun papel muy importante en varios tipos de movimientosno musculares. Un ejemplo de esta motilidad dependientede actina es el que ocurre durante la citoquinesis (véaseCa-pítulo 19). En este apartado, trataremos otros ejemplos.

La migracién celular por lame¡ipodios implica ciclosde extensión, unión, cambio de lugat y desunión

Los microfilamentos de actina (MFs) son necesarios parael movimiento de la mayoría de las células animales nomusculares. Muchas células no musculares, como los fi-broblastos, el cono de crecimiento de las neuronas, y mu-chas células embrionarias de animales, son capaces de rep-tar sobre un sustrato. En este apartado, estudiaremos unejemplo de este tipo de movimiento en el que intervienenlos filopodios y lamelipodios, cuya estructura interna yaexaminamos en el Capítulo 15. Más adelante en otro aDar-

5 1 8 CapÍtulo 16 Movimiento celular: motilidad y contractilidad

Ca2'

F"ht "d,rraI (inactiva) |

FLoK(ñt¡*t

--{ r/eA

GI Se forra

"l complejo

calcio-calmodulina

Fl ¡nmnloin l la2+-

calmodulina se une al sitiode unión a Ca2*-calmodulina de la MLCK,activándola

W1Pseudosustrato Iunido al sitio Icatalítico

+

oSitio de anióna CaZ*-calmodulina

Complejo Ca2*-calmodulinaunido a MLCK

La m¡os¡nafosforiladapuede un¡rsea la act¡na

(a) Fosforilación de la mioslna l l por la quinasa de la cadena ligerade la miosina (MLCK)

tado, estudiaremos el movimiento ameboide, que repre-senta otro ejemplo especializado de este movimiento.

El reptado de una célula incluye varios procesos: (1)extensión de una protrusión en el extremo guía de la cé-

0,25 pm(b) Moléculas de miosina enroscadas y desenroscadas

Fgura L6.24 Fosfodlación de la miosina en las células delmúsculo liso y en células no musculares. (a) La función delas miosinas II no musculares y las del músculo liso estánreguladas por Ia fosforilación de las cadenas ligerasreguladoras. @ Un impulso nervioso o una señalhormonal desencadena la entrada de iones de calcio en lacélula. @ Cuando alcanzanuna concentración losuficientemente elevada, los iones de calcio se unen a lacalmodulina, formando un compleio calcio-calmodulinaactivo. @ H complejo calcio-cálmodulina se une a unaregión de la quinasa de la cadena ligera de la miosina(MLCK) que se solapa con la región del pseudosustrato.Cuando esto ocurre, la parte del pseudosustrato se suelta,activándose asl la MLCK. @ fa UfCf activada fosforila alas cadenas ligeras de la miosina, esté la miosina enroscada odesenroscadal @ La miosina activada (y desenroscada)puede unirse a la actina y experimentar el ciclo deformación de puentes de cruzamiento. (b) Micrografíaselectrónicas de moléculas de miosina enroscadas ydesenroscadas (TEMs).

lula; (2) unión de la protrusión al sustrato; (3) gene-ración de tensión, que empuja la célula hacia delante; y(4) liberación de las uniones y retracción de la <colau dela célula. Estos procesos se recogen en la Figura 16.25.

miosina ll, ya seaen su formaenroscaoa odesenroscada

Sitios de unión

Movimientos basados en actina, en células no musculares 519

Lamelipodio

o

Fibrasde adhesión

Nuevo puntode adhesión

Figura 16.25 Etapas en el feptado de una célula, En el reptado celular tienen lugar varios procesos, que incluyen la protrusión celulatunión al sustrato y fenómenos contráctiles. En este esquema podemos ver cómo el extremo guía de un macrófago @ , forma protrusiones(lamelipodios) que se extienden en la dirección del movimiento. Estas prot@iones pueden adherirse al sustrato, o bien puedenextenderse y retraerse. @ Cuando las protrusiones se adhieren, proporcionan puntos de anclaje para los filamentos de actina.

@ La tensión en los filamentos de actina puede producir el avance del resto de la célula. Puede suceder que Ia célula se adhiere fuertementeal sustrato, y que esto produzca que una parte de la cola se rompa y se quede atrás mientras la célula avarrza.

Dirección delmovimiento

En la Figura 16.26 se muestra una micrografia de micros-copía electrónica de barrido de una célula reptando.

Plotrusiones. Para repta¡ una célula debe producir exten-siones, o protrusiones, en su parte frontal, o extremo guía.

Ttr----Figura 16,26 Micrografia electrónica de banido de un fibroblasto deratón con numerosos filopodios que se extienden desde la supeúiciecelu¡ar.

Un tipo de protrusión es una fina lámina de citoplasma de-nominada lamelipodio (en latín: lamellipodium; plural la-mellipodia). Otro tipo de protrusión es una estructurapuntiaguda y fina conocida como filopodio (enlatin: filo-podium;phnal: filopodla). Estos dos tipos de protrusiones,a menudo, se convierten una en otra, durante la migraciónde una célula reptante.

El flujo retrógrado de la actina F constituye un fenó-meno fundamental en la dinámica de las protrusiones. Elflujo retrógrado ha sido estudiado con profundidad en cé-lulas nerviosas en cultivo, que muestran unos apéndicesreptantes denominados conos de crecimiento. Este procesoparece ser fundamental en la migración de muchas célu-las. Durante el flujo retrógrado, existe un movimientoneto de los microfilamentos hacia la parte de atrás de laprotrusión a medida que ésta se extiende. Estas estructu-ras filamentosas desaparecen poco a poco si se tratan lascélulas con citocalasina, lo que demuestra que están com-puestos fundamentalmente por actina. El flujo retrógradoparece ser consecuencia de dos procesos simultáneos: En-samblaje de la actina en la punta del lamelipodio o filopo-dio en crecimiento, y :una translocación trasera de los fila-mentos de actina hacia la base de la protrusión (Figura16.27). En una célula normal el ensamblaje en el frente yla translocación trasera están en equilibrio; en función deque predomine uno u otro, la protrusión se extenderá oretraerá.

Alavez que tiene lugar la extensión de la punta de laprotrusión,la actina polimerizada es dirigida hacia la basede la protrusión, donde se despolimeriza. Los monómerosde actina liberados quedan disponibles para incorporarse alos extremos más de microfilamentos nuevos o en creci-

520 Capitulo 16 Movimiento celular: motilidad y contractilidad

Miosina

Estacionario:Equil ibrio entre la polimerización y el f lujo retrógrado

Actina FActina G

Flujo retrógrado de actinamediado por la miosina

Sustrato

Movimiento hacia delante:La unión de la célula frena el f lujo retrógrado, lo que provocala extensión

Sustrato estable al sustratoa través de la integrina

Figuta L6.27 Unión al sustrato y fomación de protrusiones en unacélula en miglación, Modelo que explica cómo las unionesfuncionan como un <embrague> que permite el avance de la célula.Los microfilamentos están orientados en un lamelipodio con susextremos más (barbados) hacia la punta de las protrusiones. En unaprotrusión inmóvil, el flujo retrógrado mediado por Ias miosinasdirigen los microfilamentos hacia la parte trasera, al mismo tiempoque los monómeros de actina G se incorporan en la punta de laprotrusión. Cuando el flujo retrógrado es frenado mediante launión al sustrato (es decir, se acopla el nembraguer,), lapolimerización produce Ia elongación de la protrusión y elmovimiento hacia delante.

miento, mientras que la célula continúa reptando hacia de-lante. La translocación trasera de los polímeros de actinaestá dirigida seguramente por miosinas. Diversos estudioshan mostrado que la miosina II es abundante en la base delos lamelipodios de varios tipos celulares (Figura 16.28) yque determinadas sustancias que desorganizan los moto-res de miosina, inhiben el flujo retrógrado.

Unión al sustrato. La unión o la adhesión de la célula alsustrato, es también necesaria para el reptado de la célula.Se deben formar nuevos sitios de unión en la parte frontalde la célula, y se deben romper los contactos en la parte tra-sera. Los sitios de unión entre la célula y el sustrato son es-tructuras complejas, constituidas por la unión de proteínasde la membrana plasmática a otras proteínas, tanto del ex-terior, como del interior de la célula. Las integrina.s, que es-tudiaremos en el Capítulo J 7, son una familia de estas pro-teínas de unión. En el exterior de la célula, las integrinas seunen a proteínas de la matrizextracelular. En el interior, las

Figura 16,28 Distribución general de la miosina ll y la actina en unfibroblasto. En las proximidades del extremo guía (parte superior),la miosina se encuentra formando pequeñas manchas (puntas deflecha), que no están asociadas con estructuras de actina biendefinidas. Algunas manchas (cabezas de flecha más grandes)aparecen en ei punto que se juntan pequeños haces de actina. Lasmanchas de miosina más alejadas del frente, se alinean a lo largo delos frlamentos de actina (flechas).

integrinas se conectan a los filamentos de actina a través deproteínas de enlace.

La adhesión más o menos fuerte de una célula a su sus-trato, probablemente a¡rde a romper el equilibro entre elflujo retrógrado y la incorporación de subunidades de ac-tina en el extremo más.Desde este punto de vista, el flujoretrógrado se asemeja a un coche en punto muerto. Unavez que se introduce una marcha, el coche se mueve rápi-damente hacia delante. De igual manera, la unión fuertedel extremo guía al sustrato, resiste el flujo retrógrado yrompe el equilibrio a favor del movimiento hacia delante(Figura 16.27).

Tmnslocación y desunión. Una célula reptante coordina laformación de protrusiones y Ia unión al sustrato con elavance de toda la célula. La contracción de la parte traserade la célula empuja al resto de ésta hacia delante y Ia liberade sus uniones en la parte trasera. Diversos estudios sugie-ren que la contracción está mediada por la interacción en-tre las miosinas y la actina. La miosina II no se localiza úni-camente en la base de las protrusiones, sino más allá,haciala parte trasera de la célula. En células mutantes que noposeen miosina II del moho del cieno Dictyostelium, lacapacidad de retraer el extremo trasero de la célula está

4pm

Movimientos basados en actina, en células no musculares 52r

disminuida, lo que apoya la idea de la implicación de lamiosina en esta contracción.

La contracción de la célula debe estar acoplada a la des-unión del sustrato del extremo trasero de la célula. Estadesunión supone la ruptura de los contactos de adhesión.Los contactos de una célula en su parte trasera son, a veces,muy fuertes y la cola de la célula se rompe durante el des-plazamiento (véase Figt¡¡ra 16.25). En general, la intensidadde las uniones de una célula a su sustrato determina la ve-locidad a la que esta célula puede migrar.

El movimiento amebo¡de se basa en clclos de gelificacióny solificación del citoesqueleto de act¡na

Las amebas, el moho del cieno y los leucocitos desarrollanun tipo de movimiento reptante conocido como movi-miento ameboide (Figura 16.29). Este tipo de movimien-to viene acompañado de la formación de protrusiones delcitoplasma denominadas pseudopodos (del latin pseudo-podia; singlJar: pseudopodium, que proviene del griego ysignifica <falso pie>). Las células que muestran este tipo demovimiento presentan una capa externa de citoplasma ge-latinoso y espeso, denominado ectoplasma y una capa in-terna de un citoplasma más fluido que se conoce como en-doplasma. En una ameba, a medida que un pseudopodo seextiende, el endoplasma fluye hacia delante, dirigiéndosehacia la extensión y se solidifica en ectoplasma en Ia puntadel pseudopodo. Mientras tanto, en la parte trasera de lacélula, el ectoplasma se transforma en endoplasma que flu-ye hacia el pseudopodo. La alternancia entre estos estadosdel citoesqueleto de actina se denomina gelificación-soli-ficación. Las protelnas como la gelsolina que se encuen-tran en estos geles, pueden ser activadas por calcio paraconvertir el gel en la forma de sol, más fluida. Se ha de-

mostrado en varios experimentos que el flujo hacia delan-te en el pseudopodo no requiere que la parte trasera de lacélula se contraiga: cuando se elimina la membrana celularde un pseudopodo con detergentes, los componentes res-tantes son capaces de producir aquel flujo si se adminis-tran los iones y sustancias químicas necesarias. La presiónejercida sobre el endoplasma, posiblemente producida porla contracción de una red de actomiosina en el extremotrasero de la célula, puede impulsarlo también hacia delan-te, ayrdando a la formación de una protrusión en el extre-mo guía.

Los componentes celulales de algunas cé¡ulas se muevengrac¡as a corrientes citoplasmáticas

Las corrientes citoplasmáticas, un movimiento del citosoldependiente de actomiosina, se observa en varios organis-mos que no manifiestan movimiento ameboide. Por ejem-plo, en algunos mohos del cieno como Physarum polyce-phalum las corrientes citoplásmicas van y vienen por todala red ramificada que constituye su masa celular.

Muchas células vegetales muestran un flujo circular delos componentes celulares alrededor de una vacuola cen-tral. Este flujo, conocido como ciclosis, ha sido muy estu-diado en el alga gigante Nitella. En este caso, el movimien-to hace circular los componentes celulares y los mezcla. Enel flujo citoplásmico participan los filamentos de actina, yse inhibe cuando se trata a las células con citocalasina. EnNitella, cerca de los sitios donde tiene lugar la ciclosis, seencuentra un conjunto de microfilamentos alineados. Enla ciclosis, también participan, probablemente, las miosi-nas que proporcionaríanlafuerza para mover los compo-nentes dentro del citoplasma. Cuando se añaden microes-feras de látex recubiertas con varios tipos de miosina a

(al Amoeba - S0 lrm - (bl Amoeba englobando a su presa

' con los oseudópodos

' 50 ¡lm

Figura 16,29 Movimiento ameboide. (a) Micrografia de Amoeba proteus,ún protozoo que se mueve a través de la extensión depseudopodos. (b) Esta micrografia muestra a una ameba usando sus pseudópodos para englobar una pequeña célula ciliada, de la que laameba se alimenta por fagocitosis (LMs).

522 Capitulo 16 Movimiento celular: motilidad y contractilidad

células de Nitella previamente lisadas, se observa que lasesferas se mueven a lo largo de los filamentos de actina deuna manera dependiente de AIR en la misma direcciónque se mueven los orgánulos.

La quimiotaxis es un mov¡miento direccional producidopof un gfad¡ente quimico

Un aspecto clave de la migración de las células en el cuer-po y en los embriones es que es direccional. Una forma enla que ocurre la migración direccional, es a través de la for-mación de protrusiones predominantemente en un ladode la célula. En este caso, las células no sólo deben regularsi forman protrusiones, sino dónde las forman. Las molé-culas difusibles pueden ser claves para este tipo de migra-ción direccional. El fenómeno por el que una célula semueve hacia una concentración mayor o menor de unamolécula difusible, se conoce como quimiotaxis. Las mo-léculas que producen esta respuesta se denominan qui-

mioatrayentes (cuando la célula se mueve hacia concentra-ciones mayores de la molécula) o quimiorepelentes (si lacélula se aleja de las concentraciones altas de la molécula).La quimiotaxis ha sido estudiada en detalle en los leucoci-tos de la sangre y en la ameba Dyctiostelium. En ambos ca-sos el aumento de la concentración local de un quimioa-trayente (pequeños péptidos en el caso de los leucocitos yAMP cíclico en el caso de Dyctiostelium) produce cambiosprofundos en el citoesqueleto de actina, que englobancambios bioquímicos en las proteínas de unión a la actinay la migración de la célula hacia la fuente del quimioatra-yente. Éstos tienen lugar mediante la activación local de re-ceptores en la superficie celular para la sustancia quimioa-trayente (o quimiorepelente). Los receptores son del tipode los acoplados a proteínas G, que ya hemos analizado enel Capítulo 14. La forma en la que Ia activación de estos re-ceptores estimula al citoesqueleto para formar protrusio-nes en la dirección de la migración, constituye en la actua-lidad, una excitante área de investigación.

La motilidad es un proceso fundamentalen la biología celular. Nuestro conoci-miento de los mecanismos que subyacena la moti l idad de los organismos eucario-tas se ha incrementado notablemente enla última década, yya comprendemos queestá dirigido en el nivel molecular poruna serie de motores moleculares depen-dientes de AIP. Estas moléculas muevenIos componentes celulares a lo largo delcitoesqueleto, que constituyen una seriede pistas para llevar a dichos componen-tes a su lugar.

Se conocen dos sistemas principalesde motilidad en los eucariotas, uno basa-do en la interacción de la dineína o la qui-nesina con los microtúbulos, y el otro ba-sado en la interacción de la miosina conlos filamentos de actina. Las quinesinas ylas dineínas citoplásmicas son motoresmoleculares que transportan estructurasintracelulares en direcciones opuestas a lolargo de las pistas de los MTs. El axonemapresente en cilios y flagelos es un ejemploespecializado de la interacción entre Ia tu-bulina y la dineína. Los nueve dobletesexternos del axonema están conectadoslateralmente uno a otro, y radialmente al

par central de microtúbulos. Los brazosde dineína se proyectan desde un dobletede MTs a1 siguiente, deslizando un grupode MTs sobre el siguiente. Existe una re-sistencia a este desl izamiento, que viene

determinada por las espinas radiales en-tre los dobletes y el par central de micro-túbulos, y por las uniones entre dobletesadyacentes. Como consecuencia, el desli-zamiento se transforma en un incurva-miento.

La actina y la miosina se encuentranampliamente distribuidas en las célulasno musculares, donde part icipan en va-rios tipos de movimientos como la repta-ción de las células, el movimiento ame-boide, las corrientes citoplasmáticas y Iacitoquinesis. La contracción del músculoesquelético constituye un ejemplo espe-cialízado de esta motilidad. La contrac-ción muscular supone el deslizamientoprogresivo de los filamentos finos de acti-na sobre los filamentos gruesos de miosi-na) que está gobernado por la interacciónentre la cabeza NIP-asa de las moléculasde miosina y sitios de unión a los fila-mentos de actina. La contracción se des-encadena tras de la liberación de calcio

desde el retículo sarcoplásmico y finalizacuando se bombea activamente el calciode vuelta al SR. En el músculo esqueléti-co, el calcio se une a la troponina y pro-duce un cambio conformacional en latropomiosina, que deja libre los sitios deunión entre la miosina y los filamentos fi-nos. En el músculo liso, el efecto del calcioestá mediado a través de la calmodulina,que activa la quinasa de Ia cadena ligerade la miosina que, finalmente, fosforila asu sustrato.

Las células que reptan representan unejemplo llamativo de la motilidad basadaen actina. Durante el reptado, Ia polime-rización de la actina produce Ia extensiónde las protrusiones celulares; Ia unión deIas protrusiones al sustrato y la contrac-ción de la célula, producen su avance.

El movimiento ameboide, en el quetienen lugar ciclos de gelificación y solifi-cación, a medida que se extienden lospseudópodos, es otro tipo de movimien-to mediado por actina, al igual que elmovimiento de partículas dentro de Iacélula, como la ciclosis de las células ve-getales y las algas, y las corrientes cito-plasmáticas.

Perspectiva 523

Problemas

Los problemas de mayor diflcultad están marcados con un ..

16.1 Tríada de Kartagener. La esterilidad en hombres con latríada de Kartagener se debe a que los espermatozoides nopueden moverse. El análisis citológico de los espermatozoidesde dichos individuos revela que a sus colas (es decir, susflagelos) Ies falta uno o más de sus componentes estructuralesnormales. Dichos individuos pueden sufrir enfermedades deltracto respiratorio, particularmente bronquitis y sinusitisrecurrente, que está provocado por su incapacidad de limpiar elmoco de sus pulmones y senos.

(a) ¿Cuiíl es el mecanismo que explica la inmovilidad de losespermatozoides en dichos casos de esterilidad?

(b) ¿Por qué la disfunción respiratoria está asociada con Iaesterilidad en los individuos afectados?

L6.2 Una experiencia móvil. Indica cuál de las siguientesafirmaciones es verdadera para el sistema móvil que se utilizapara elevar el brazo (A), para provocar el latido del corazón (C),para mover la comida ingerida a través del intestino (I) o parabarrer el moco y los detritos del tracto respiratorio (R). Puedehaber más de una respuesta correcta en algún caso.

(a) Depende de los músculos que tienen una aparienciaestriada cuando se examinan con un microscopioelectrónico.

(b) Se vería probablemente afectado por las mismas drogas queinhiben la motilidad en un protozoo flagelado.

(c) Requiere AIP.

(d) Implica una señal de calcio mediada por la calmodulina.

(e) Supone la interacción entre los filamentos de miosina y .actina,

(f) Muestra una fuerte dependencia energética de la oxidaciónde los ácidos grasos.

(g) Está bajo el control del sistema nervioso voluntario.

16.3 Estructura del músculo. El músculo esquelético de larana está formado por filamentos gruesos con una longitudaproximada de 1,6 ¡tmy filamentos finos de I ¡rm de largo.

(a) ¿Cuál es la longitud de la banda A y de la banda I en unmúsculo con una longitud del sarcómero de 3,2 pm?Describe qué le sucede a la longitud de ambas bandascuando la longitud del sarcómero disminuye de 3,2 a2,0 pm.

(b) Lazona H es una zona específica de la banda A. Si lalongitud de la zona H de cada banda A disminuye de 1,2 a0 ¡rm a medida que la longitud del sarcómero pasa de 3,2 a2,0 ¡tm, ¿qué se puede deducir del significado físico de lazonaH?

(c) ¿Qué se puede decir de la distancia desde el disco Z allímite de lazona H durante la contracción?

L6.4 Rigor mortis y el ciclo de contracción. En la muerte, losmúsculos del cuerpo se lrrelven rígidos e inextensibles, y se diceque el cadáver ha entrado en rigor.

(a) Explique los fundamentos del rigor. ¿En qué parte del ciclode contracción se detiene el músculo? ¿Por qué?

(b) ¿En qué situación se entraría más rápidamente en rigor, sila muerte sobreviene vendo presurosamente a clase osentado leyendo?

(c) ¿Qué efecto piensa que tendría la adición de AIP a losmúsculos en rigor?

.16.5 AMPPCP y el ciclo de contracción. AMPPCP es Iaabreviación de un análogo estructural del AIP en el que eltercer grupo fosfato está unido al segundo por un grupo CH, envez de por un átomo de oigeno. AMPPCP se une al sitio deunión al AIP de casi todas las AIP-asas, incluida la miosina. Sinembargo, a diferencia del ATP su grupo fosfato no puedeeliminarse por hidrólisis. Cuando se aíslan miofibrillas y secolocan en un frasco que tiene iones de calcio y AMPPCP, lacontracción se detiene rápidamente.

(a) ¿En qué fase del ciclo se detendrá la contracción con elAMPPCP? Dibuje la conformación de los filamentos finos,frlamentos gruesos y los puentes de cruzamiento en laconfiguración detenida.

(b) ¿Piensa que la contracción volvería a producirse si se añadeATP al frasco con las miofibrillas detenidas por elAMPPCP? Explique por que.

(c) ¿Qué otros procesos pueden verse inhibidos por AMPPCPen el músculo?

16.6 Atraído en dos direcciones. La zona H se encuentra en lamitad de los sarcómeros del músculo esquelético, flanqueadapor un disco Z a cada lado. Los discos Z de cada lado sedesplazan en dirección contraria hacia Ia zona H durante lacontracción. Sin embargo, la miosina sólo puede avaÍzaf en unadirección a lo largo de los filamentos finos. ¿Cómo se puedenconciliar los movimientos de los discos Z en direccionescontrarias con el movimiento unidireccional de la miosina a loIargo del filamento de actina?

L6.7 Tic nervioso. Durante el transcurso de conflictos bélicosrecientes, se ha discutido sobre las <armas de destrucciónmasiva>, incluyendo los gases nerviosos. Uno de estos gasescontiene el agente químico sarin. El sarin inhibe la recapturadel neurotransmisor acetilcolina. ¿Qué efecto esperaría quetuviese el gas sarin sobre Ia función muscular de los individuosexpuestos al gas nervioso, y por qué? Detalle en su respuestacómo afectaría el gas sarin a Ia unión neuromuscular, y quéefecto tendría sobre la señalización y los procesos en elcitoesqueleto de los músculos afectados..16.8 Viendo manchas. En una técnica de microscopíaconocida como fotoactivación fluorescente, se inyectan a lascélulas monómeros (como la actina G) unidos a fluoresceína<enjaulada>, que no puede emitir fluorescencia ya que estámodificada covalentemente. Los monómeros inyectadospolimerizan formando los componentes del citoesqueleto, ydespués se puede irradiar un punto con un rayo ultravioletapara <desenjaular> a la fluoresceína. Esto hace que el polímerose vea como una mancha fluorescente cuyos movimientospueden seguirse utilizando microscopía computerizada.Asumamos que sólo los polímeros ensamblados pueden generarsuficiente señal como para ser vistos en un microscopio defluorescencia. Si se inyecta un fibroblasto en migración con

524 Capítulo 16 Movimiento celular: motilidad y contracti¡idad

actina fluorescente <eniaulada>, describa cómo sería elmovimiento de la actina si ésta se desenjaulara, en los siguienteslugares y bajo las siguientes condiciones.

(a) En el extremo guía de un fibroblasto en migración que seha soltado del sustrato.

(b) En el extremo guía de un fibroblasto en migración justodespués del tratamiento con citocalasina.

(c) En el extremo guía de un fibroblasto que migra sobre unsustrato rico en fibronectina.

16.9 Popurrí de motilidad. Conteste de la manera másconcisa posible, a las siguientes preguntas.

(a) Los melanóforos son células de los teleósteos rellenas degránulos de pigmentos que se usan para controlar lacoloración. Cuando los gránulos se agregan, las célulastienen una apariencia clara; cuando los gránulos de

Bibliografía recomendada

pigmento se dispersan, la célula se oscurece. El movimientode los gránulos está bajo control hormonal. ¿Cómo podríaaseverar que la distribución y el movimiento de losgránulos es un ejemplo de movimiento basado enmicrotúbulos?

Las fibras de estrés de las células no musculares contienenhaces contráctiles de actina y de miosina II. Para que lasfibras de estrés puedan contraerse y generar tensión, ¿cómotienen que estar orientadas la miosina y la actina dentro dela fibra?

El batido del flagelo del espermatozoide está determinadopor el control preciso del lugar y el momento en los que ladineína ejerce una fuerza sobre los microtúbulos. ExpliqueIa razón de esto e indique qué sucedería si todas lasmoléculas de dineína estuvieran ejerciendo fuerza aImismo tiempo.

(b)

(c)

Las referencias con importancia histórica están marcadas con .

Referencias generalesBra¡ D. Cell Movements: From Molecules to Motility,2nd ed.

New York: Garland, 2001.Schliwa, M. y G. Woehlke. Molecular motors. Nature 422

(2003): 759-76s.Stossel, T. P. The machinery of cell crawling. Sci. Amer.27L

(September 1994): 54-63.Vale, R. D. The molecular motor toolbox for intracellular

transport. CeII II2 (2003): 467 -480.

Motilidad basada en microtúbulosAllan, V. I., H. M. Thompson y M.A. McNiven. Motoring

around the Golgi. Nature Cell Biology 4 (2002):8236-E242.Asai, D. ].y M.P. Koonce. The dynein heavy chain: Structure,

mechanics and evolution . Trends CeIl Biol. 1 I (2001): 196..Brokaw, C. I., D. J. L. Luck, and B. Huang. Analysis of the

movement of Chlamydomonasflagella: The function of theradial-spoke system is revealed by comparison of wild-qpeand mutant flagella. J. CeIl Biol.92 (1982):722.

Endow, S.A. Kinesin motors as molecular machines. BioEssays25 Q003): 1212-1219.

. Goodenough, U. W. y I. E. Heuser. Substructure of the outerdynein arm. J. CelI Biol. 95 (1982):795.

. Grigg, G. Discovery of the 9 * 2 subfibrillar structure offlagella/cilia. BioEssays 13 (1991): 363.

Hirokawa, N. Kinesin and dynein superfamily proteins and themechanism of organelle transport. Science (1998) 279: 5I9.

Ibanez-Tallon, I., N. Heintz y H. Omran. To beat or not to beat:roles of cilia in development and disease. Hum. Mol. Genet.12 (2003): R27-R3s.

Karki, S. y E. L. Holzbaur. C¡oplasmic dynein and dynactin incell divisign and intracellular transport. Cun. Opin. CellB io l . Í (1999):45.

Porter, M. E. Axonemal dyneins: assembly, organization, andregulation. Curr. Opin. CeIIBiol. S (1996): 10-17.

'Satir, P. How cilia move. Sci. Amer.23l (October 1974): 44.

Schole¡ f. M. Intraflagellar Tiansport. Annu. Rev. CelI Dev. Biol.19 (2003): 423-443.

Movimiento basado en los filamentos en el músculo.Franzini-Armstrong, C. y L. D. Peachey. Striated muscles:

Contractile and control mechanisms. I. Cell BioI.91 (1981):t66.

Geeves, M. A. y K. C. Holmes. Structural mechanism of musclecontraction. Annu. Rev. Bio chem. 68 ( 1999) : 687 .

. Huxle¡ A. F. Reflections on Muscle. Princeton, Nf : PrincetonUniversity Press, I 980.

. Hude¡ H. E. The mechanism of muscular contraction. Science164 (1969): 1356.

.Maruyama, K. Birth of the sliding frlament concept in musclecontraction. J. Biochem. 117 (1995): 1.

Reed¡ M. C. Visualizing myosin's power stroke in musclecontraction. J. Cell Sci.1 l3 (2000): 3551.

Spudich, J. A. The myosin swinging cross-bridge model. Nal.Rev. Mol. CelI Biol.2 (2001):387-392.

Squire, ). M. Architecture and function in the muscle sarcomere.Curr. Opin. Struct. BioI.7 (1997):247.

Movimiento no muscular basado en los miclofilamentosHeidemann S. R. y R. E. Buxbaum. Cell crawling: First the

moto¡ now the transmission. I. Cell BioI. 141 (1998): 1.Iijima, M., Y. E. Huang y P. Devreotes. Temporal and spatial

regulation of chemotaxis . Dey. Cell3 (2002): 469-478.Kamm, K.E.y I. T. Stull. Dedicated myosin light chain kinases

with diverse cellular functions. J. Biol. Chem.276 (200L):4527-4530.

Lauffenburger, D. A. yA. F. Horwitz. Cell migration: A physicallyintegrated molecular process. Cell 84 (1996): 359.

Mermall, V., P. L. Post y M. S. Mooseker. Unconventionalmyosins in cell movement, membrane traffic, and signaltransduction. Science 279 (1998): 527.

.T"ylor, D.L.y I. S. Condeelis. C¡oplasmic structure andcontractility in amoeboid celts. Int. Rev. C.ytol. 56 (1979): 57.

Welch, M. D.,A. Mallavarapu, f. RosenblattyT. I. Mitchison.Actin d1'namics in vivo. Curc. Opin. CeIl Biol.9 (1997):54.

Bibliografia recomendada 525