organelas fibrilares 2011 (pp_tminimizer)

BIOLOGÍA CELULAR Y MOLECULAR

Organelas fibrilares:

centriolos, cilios y flagelos.

César Amanzo López

2011

Temario

• Introducción.

• Una breve revisión estructural de los

microtúbulos.

• El centro organizador de microtúbulos:

centrosoma, cuerpo basal.

• Cilios y flagelos.

Cilios FlagelosUSMP-FMH Amanzo 2

Cilios Flagelos

Te

orí

a e

nd

os

imb

ióti

ca

USMP-FMH Amanzo 3

USMP-FMH Amanzo Cilios Flagelos 4


Microtúbulos• Determinan la posición de las organelas

citoplasmáticas y dirigen el transporte dentro de la célula.

• Son estructuras rígidas y fuertes.

Filamentos intermedios• Determinan la forma de la superficie celular y son

necesarios para el movimiento celular.• Son difíciles de doblar pero fáciles de romper

Microfilamentos• Determinan la forma de la superficie

celular y son necesarios para el movimiento celular.

• Son difíciles de doblar pero fáciles de romper

Cito

esq

ue

leto


Estructurasrígidas y fuertes

Estructuras fáciles de doblar pero difícilesde romper.

Difíciles de doblarpero fáciles de romper


Microvellosidades

Cortex (Microfilamentos)

Uniones adherentes

Desmosoma

Hemidesmosoma

Lámina basal

Filamentos intermedios

Microtúbulos

Microfilamentos

Cilios Flagelo Centrosoma: 2 centriolos


Los cilios, flagelos y centriolos tienen una

estructura común:

Microtúbulos

Propiedades de los microtúbulos, Filamentos intermedios y Microfilamentos

Microtúbulos Filamentos

intermedios

Filamentos de actina

Incorporación de

subunidades en la

polimerización

Heterodímero GTP-αβ-

tubulina

70 proteínas diferentes Monomeros ATP-actina

Sitio preferencial de

incorporación

Extremo + (β-tubulina) Interno Extremo+ (barbed)

Polaridad Si No Si

Actividad enzimática GTPasa Ninguna ATPasa

Proteínas motor Kinesinas, dineínas Ninguna Miosinas

Grupo mayor de

proteínas asociadas

MAPs Plakinas Proteínas de unión a

actina

Estructura Tubos inextensibles,

huecos y rígidos.

Filamento extensible,

flexible y duro.

Filamento helicoidal,

inextensible y flexible.

Dimensiones

(diámetro)

25 m 10 – 12 m 8 m

Distribución Todas las células Animales Todas las células

Funciones primarias Soporte, transporte

intracelular, organización

celular

Soporte estructural Motilidad, contractilidad

Distribución subcelular Citoplasma Citoplasma + núcleo Citoplasma


Karp, Biología Celular y Molecular. 2010

Temario

• Introducción.


microtúbulos.





Microtúbulos

Estructura

• Están conformados por subunidades de tubulinaglobulares diferentes unidas por enlaces no covalentes:

– -tubulina– -tubulina

• La -tubulina expone el extremo menos.

• La -tubulina expone el extremo más.

• α-tubulina, esta ligado a GTP quenunca es hidrolizado o intercambiado.

• β-tubulina, puede unirse a GTP o GDP reversiblemente.

• Las interacciones que mantienenunido al dímero de tubulinason bastante fuertes que rara vezse disocian.


Estructura terciaria del heterodímero de tubulina

Microtúbulos

Estructura

• Cada protofilamento en un microtúbulo esta ensamblado por subunidades que siguen la misma dirección.

• Los protofilamentos están alineados en paralelo.

• 13 protofilamentos se asocian lado a lado mediante interacciones laterales formando un cilíndro: microtúbulo.

Protofilamento


Extremo +

Extremo -


• Los microtúbulos son responsables de diversos

movimientos celulares:

– Transporte intracelular: proteínas.

– Posicionamiento de vesículas de membrana.

– Localización de organelas: mitocondrias, lisosomas,

retículo endoplasmático, etc.

– Separación de cromosomas en la mitosis.

– Movimiento de cilios y flagelos.



Andamiaje que determina

la forma y resistencia a

fuerzas deformantes

Moviliza a los

cromosomas durante la

mitosis

Participa en la citocinesis (generándose

dos células hijas)

Dirige el tráfico

intracelular de organelas

Transporta materiales

de un lado a otro de la

célulaEnlaces

mecánicos para

soportar el estrés celula

r

Célula soporta

tensiones sin desgarrarse

Posibilita la motilidad de

cilios y flagelos

Da la maquinaria

para la contracción

celular

Posibilita en las neuronas la extensión

de los axones y dendritas

Da soporte a la frágil

membrana plasmática

Temario

• Introducción.


microtúbulos.





Centros Organizadores de Microtúbulos (COMTs)(MTOCs, microtubule organizing centers)

• Lugar citoplasmático donde ocurre

la nucleación de los

microtúbulos y donde están

anclados los extremos menos de

los microtúbulos.

• Tiene dos funciones principales:

1. Organización de los flagelos y

los cilios eucariotas.

2. Organización de la

mitosis/meiosis mediante el

huso mitótico/meiótico que

separa los

cromosomas durante la

división celular.USMP-FMH Amanzo Cilios Flagelos 18

En las células animales, los microtúbulos del

citoesqueleto son típicamente nucleadas por

el centrosoma, un estructura compleja que

contiene dos centriolos en forma de barril

rodeados de material pericentriolar amorfo de

alta densidad electrónica.


Centros Organizadores de Microtúbulos (COMTs)(MTOCs, microtubule organizing centers)

• Hay un centrosoma por célula, cuando ésta se

encuentra en la fase G1 o G0 del ciclo celular, y se

suele localizar cerca del núcleo.

• El centrosoma se compone de dos compartimentos:

uno central formado por un par de centriolos dispuestos

de forma ortogonal y otro periférico formado por

material proteico denominado material pericentriolar.

USMP-FMH Amanzo.

Los centriolos son

estructuras

Cilios Flagelos 20

El centro organizador de microtúbulos

• Los microtúbulos no están

distribuidos al azar en la célula.

• Se estructuran en forma

radiada a partir del

centrosoma.

• El centrosoma tiene dos

centriolos orientados

perpendicularmente uno

respecto al otro. Cilios FlagelosUSMP-FMH Amanzo 21

En células animales un centrosoma es el Centro

Organizador de Microtúbulos (MTOC, microtubule-

organizing center).


CENTROSOMA ANIMAL

Compuesto por un par de centriolos:

• centriolo madre con apéndices distal y subdistal

• centriolo hijo rodeados por el material pericentriolar (PCM).

microtúbuloCentriolo

madre

Centriolo

hijoFibras

conectoras

γ-TuRCs

El Complejo en anillo de la

tubulina gamma (γ-TuRCs )

en el material pericentriolar

participa en la nucleación de

los microtúbulos.


El centro organizador de microtúbulos

• Se encuentra localizado cerca al núcleo.

• Dirige:

– El ensamblaje y orientación de los

microtúbulos.

– La dirección del tráfico vesicular.

– La orientación de las organelas.

Tubulina


La tubulina(tubulina gamma)

• Componente universal de

los centros organizadores de

microtúbulos.

• Tiene un rol importante en la

nucleación para la

polimerización de

microtúbulos.

• La tubulina (gamma) es

parte del material

pericentriolar que orienta a

los microtubulos.

Mientras la tubulinas

y son

componentes

regulares de los

microtúbulos la

tubulina cumple un

rol más especializado.


• La tubulina gamma y sus

proteínas asociadas

están localizadas

alrededor del

centrosoma.

• Son fundamentales para:– La iniciación o nucleación

durante el ensamblaje de

microtúbulos.

– La organización de los

microtúbulos.

La tubulina(tubulina gamma)


El complejo en anillo de la tubulina gamma( -TuRC, -tubulin ring complex)

• Es un material pericentriolar muy grande.

• Tiene forma de anillo y contiene al menos 6 proteínas además de la tubulina gamma.

• La -tubulina dirige el ensamblaje de microtúbulos al formar un núcleo de polimerización de las subunidades de tubulina.


Extremo ( - ): estabilizado por su unión al centrómero.

Heterodímero de Tubulina de 53 y 55 KDa

Extremo ( + ): en crecimiento o acortamiento.

Unión a GTP y lenta hidrólisis

Microtúbulo

(polímero cilíndrico)

El crecimiento de los microtúbulos puede ser

afectado por sustancias químicas


Drogas inhibidoras de la polimerización de

tubulina

• Colchicina y colcemida: inhiben el ensamblaje

de moléculas de tubulina para formar los

microtúbulos provocando la despolimerización.

• Vinblastina y vincristina: inducen la formación

de agregados de tubulina.

• Taxol estabiliza los microtúbulos.


Nucleación de los microtúbulos

• La nucleación se inicia en el extremo menos.

• Se crea un microtúbulo con 13 protofilamentos.

M.E.

Estructura de

la γ-TuRCsM.E.

Microtúbulo nucleado

Proteínas accesorias en el Complejo

en anillo de la tubulina

Tubulina

Tubulina

Tubulina


Centrosoma

• Se encuentra en todas las células eucariotas; excepto: plantas superiores.

• Participa en :1. Organización de microtúbulos.2. Coordinación movimientos de

cilios y flagelos.


Centrosoma - Estructura

• El centrosoma esta formado por dos centríolos.

• Cada centríolo esta estructurado por microtúbulos triples dispuestos perpendicularmente.


El centrosoma

tiene dos

centriolos

orientados

perpendicular

mente entre

ellos.

El centrosoma

esta rodeado

de material

pericentriolar.


El centrosoma y los

microtúbulos organizan la

polaridad de la célula:

Sitio de nucleación(complejo en anillo de gamma tubulina,

-TuRC)


Las células logran su polarización con la

participación del MTOC

Célula animal en interfase

Cuerpo basal

Flagelo o cilio

Núcleo

Centriolo

MTOC, centro organizador de microtúbulos




Célula animal en mitosisCromosoma

Centriolo

Huso de microtúbulos




Célula nerviosa

Dendrita

Axón

Cuerpo celular

Núcleo


• La mayoría de microtúbulos presentan una

orientación constante respecto al centro organizador de microtúbulos (MTOC).

• Los extremos menos se orientan hacia el centro organizador de microtúbulos.


Los microtúbulos participan en al

separación de los cromosomas

durante la mitosis formando las fibras

del Huso acromático.


Los centriolos participan activamente en el

ciclo celular


Kinesinas: dirigen las estructuras hacia el extremo “más”.

Dineínas: dirigen las estructuras hacia el extremo “menos”.

Los microtúbulos son “pistas” para la movilización de

las organelas y vesículas.

MTOC: centro organizador de microtúbulos

Vesículas

Mitocondria

Lisosoma

Lisosoma

Golgi


Las proteínas mal plegadas pueden formar agresomas en el

Centro organizador de microtúbulos.

Ocurre si no son destruidas en el Proteosoma 26S después

de sufrir ubiquitinación.


Temario

• Introducción.


microtúbulos.





Cilios y flagelosPresentan la misma estructura básica

Cilios:

• Son muchos.

• Son cortos.

• Siempre presentan la

misma estructura.

• Se encuentran sólo en

eucariotas

Flagelos:

• Son pocos.

• Más gruesos y más

largos.

• Varían en su estructura.

• Presentes en eucariotas

como en procariotas, con

estructura diferente.


Cilio o flagelo

Microtúbulos dobles

Cuerpo basal

Arreglo: 9 + 2


• Casi todos los microtúbulos de las células

son tubos simples.

Simple Doble

(cilios y flagelos)

Triplete

(cuerpos basales, centriolos)

• Los cilios, flagelos, cuerpos basales y

centriolos tienen microtúbulos dobles o

triples.Cilios FlagelosUSMP-FMH Amanzo 53

• Túbulo A: un microtúbulo completo de 13 protofilamentos.

• Uno o dos túbulos adicionales (B y C): microtúbulosincompletos compuestos por 10 protofilamentos.

microtúbulos


Existen células

que tienen

movilidad en un

medio líquido:

• Todos los cilios y flagelos

eucariotes tienen una

estructura semejante.

• Tienen un haz central de

microtúbulos : axonema.Espermatozoides.

Protozoarios.

Células epiteliales de

mamíferos.

disposición: 9 + 2


Cilios y flagelos

• Los cilios y los flagelos eucarióticos tienen una estructura muy similar:– Diámetro: 0,25 μm.

– Axonema: constituído por microtúbulos y sus proteínas asociadas.

– Longitud variable: algunas micras a más de 2 milímetros.

• Muchas bacterias también tienen flagelos de estructura diferente carentes de microtúbulos.


rayo

puente

dineína

Par central

Doblete externo

Diagrama del axonemaaxonema

Doblete externo

Membrana

plasmática

El axonema es la estructura interna axil de los cilios y flagelos de las

células eucariotes.

Es una estructura microtubular con una disposición de 9 pares de

microtúbulos periféricos y 1 par central (9+2).

Constituye el elemento esencial para la motilidad.


Cilios y flagelos

• Se compone de un haz de

fibras recubierto por una

membrana y recibe el

nombre de axonema.

• El axonema consta de:

– Un anillo de 9 microtúbulos

dobles que rodean a un par

de microtúbulos centrales

simples.

Axonema

Disposición “9 + 2”


Cilios y flagelos

• Cada microtúbulo doble tiene

un túbulo A y otro B.

• Los túbulos A son microtúbulos

completos con 13

protofilamentos.

• Los túbulos B son incompletos

y tienen 10 protofilamentos.

AB


• El axonema se mantiene unido por tres conjuntos de conexiones cruzadas proteicas:1. Puentes periódicos que

conectan el par de microtúbuloscentrales (a manera de peldaños). Rodeados por una vaina interna.

2. La proteína nexina que es sumamente elástica, conecta microtúbulos dobles externos adyacentes.

3. Conexiones radiales que parten de los microtúbulos simples centrales a cada túbulo A de los microtúbulos dobles externos.


Cilios y flagelos

Cada subfibra A esta unida a los brazos de dineína:

1. un brazo interior de dineína.

2. un brazo exterior de dineína.


• Los microtúbulos dobles se continúan en toda la longitud dell cilio o flagelo.

• Existe una hilera interna y otra externa de brazos de dineína adosados al túbulo Ade cada microtúbulo doble.

• Los brazos de dineína se extienden hasta el túbulo B del microtúbulo doble adyacente.

Túbulo A Túbulo B

Brazos de dineína


Dineína• Las dineínas del

axonema son complejos multimonómeros de cadenas pesadas, cadenas intermedias y cadenas ligeras.

• Se organizan mediante un gran dominio de cabeza globular unidos a pequeños dominios globulares a través de un tallo.

Cilios Flagelos

Es 10 veces más grande que las

kinesinas

USMP-FMH Amanzo 65

Dineína• Se han identificado 8 a 9 cabezas pesadas diferentes

capaces de hidrolizar ATP.

• Las cadenas ligeras e intermedias median la unión de la dineína al túbulo A regulando la actividad de la dineína.


Cilio: 2 microtúbulos.

Centriolo: 3 microtúbulos.

Cuerpo basal

Membrana plasmática

Axonema

Microtúbulos externos dobles

Microtúbulos centrales

Brazos de dineína

Ultraestructura de cilios y flagelos


Cilios y flagelos

• En el sitio de

fijación a la célula

el axonema se

conecta con el

cuerpo basal.


• El cuerpo basal es

una estructura

cilíndrica de 0,4 m

de largo por 0,2 m

de ancho.

• Contiene 9

microtúbulos triples

al igual que los

centriolos.


Cilios y flagelos

• Los túbulos A y B de

los cuerpos basales

se continúan dentro

de la vaina del

axonema.

• El túbulo C termina

dentro de la zona de

transición entre el

cuerpo basal y la

vaina.Cilios FlagelosUSMP-FMH Amanzo 72

Cili

o


Cilios

• Expansiones celulares

filiformes.

• Miden: 0,25 µm de

diámetro y unos 10 a 15

µm de longitud.

• Presentes en células

animales y en algunos

protozoos.

• Son estructuras móviles y

su principal función es

desplazar fluidos.

• Se disponen densamente

empaquetados en las

superficies libres de

numerosas células:– Mucosa respiratoria: unos 200

cilios/célula que pulsan en

sincronía para movilizar el moco

hacia la garganta .

– Mucosa de los conductos del

aparato reproductor femenino de

mamíferos: movilizan el óvulo.

– Branquias de los peces y

bivalvos.

– También aparecen en protozoos.

– Los organismos unicelulares los

usan para moverse ellos mismos

(“reman”) o para arremolinar el

líquido que les rodea y así atraer

alimento.Cilios FlagelosUSMP-FMH Amanzo 74

Cilios• El tipo de movimiento que

realizan es de bateo, a

modo de látigo, de

manera sincronizada.

• Produce una especie de

ola que desplaza el fluido

en una dirección paralela

a la superficie de la

célula.

• Una función del

movimiento ciliar

descubierta recientemente

está implicada con el

establecimiento de la

lateralidad de

determinadas estructuras

de los vertebrados durante

el desarrollo embrionario.


Cilios• Son orgánulos de apariencia capilar en las

superficies de muchas células animales y vegetales.

• Funciones:– Mueven fluido sobre la superficie de la célula.

– Impulsan a «remo» células simples a través de un fluido.

– En los seres humanos, por ejemplo, las células epiteliales que recubren el tracto respiratorio tienen cada una unos 200 cilios que pulsan en sincronía para impulsar la mucosidad hacia la garganta para su eliminación.


Movimiento ciliar

Vista lateral

Vista superior


Fla

ge

lo


Flagelos• Similares en

estructura a los cilios

pero mucho más

largos y un poco más

gruesos.

• Longitud : 150 µm

• Su principal misión es

desplazar a la célula.

• Son mucho menos

numerosos que los

cilios en las células

que los poseen.

• Su movimiento es

diferente:– no desplazan el líquido en

una dirección paralela a la

superficie de la célula sino

en una dirección paralela

al propio eje longitudinal

del flagelo.

• Los flagelos son

frecuentes en células

móviles como ciertos

organismos unicelulares

y gametos masculinos.


Cilios Flagelos

En el espermatozoide:

• Se originan ondas sucesivas de

curvatura en la base, que se

propagan hacia la punta.

• Estas ondas presionan contra el

líquido e impulsan a la célula hacia

adelante.

• Los golpes se producen con una

frecuencia de 5 a 10 por segundo.

El golpe es producido por un

deslizamiento controlado de los

microtúbulos dobles externos.

Golpe de

fuerza

Golpe de

recuperación

USMP-FMH Amanzo 81

Movimiento flagelar

Movimiento ciliar

Dirección del nado

Dirección del movimiento del organismo

Dirección de la remada activa

Dirección de la remada de recuperación


El Flagelo

bacteriano

Cilios Flagelos

¡Tiene estructura

diferente!!!

USMP-FMH Amanzo 85

1) filamento, 2) espacio periplásmico,

3) codo, 4) juntura, 5) anillo L, 6) eje,

7) anillo P, 8) pared celular, 9) estátor,

10) anillo MS, 11) anillo C, 12) sistema

de secreción de tipo III, 13) membrana

externa, 14) membrana citoplasmática,

15) punta.

organelas fibrilares 2011 (pp_tminimizer)

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