Citoesqueleto y movimiento celularLo el citoesqueleto proporciona un nivel de organizacinavanzado, que consiste en una red de filamentos de protena que se extienden por el citoplasma de todas las clulas eucariotas. El citoesqueleto proporciona un armazn estructural para la clula, actuando como un andamio que determina la forma celular y la organizacin general del citoplasma. Adems de desempear este papel estructural, el citoesqueleto es el responsable de los movimientos de la clula. Estos no solamente incluyen los movimientos de la clula en conjunto, sino tambin el transporte interno de los orgnulos y de otras estructuras (tales como los cromosomas mitticos) a travs del citoplasma. Es importante sealar que el citoesqueleto es mucho menos rgido y estable de lo que su nombre indica. Ms bien es una estructura dinmica que se reorganiza continuamente segn las clulas se mueven y cambian su forma, por ejemplo durante la divisin celular. El citoesqueleto est constituido por tres tipos principales de filamentos de protena: filamentos de actina, filamentos intermedios y microtbulos, que se mantienen juntos y unidos a los orgnulos intracelulares y a la membrana plasmtica mediante varias protenas accesorias.Estructura y organizacin de los filamentos de actinaLa protena citoesqueltica ms importante de la mayora de las clulas es la actina, que polimeriza para formar filamentos de actina fibras delgadas y flexibles de aproximadamente 7 nm de dimetro y hasta varios micrmetros de longitud. Dentro de la clula, los filamentos de actina (tambin llamados microfilamentos) se organizan en estructuras de un orden superior, formando haces o redes tridimensionales con las propiedades de un gel semislido. El ensamblaje y desensamblaje de los filamentos de actina, sus uniones cruzadas constituyendo haces y redes, y su asociacin con otras estructuras celulares (tales como la membrana plasmtica) se regulan mediante diversas protenas de unin a la actina, que son componentes crticos del citoesqueleto de actina. Los filamentos de actina abundan sobre todo debajo de la membrana plasmtica, donde forman una red queproporciona un soporte mecnico, determina la forma celular y permite el movimiento de la superficie celular, lo que permite a las clulas migrar, engullir partculas y dividirse.Las molculas individuales de actina son protenas globulares de 375 aminocidos (43 kDa). Cada monmero (actina globular G) tiene sitios de unin que median la interaccin cabeza con cola con otros dos monmeros de actina, de tal manera que los monmeros de actina polimerizan para formar filamentos (actina filamentosa F). En los filamentos cada monmero se encuentra girando 166, por lo que los filamentos tienen la apariencia de una hlice de doble cadena. Debido a que todos los monmeros de actina estn orientados en misma direccin, los filamentos de actina presentan una polaridad diferenciada y sus extremos (denominados extremos protuberantes y extremos puntiagudos) se distinguen entre s. Esta polaridad de los filamentos de actina es importante tanto para su ensamblaje como para establecer una direccin nica en el movimiento de la miosina respecto a la actina.Mientras que los monmeros y filamentos de actina estn altamente controlados en el interior celular, gran parte de su comportamiento es una propiedad de los propios monmeros y filamentos de actina. En soluciones de baja fuerza inica los filamentos de actina se despolimerizan a monmeros La actina polimeriza espontneamente si se aumenta la fuerza inica hasta niveles fisiolgicos. El primer paso en la polimerizacin de la actina (denominado nucleacin) es la formacin de un pequeo agregado constituido por tres monmeros de actina. Los filamentos de actina son entonces capaces de crecer por la adicin reversible de monmeros a ambos extremos pero el extremo protuberante crece de cinco a diez veces ms rpido que el extremo puntiagudo. Los monmeros de actina tambin unen ATP, el cual se hidroliza a ADP tras el ensamblaje del filamento. Aunque el ATP no es necesario para la polimerizacin, los monmeros de actina que tienen unido ATP polimerizan ms rpido que aquellos que tienen unido ADP. La unin y la hidrlisis del ATP desempean un papel clave en la regulacin del ensamblaje y en el comportamiento dinmico de los filamentos de actina._Ensamblaje y estructura de los filamentos de actina:

Los monmeros de actina (actina G) polimerizan para formar filamentos de actina (actina F). El primer paso es la formacin de dmeros y trmeros, que crecen por la adicin de monmeros a ambos extremos. (B) Estructura de un monmero de actina. (C) Modelo espacial de una actina F. Se representan catorce monmeros de actina en diferentes colores. Esta formacin es la que permite que los filamentos de actina se descompongan cuando sea necesario. losdos extremos de un filamento de actina crecen a velocidades diferentes, de tal manera que los monmeros se aaden al extremo de crecimiento rpido (el extremo protuberante) de cinco a diez veces ms rpido que al extremo puntiagudo de crecimiento lento.

_Polimerizacin reversible de los monmeros de actina:La polimerizacin de la actina es un proceso reversible, en el que los monmeros se asocian y disocian de los extremos de los filamentos de actina. La velocidad de disociacin de las subunidades (koff) es independiente de la concentracin de monmeros, mientras que la velocidad de asociacin de las subunidades es proporcional a la concentracin de monmeros libres y viene dada por C X kon(C = concentracin de monmeros libres). A la concentracin crtica de monmeros (Cc), donde koff = Ce x kon, se alcanza un equilibrio aparente._papel del ATP en la polimerizacin de los microfilamentos:Los extremos puntiagudos de los filamentos de actina crecen a una velocidad menor que los extremos protuberantes. Esta diferencia en la tasa de crecimiento se refleja en una diferencia en la concentracin crtica para la adicin de monmeros a ambos extremos delfilamento. La actina unida a ATP se asocia con los extremos protuberantes de crecimiento rpido, y el ATP unido a la actina es a continuacin hidrolizado a ADP. Puesto que la ADPactina se disocia de los filamentos con mayor facilidad que la ATP-actina, la concentracin crtica de los monmeros de actina es mayor para la adicin a los extremos puntiagudos que en los extremos protuberantes de los filamentos de actina.

Debido a que la actina-ATP se disocia con menos facilidad que la actina- ADP, la concentracin crtica de monmeros que es necesaria para la polimerizacin de los dos extremos ser diferente. Esta diferencia puede dar lugar al fenmeno conocido como intercambio rotatorio (treadmilling). Para que el sistema se encuentre en un estado de equilibrio general, la concentracin de monmeros de actina libres debe ser intermedia entre las concentraciones crticas requeridas para la polimerizacin de los extremos protuberantes y puntiagudos de los filamentos de actina. Bajo estas condiciones existe una prdida neta de monmeros del extremo puntiagudo, que se compensa con una adicin neta al extremo protuberante.En el interior celular, la concentracin de filamentos de actina y monmeros dista mucho del equilibrio. En partes de la clula, la tasa de renovacin de filamentos de actina puede ser 100 veces mayor de lo que es in vitro mientras que en otras partes de la clula, los filamentos pueden estar estabilizados frente al desensamblaje. El ensamblaje y desensamblaje de los filamentos de actina en el interior celular est regulado por un grupo diverso de protenas de unin a actina.

Estas protenas pueden regular la formacin y la estabilidad del citoesqueleto de actina a varios niveles diferentes Algunas de estas protenas se unen a lo largo de los filamentos de actina, estabilizndolos o estableciendo enlaces cruzados entre ellos. Otras protenade unin a actina estabilizan a los filamentos formando una caperuza en susextremos que previene la disociacin de monmeros de actina. Por el contrario algunas protenas actan para desensamblar los filamentos de actina escindindolos o estimulando su despolimerizacin. Finalmente, algunas proteinas de unin a actina se unen a la actina monomrica y controlan su ensamblaje en filamentos regulando el intercambio de ATP por ADP._Regulacin de la organizacin de los filamentos de actina por las protenas de unin a actina. Las protenas de unin a actina juegan diversos papeles en el comportamiento dinmico de los filamentos de actina. Los filamentos de actina pueden ser estabilizados por protenas estabilizadoras de los filamentos que se unen a lo largo de ellos. Tanto los extremos protuberantes como puntiagudos pueden tambin tener caperuzas y los propios filamentos pueden formar enlaces cruzados entre s. Los filamentos intactos tambin pueden ser escindidos por protenas de escisin de los filamentos. El equilibrio entre los monmeros de actina y los filamentos puede estar regulado por las protenas despolimerizantes de los filamentos, las protenas polimerizantes de los filamentos, o las protenas que modulan el intercambio de ATP por ADP sobre los monmeros de actina.

Iniciacin de los filamentos de actina por la formina.

El paso inicial y limitante en la formacin de filamentos de actina es la nucleacin, que requiere que los monmeros interaccionen correctamente, dos tipos de protenas, la formina y el complejo Arp2/3 (actin-relatedprotein), determinan dnde se forman los filamentos en el interior celular al facilitar su nucleacin. Se cree que las forminas nuclean filamentos de actina largos carecientes de ramificaciones que componen las fibras de estrs, los anillos contrctiles, los filopodios y los filamentos finos de las clulas musculares. Muchos de estos filamentos son relativamente estables debido a las protenas estabilizadoras de los filamentos, como miembros de la familia tropomiosina.Otro tipo de protenas de unin a actina remodela o modifica los filamentos existentes. Una familia responsable de la remodelacin de filamentos de actina en el interior celular es la famila ADF/cofilina (actindepolymerizingfactor. Estas protenas se unen a los filamentos de actina y favorecen la tasa de disociacin de los monmeros de actina/ADP del extremo puntiagudo. La ADF/cofilina tambin es capaz de escindir filamentos de actina. La ADF/cofilina se une preferentemente a la ADP/actina, de modo que permanece unida a los monmeros de actina despus del desensamblajede los filamentos y los secuestra en la forma unida a ADP, impidiendo su reincorporacin en filamentos. Sin embargo, otra protena de unin a actina, la profilina, puede revertir este efecto de la cofilina y estimular la incorporacinde monmeros de actina en filamentos. La profilina acta estimulandoel intercambio de ADP por ATP y disociando los monmeros deactina/ATP de la cofilina, de tal modo que se encuentran disponibles parasu ensamblaje en filamentos. Algunas protenas de formina agilizan en mayor medida la polimerizacin de los filamentos al unirse a la profilina mientras permanecen unidos a los monmeros de actina/ATP.

Como cabra esperar, las actividades de la cofilina, profilina y el complejo Arp2/3 estn controlados por una variedad de mecanismos sealizadores celulares, que permiten que la polimerizacin de actina se regule apropiadamente en respuesta a estmulos ambientales. As, la ADF/cofilina, la profilina y el complejo Arp2/3 (adems de otras protenas de unin a actina) pueden actuar conjuntamente para estimular la renovacin de los filamentos de actina y la remodelacin del citoesqueletode actina, lo que es necesario para una diversidad de movimientos celulares y cambios en la forma de la clula como se describe ms adelante en este captulo. Esto es una gran tarea y, en algunos tipos celulares, el ensamblaje y desensamblaje de los microfilamentos es responsable de la mitad de la hidrlisis de ATP en la clula.Muchas de las protenas relacionadas con la actina (Arp4-8) y la propia actina se localiza, igualmente, en el ncleo. Las protenas relacionadas con la actina estn implicadas en la remodelacin de la cromatina tanto en plantas como en animales y pueden participar en el ensamblaje del ncleo despus de la divisin celular.Organizacin de los filamentos de actinaLos filamentos individuales de actina se ensamblan en dos tipos generales de estructuras, denominadas haces de actina y redes de actina, que desempean papeles distintos en la clula. En los haces, los filamentos de actina se unen por puentes cruzados y se disponen en estructuras paralelas estrechamente agrupadas. En las redes, los filamentos de actina se unen por puentes cruzados con una disposicin ortogonal ms holgada, y forman mallas tridimensionales con las propiedades de los geles semislidos.La formacin de estas estructuras est dirigida por varias protenas deunin a la actina que entrelazan los filamentos de actina de maneras distintas.

Asociaciacin de los filamentos de actina con la membrana plasmtica :En la periferia de la clula hay una elevada concentracin de filamentos de actina que forman una red tridimensional bajo la membrana plasmtica.

Esta red de filamentos de actina y de protenas de unin a la actina asociadas (denominada el crtex celular) determina la forma de laclula y est implicada en diversas acciones de la superficie celular, incluyendo el movimiento. De esta manera, la asociacin del citoesqueleto de actina con la membrana plasmtica es fundamental para la estructura y la funcin celular.Los glbulos rojos sanguneos (eritrocitos) han demostrado ser particularmente tiles para el estudio tanto de la membrana plasmtica como del citoesqueleto cortical.La principal protena que proporciona la base estructural del citoesqueleto cortical en los eritrocitos es la protena de unin a la actina, espectrina, relacionada con la filamina.

La asociacin del Citoesqueleto cortical eritrocitario con la membrana plasmtica. La membrana plasmtica se asocia con una red de tetrmeros de espectrinaentrelazada por filamentos cortos deactina asociados con la protena 4.1 (transmebranal). La red de espectrina-actina se une a la membrana por la anquirina, que se une tanto a la espectrina como a la abundante protena transmembrana banda 3. Un nexo adicional lo proporciona la unin de la protena 4.1 a la glicoforina.A diferencia de la superficie uniforme de los glbulos rojos sanguneos, la mayora de las clulas tienen regiones especializadas en la membrananplasmtica que establecencontactos con clulas adyacentes, la matriz extracelular, u otros sustratos (como la superficie de una placa de cultivo). Estas regiones tambin sirven como puntos de unin para los haces de filamentos de actina que anclan el citoesqueleto a las zona de contacto celular. Estas uniones de filamentos de actina resultan particularmente evidentes en los fibroblastos en cultivo . Estos fibroblastos en cultivo segregan protenas de la matriz extracelular que se adhieren a la superficie plstica de la placa de cultivo. Entonces los fibroblastos se unen a la placa de cultivo mediante la unin a la matriz extracelular de unas protenas transmembrana (denominadas integrinas). Los sitios de anclaje son regiones discretas (llamadas adhesiones focales) que tambin sirven como sitios de sujecin para unos haces de filamentos de actina de gran tamao denominados fibras de estrs.

El citoesqueleto de actina se encuentra anclado de forma similar a regiones de contacto clula-clula denominadas uniones de adherencia. En las capas de clulas epiteliales estas uniones forman una estructura continua en forma de cinturn (denominada cinturn de adhesin) alrededor de cada clula, de tal manera que un haz contrctil de filamentos de actina subyacente se une a la membrana plasmtica. El contacto entre las clulas en las uniones de adherencia est mediado por protenas transmembranales llamadas cadherinas. Las cadherinas forman un complejo con las protenas citoplasmticas denominadas caterunas,que anclan los filamentos de actina en la membrana plasmtica.

Protuberancias de la superficie celularLa superficie de la mayora de las clulas tiene diversas protuberancias oextensiones que intervienen en el movimiento celular, la fagocitosis, o en funciones especializadas tales como la absorcin de los nutrientes. La mayoria de estas extensiones celulares superficiales se basan en filamentos de antina, que estn organizados en haces o redes relativamente estables o que se reorganizan rpidamente. Las protuberancias de la superficie celular basadas en la actina mejor caracterizadas son las microvellosidades, extensiones digitiformes de la membrana plasmtica que son particularmente abundantes en la superficie de las clulas implicadas en la absorcin, como las clulas epiteliales que tapizan el intestino. Las microvellosidades de estas clulas forman una capa sobre la superficie apical (denominada borde en cepillo) queconsta aproximadamente de un millar de microvellosidades por clula y que aumenta de 10 a 20 veces la superficie til para la absorcin. Adems de su papel en la absorcin, unas formas especializadas de microvellosidades, los esterocilios de las clulas auditivas, son las responsables de la audicin mediante la deteccin de las vibraciones sonoras.Su abundancia y facilidad de aislamiento ha facilitado el anlisis estructural detallado de las microvellosidades intestinales, las cuales contienen haces paralelos de 20 a 30 filamentos de actina estrechamente agrupados.

_Actina, miosina y movimiento celular:Los filamentos de actina, generalmente asociados con la miosina, son los responsables de muchos tipos de movimientos celulares. La miosina es el prototipo de motor molecular una protena que convierte energa qumica en forma de ATP en energa mecnica, generando de esta manera fuerza y movimiento. El tipo de movimiento ms sorprendente es la contraccion muscular, que ha proporcionado el modelo para comprender las interacciones actina-miosina y la actividad motora de las molculas de miosina. Sin embargo, las interacciones entre la actina y la miosina son las responsables no slo de la contraccin muscular sino tambin de diversos tipos de movimientos de las clulas no musculares, incluyendo la divisin celular, por lo que estas interacciones desempean un papel central en la biologa celular._Contraccin muscular:Las clulas musculares estn altamente especializadas en una nica tarea, la contraccin, y es esta especializacin en su estructura y funcin lo que convierte al msculo en el prototipo para el estudio del movimiento a nivel molecular y celular. Existen tres tipos distintos de clulas musculares en losvertebrados: msculo esqueltico, responsable de todos los movimientos voluntarios; msculo cardaco, que bombea la sangre desde el corazn; y msculo liso, responsable de los movimientos involuntarios de rganos tales como el estmago, intestino, tero y vasos sanguneos. Tanto en el musculo esqueltico como en el msculo cardaco, los elementos contrctiles del citoesqueleto aparecen en estructuras altamente organizadas que dan lugar al patrn caracterstico de estriaciones transversales. La caracterizacion de estas estructuras en el msculo esqueltico es lo que nos ha permitido comprender la contraccin muscular, y otros movimientos celulares basados en la actina, a nivel molecular.La mayor parte del citoplasma de los msculos esquelticos est constituido por miofibrillas, que son haces cilindricos de dos tipos de filanentos: filamentos gruesos de miosina (aproximadamente de 15 nm de dinetro) y filamentos delgados de actina (alrededor de 7 nm de dimetro). Cada miofibrilla se estructura a modo de una cadena de unidades contrctilies. llamadas sarcmeros, que son los responsables de la apariencia estriada de los msculos cardaco y esqueltico.Estructura de las clulas musculares. Los msculos se componen de haces de clulas individuales largas (llamadas fibrasmusculares) que se forman por fusin celular y que contienen mltiples ncleos. Cada fibra muscular contiene muchas miofibrillas, que a su vez son haces de filamentos de actina y miosina organizados en una cadena de unidades repetidas llamadas sarcmeros.

Estructura deun sacromero:

Durante la contraccin muscular, cada sarcmero se encoge, acercando los discos Z. La amplitud de la banda A no vara, pero tanto las bandas I como la zona H casi desaparecen por completo. Estos cambios se explican porque los filamentos de actina y miosina se deslizan uno sobre otro, por lo que los filamentos de actina ocupan la banda A y la zona H. Por tanto, la contraccionn muscular se debe a la interaccin entre los filamentos de actina y miosina que genera el movimiento relativo de uno respecto al otro. La base molecular de esta interaccin es la unin de la miosina a los filamentos de actina, lo que permite a la miosina funcionar como un motor que dirige el deslizamiento de los filamentos.El tipo de miosina presente en el msculo (miosina II) es una protenamuy grande constituida por dos cadenas pesadas idnticas y dos pares de cadenas ligeras. Cada cadena pesada consta de una cabeza globular y de una cola larga en -hlice. Las colas en -hlice de dos cadenas pesadas se enrollan una alrededor de la otra en una estructura de espiral enrollada (coiled-coil) para formar un dmero, y dos caderas ligeras se asocian con el cuello de cada regin de la cabeza para formarLa molcula completa de miosina II.

Adems de unirse a la actina, las cabezas de miosina fijan e hidrolizanATP, el cual proporciona la energa para dirigir el deslizamiento de los filamentos. Esta transformacin de energa qumica en movimiento se realiza mediante cambios en la forma de la miosina debidos a la unin del ATP. El modelo comnmente aceptado (el modelo de vaivn o balanceo del puente cruzado) es que la hidrlisis de ATP provoca repetidos ciclos de interaccin entre las cabezas de miosina y la actina. Durante cada ciclo, los cambios conformacionales en la miosina conducen al movimiento de las cabezas de miosina a lo largo de los filamentos de actina.El ciclo comienza con la miosina (en ausencia de ATP) unida fuertemente a la actina. La unin de ATP disocia el complejo miosina-actina y la hidrlisis del ATP induce un cambio conformacional en la miosina. Este cambio afecta a la regin del cuello de la miosina que une las cadenas ligeras que acta como un brazo de palanca desplazando la cabeza de miosina aproximadamente 5 nm. Los productos de la hidrlisis (ADP y P,) permanecen unidos a la cabeza de miosina, dicindose que est en posicin ladeada. La cabeza de miosina se vuelve a unir al filamento de actina en una nueva posicin, producindose la liberacin de P, lo que induce el golpe de potencia, a travs del cual se libera ADP y la cabeza de miosina adopta de nuevo su conformacin inicial, de modo que los filamentos de actina se deslizan hacia la lnea M del sarcmero.La contraccin del msculo esqueltico es disparada por impulsos nerviosos que estimulan la liberacin de Ca2+ desde el retculo sarcoplsmico. La liberacin del Ca2+ desde el retculo sarcoplsmico incrementa la concentracin de Ca2+ en el citosol. El aumento de la concentracin de Ca2+ es la seal para la contraccin muscular, interviniendodos protenas accesorias unidas a los filamentos de actina: la tropomiosinay la troponina.

_Asociaciones contrctiles de actina y miosina en clulas no musculares:En las clulas no musculares tambin estn presentes asociaciones contrctiles de actina y miosina, similares a versiones a pequea escala de las fibrasmusculares. Al igual que en el msculo, los filamentos de actina en estos ensamblajes contrctiles estn intercalados con filamentos bipolares de miosina II, constituidos por 15 a 20 molculas de miosina II, los cuales producen la contraccin deslizando los filamentos de actina uno sobre otro. Los filamentos de actina en los haces contrctiles de las clulas no musculares tambin estn asociados a la tropomiosina, que facilita su interaccin con la miosina II.

* troponina I (Tnl), troponina C (TnC) y troponina T (TnT)Dos ejemplos de asociaciones contrctiles en clulas no musculares, las fibras de estrs y los cinturones de adhesin. La contraccin de las fibras de estrs genera tensin a lo largo de la clula, permitiendo a la clula tirar del sustrato (p. ej., la matriz extracelular) al que est anclada. La contraccin de los cinturones de adhesin altera la forma de las capas de las clulasepiteliales: un proceso que es particularmente importante durante eldesarrollo embrionario, cuando las capas de clulas epiteliales se pliegan para generar estructuras como pueden ser los tubos. Sin embargo, el ejemplo ms notorio de contraccin mediada por actinamiosina en clulas no-musculares lo proporciona la citocinesis.

_Tras completarse la mitosis un anillo contrctil formado por filamentos de actina y miosina IIdivide la clula en dos._Miosinas no musculares:Adems de la miosina II (las miosinas de dos cabezas que se encuentran en las clulas musculares), en las clulas no musculares se encuentran otros tipos de miosinas. Estas miosinas no poseen colas capaces de formar lazos superenrollados, de modo que no forman filamentos y no estn implicadas en la contraccin. Sin embargo, pueden estar implicadas en otros tipos de movimientos celulares, tales como el transporte de vesculas de membrana y orgnulos a lo largo de los filamentos de actina, la fagocitosis y la extension de los pseudpodos en las amebas.

Miosina I: La miosina I contiene un grupo de cabeza similar a la miosina II, pero presenta una cola comparativamente pequea y no forma dmeros ni filamentos. Aunque no puede inducir la contraccin, la miosina I puede trasladarse a lo largo de los filamentos de actina (hacia el extremo protuberante) portando diversas cargas (como vesculas de membrana) unidas a su cola.

Miosina V. Lamiosina V es una miosina con dos cabezas como la II. Transporta organelos y otra mercanca (p. ej, filamentos intermedios) hacia los extremos protuberantes de los filamentos de actina. El modelo que se muestra est basado en datos recientes obtenidos por cristalografa de rayos X

Adems de las miosinas I y II, al menos otras 12 clases de miosinas no musculares (III hasta XIV) han sido identificadas. Algunas de estas miosinas no musculares tienen una cabeza, como la miosina I, mientras que otras como miosina V poseen dos cabezas, como la miosina II. La5 funciones de la mayor parte de estas miosinas no musculares no se han determinado, pero se ha demostrado claramente que algunas desempean un papel importante en el movimiento de los orgnulos (miosinas V y VI) y en funciones sensoriales tales como la visin (miosina III) y la audicin (miosinas VI y VII). La miosina VI es aparentemente nica entre las miosinas porque se mueve hacia los extremos puntiagudos de los filamentos de actina. Finalmente, otras miosinas no transportan mercancas sino que participan en la reorganizacin de los filamentos de actina o anclan los filamentos de actina a la membrana plasmtica.Formacin de extensiones y movimiento celular:El movimiento de las clulas sobre una superficie representa una forma bsica de locomocin celular, empleada por varios tipos de clulas. Ejemplos de esto son los movimientos de las amebas, la migracin de las clulas embrionarias durante el desarrollo, la invasin de tejidos por los glbulos blancos sanguneos para combatir una infeccin, la migracin de las clulas implicadas en la cicatrizacin de las heridas y la propagacin de las clulas cancerosas durante la metstasis de los tumores malignos. Movimientossimilares son tambin los responsables de la fagocitosis y de la extensin dlas prolongaciones de las clulas nerviosas durante el desarrollo del sistemanervioso. Todos estos movimientos estn basados en especializaciones locales y extensiones de la membrana plasmtica dirigidas por las propiedades dinmicas del citoesqueleto de actina.

El movimiento celular o la extensin de procesos celulares largos, implica un ciclo coordinado de movimientos, que pueden visualizarse en varios estadios.En primer lugar, las clulas deben desarrollar una polaridad inicial va especializacin de la membrana plasmtica o la corteza celular. En segundo lugar, las extensiones como pseudpodos, lamelipodios o filopodios deben extender para establecer un frente deavance de la clula. Estas extensiones deben a continuacin adherirse alSustratosobre el que se desplaza la clula. Finalmente, el frente de arrastre de la clula debe disociarse del sustrato y retraerse hacia el cuerpo celular. Una variedad de experimentos indican que la extensin del frente de avanceimplicala ramificacin y polimerizacin de los filamentos de actina. En la mayora de los casos, las clulas se desplazan en respuesta a seales de otras clulas o del ambiente. Por ejemplo, en la cicatrizacin, las clulas del extremo de un corte para moverse sobre la matriz extracelular o las clulas subyacentes para cubrir la herida.A medida que los extremos protuberantes de los filamentos de actina en el frente de avance se ramifican y crecen, los extremos puntiagudos de losFilamentos son desensamblados activamente por accin de la ADF/cofilina.Los monmeros de ADP-actina se transportan hacia los extremos protuberantes en crecimiento por accin de la twinfilina y se reactivan a travs delintercambio de ADP/ATP mediado por la profilina

A medida que se extienden los nuevos microfilamentos en el proceso celular en crecimiento, losmicrotbulos reorganizados y nuevos microfilamentos proporcionan vasPara el envo de vesculas lipdicas y protenas necesarias para una extensin continuada

Filamentos intermediosLos filamentos intermedios poseen dimetros de entre 8 nm y 11 nm, quees intermedio entre los dimetros de los otros dos elementos principales delcitoesqueleto, los filamentos de actina (de unos 7 nm) y los microtbulos(de unos 25 nm). A diferencia de los filamentos de actina y de los microtbulos,los filamentos intermedios no estn directamente implicados en losmovimientos celulares. En lugar de ello, ambos parecen desempear unafuncin estructural al conferir resistencia mecnica a las clulas y los tejidosy crear un armazn en el que pueden tener lugar diversos procesos celulares.

Protenas de los filamentos intermedios.Mientras que los filamentos de actina y los microtbulos son polmeros constituidos por un solo tipo de protenas (actina y tubulina, respectivamente),los filamentos intermedios estn compuestos por diversas protenas que se expresan en distintos tipos de clulas. Ms de 65 protenas diferentes de filamentos intermedios han sido identificadas y clasificadas enseis grupos en funcin de las similitudes entre sus secuencias de aminocidos.

Ensamblaje de los filamentos intermedios.El primer paso en el ensamblaje de los filamentos es la formacin de dmerosen los cuales los dominios de eje central de dos cadenas polipeptdcas estn enrollados uno alrededor del otro en una estructura de espiral enrollada (coiled-coil), similar a la formada por las cadenas pesadas de la miosina II. Los dmeros entonces se asocian de un modo escalonado anti paralelopara formar tetrmeros, que se ensamblan extremo con extremo para formar protofilamentos. Un paso comn es la interaccin de aproximadamente ocho protofilamentos enrollados entre s en una estructura similar a una cuerda. Debido a que el ensamblaje se produce a partir de tetrmeros antiparalelos, ambos extremos de los filamentos intermedios son equivalentes. Por tanto, y a diferencia de los filamentos de actina y de los microtbulos, los filamentos intermedios son apolares; no tienen extremos diferenciados, como los extremos protuberantes y puntiagudos de los filamentos de actina.Los filamentos intermedios suelen ser ms estables que los filamentos de actina o los microtbulos y no exhiben el comportamiento dinmico asociado a estos otros elementos del citoesqueleto (p. ej.; el intercambio rotatorio de los filamentos de actina). Sin embargo, las protenas de filamento intermedio suelen ser modificadas por fosforilacin, que puede regular su ensamblaje y desensamblaje en la clula.Organizacin intracelular de los filamentos intermedios.Los filamentos intermedios forman una elaborada red en el citoplasma de la mayora de las clulas, extendindose a partir de un anillo que rodea al ncleo hasta la membrana plasmtica. Tanto los filamentos de queratinacomo los de vimentina se fijan a la envuelta nuclear, aparentemente con la funcin de posicionar y anclar el ncleo dentro de la clula. Adems, los filamentos intermedios pueden asociarse no slo con la membrana plasmtica sino tambin con los otros elementos del citoesqueleto, filamentos de actina y microtbulos. Por tanto, los filamentos intermedios proporcionan un andamiaje que integra a los componentes del citoesqueleto y organizala estructura interna de la clula.

Los hemidesmosomas son uniones morfolgicamente similares entre las clulas epiteliales y el tejido conectivo subyacente, en las que los filamentos de queratinase unen a las integrinas a travs de otros miembros de la familia de las plaquinas (p. ej., plectina). Por tanto, los desmosomas y hemidesmososomas unen los filamentos intermedios a regiones de contacto clula-clula o clula-sustrato, respectivamente, de forma similar a como se une el citoesqueleto de actina a la membrana plasmtica en las uniones adherentes y en las adhesiones focales. Es importante destacar que los filamentos de queratina anclados a ambos lados de los desmosomas sirven como un nexo mecnicoentre las clulas adyacentes de una capa epitelial, lo que proporciona estabilidad mecnica a todo el tejido.

Funciones de la queratina y neurofilamentos:

Enfermedades de la piel y sistema nervioso: La funcin de barrera de la epidermis est conferida por las 4 capas de queratinocitos. Normalmente los queratinocitos proliferan desde la capa basal donde los queratinocitos son indiferenciados y presentan capacidad de proliferar hacia las capas altas. En la conservacin de la forma y propiedades de las clulas epidrmicas juega un papel fundamental el citoesqueleton y las estructuras de adhesin intercelular y de la unin dermo-epidermica.Las clulas sujetas a estrs mecnico contienen gran cantidad de filamentos intermedios que les confiere estabilidad y resistencia.Las epidermlisis ampollosa hereditarias son un grupo de enfermedades caracterizadas por el desarrollo de ampollas tras pequeos traumatismos, por la friccin o el rascado de la piel. Existen 3 grupos: epidermoltica, juntural y dermoltica, que se clasifican en relacin a la regin en donde se forma la ampolla, as en las epidermolisis ampollosas simples la ampolla se forma en las porciones inferiores de la epidermis, en la juntural se forma a nivel de la lmina lcida y en la dermoltica se forma por debajo de la lmina densa.Microtbulos: Los micro tbulos juegan un rol crucial en organizacin de todas las clulas. Son largos tubos huecos proteicos que se polimerizan y des polimerizan continuamente. La protena que lo forma se llama tubulinas. Un dmero de tubulina se asocia y va formando protofilamentos que a su vez se organizan formando un tubo 13 subunidades de protofilamentos.Crecen desde una estructura denominada centrosomas. Desde el centrosoma se extiende n hasta la periferia celular, creando un sistema de rieles para las organelas e inclusiones se muevan por la clula.El centrosoma contiene cientos de protenas con forma de anillos llamada gama tubulina. Este anillo sirve como centro de nucleacin, como punto de partida, para la formacin de un micro tbulo. El extremo que se asocia a la gama tubulina se llama negativo, el extremo contrario positivo. El crecimiento se realiza slo hacia el lado positivo. Los centriolos ubicados dentro del centrosoma son un misterio, ya que no son necesarios para la formacin de los microtbulos.Polimerizacin y despolimerizacin de los microtbulosUna vez que el micro tbulo se ha nucleado su extremo positivo crece hacia la periferia durante varios minutos agregando dmeros de tubulina. Y de pronto, ocurre un transicin comienza a perder sus dmeros desde su extremo final. Sin embargo, puede comenzar a crecer nuevamente o desaparece por completo.Este comportamiento se llama inestabilidad dinmica. El centrosoma continuamente se halla produciendo nuevos micro tbulos que exploran el citoplasma en diferentes direcciones. La forma de evitar la despolimerizacin delos micros tbulos es por medio del agregado de una protena en el extremo positivo. Por lo tanto la clula decide hasta dnde y dnde requiere micro tbulos, una vez que los coloc los deja fijos por medio de protenas estabilizadoras. Estas protenas, adems de evitar su despolimerizacin estas protenas asocian a los micros tbulos con otros componentes de la clula.Ensamblaje de los microtbulos:El ensamble de los micro tbulos ocurre por incorporacin de bloques dimericos, conformados cada uno por una alfa y una beta Tubulina, es decir que es un heterodimero por lo cual el protofilamentos presenta una estructura asimtrica con alfa Tubulina en un extremo y beta Tubulina en el otro, es decir un extremo ms y un extremo menos.Crecimiento de los microtbulos: El crecimiento de los microtbulos depende del estado de activacin de la tubulina, que est controlado por el nucletido unido a la subunidad beta de esta. La forma biolgicamente activa es la unida a GTP, la cual se une al extremo de los microtbulos causando el crecimiento de estos mientras que la forma unida a GDP se disocia de los extremos causando el decrecimiento de los microtbulos.GTP: guanosin trifostato GDP: guanosin difosfatoTransporte de mercancas y organizacin intracelular Una de las principales funciones de los microtbulos es transportar macromolculas, vescula de membrana y orgnulos a travs del citoplasma de las clulas eucariotas, como ya se ha visto.

Transporte de las vesculas a lo largo de los microtbulos.La Quinesina y otros miembros de la familia de la quinesina dirigidos haca el extremo Mas transportan vesculas y orgnulos en direccin a los extremos ms de los microtubulos. La dinena y los miembros de la familia de la quinesina dirigidos al extremo Menos transportan sus cargas en direccin a los extremos menos de los microtubulos. Adems de transportar vesculas de membranas en las vas endocficas y secretoras, los microtubulos y protenas motorasasociadas posicionan los orgnulos encerrados por membranas ( como el retculo endoplsmico, el aparato del Golgi, lisosomas y las mitocondrias ) en el interior celular.Por otro lado, se cree que la dinena citoplasmtica interviene en la colocacin del aparato de Golgi. El aparato de Golgi se localiza en el centro de la clula, cerca del centrosoma. Si los microtubulos se disgregan, bien por un frmaco o bien cuando la clula entra en mitosis, el Golgi se rompe en pequeas vesculas que se dispersan por todo el citoplasma. Cuando los microtbulos se vuelven a formar, el aparato de Golgi tambin se reensambla, y parece ser que las vesculas del Golgi son transportadas al centro de la clula. Cilios y flagelos Son prolongaciones de la membrana plasmtica constituidas por microtbulos, responsables del movimiento de varios tipos de clulas eucariotas.Los cilios aparecen en un mayor nmero de tipos celulares, ya que se encuentran en casi todas las clulas animales. Muchas bacter tambin poseen flagelos pero los flagelos procariotas son diferentes de los eucariotas.Los cilios y los flagelos eucariticos son estructuras muy similares, cada una con un dimetro de 0,25 um. Una funcin importante de los cilios en los animales es el movimiento de los fluidos y del mucus. Las clulas generalmente tienen solamente uno o dos flagelos, que son los responsables de la locomocin de varios tipos de protozoos y de los espermatozoides.

Movimiento de los microtbulos en los cilios y flagelos

Las bases de los brazos de dinena se unen a los tbulos A, y las cabezas motoras interaccin con los tbulos B de los dobletes adyacente. El movimiento de las cabezas de dinena hacia el extremo menos (haca la base del cilicio)Formacin del huso mittico Los centriolos y los centrosomas se duplican durante la interfase. Durante la profase de la mitosis, los centrosomas duplicados se separan y migran a lados opuestos del ncleo. Entonces la envuelta nuclear se desintegra y los microtbulos se reorganizan para formar el huso mittico.Movimiento cromosmico en la anafase A.Los cromosomas migran haca los polos del huso a lo largo de los microtbulos cinetocricos. Se cree que el movimiento cromosmico est controlado por protenas motoras dirigidas hacia el extremo menos unidas al cinetocoro. Separacin de los polos del huso en la anafase BLa separacin de los polos del huso se produce por dos tipos de movimientos. Primero, los microtbulos polares solapados deslizan unos sobre otros empujando y separando los polos del huso, probablemente como resultado de la accin de protenas motorasdirigidas hacia el extremo ms. Los microtbulos astrales tiran de los polos del huso y los separa. La fuerza conductora podra ser un motor dirigido hacia el extremo Menos, fijado a una estructura citoplasmtica.