En biología , un filamento proteico es una larga cadena de monómeros proteicos , como los que se encuentran en el cabello, el músculo o los flagelos . [1] Los filamentos de proteínas se forman juntos para formar el citoesqueleto de la célula. A menudo se agrupan para proporcionar soporte, resistencia y rigidez a la célula. Cuando los filamentos se agrupan, pueden formar tres partes celulares diferentes . Las tres clases principales de filamentos de proteínas que forman el citoesqueleto incluyen: filamentos de actina , microtúbulos y filamentos intermedios .
En comparación con las otras partes del citoesqueleto, los microfilamentos contienen los filamentos más delgados, con un diámetro de aproximadamente 7 nm. Los microfilamentos forman parte del citoesqueleto que están compuestos por una proteína llamada actina . Dos hebras de actina entrelazadas forman una estructura filamentosa que permite el movimiento de proteínas motoras. Los microfilamentos pueden ocurrir en la actina G monomérica o en la actina F filamentosa. [2] Los microfilamentos son importantes cuando se trata de la organización general de la membrana plasmática. Los filamentos de actina se consideran helicoidales y flexibles. Están compuestos por varios monómeros de actina encadenados entre sí, lo que aumenta su flexibilidad. Se encuentran en varios lugares del cuerpo, incluidas las microvellosidades, los anillos contráctiles, las fibras de estrés, la corteza celular, etc. En un anillo contráctil, la actina tiene la capacidad de ayudar con la división celular, mientras que en la corteza celular puede ayudar con la integridad estructural. de la celda.
La polimerización de microfilamentos se divide en tres pasos. El paso de nucleación es el primer paso, y es el paso más lento y limitante de la velocidad del proceso. El alargamiento es el siguiente paso en este proceso y es la rápida adición de monómeros de actina tanto en el extremo positivo como en el negativo del microfilamento. El último paso es el estado estacionario. En este estado, la adición de monómeros será igual a la resta de monómeros, lo que provocará que el microfilamento ya no crezca. Esto se conoce como concentración crítica de actina. Se sabe que existen varias toxinas que limitan la polimerización de la actina. La citocalasina es una toxina que se unirá al polímero de actina, por lo que ya no podrá unirse a los monómeros de actina entrantes. La actina originalmente unida al polímero todavía sale del microfilamento provocando la despolimerización. La faloidina es una toxina que se unirá a la actina bloqueando el filamento en su lugar. Los monómeros no agregan ni salen de este polímero, lo que provoca la estabilización de la molécula. La latrunculina es similar a la citocalasina, pero es una toxina que se unirá a los monómeros de actina impidiendo que se agregue al polímero de actina. Esto provocará la despolimerización del polímero de actina en la célula. [ cita necesaria ]
Hay varias proteínas diferentes que interactúan con la actina en el cuerpo. Sin embargo, uno de los tipos de proteínas motoras más famosos es la miosina . La miosina se unirá a estas actinas provocando el movimiento de la actina. Este movimiento de miosina a lo largo del microfilamento puede provocar contracción muscular, asociación de membranas, endocitosis y transporte de orgánulos. El microfilamento de actina está compuesto por tres bandas y un disco. La banda A es la parte de la actina que se unirá a la miosina durante la contracción muscular. La banda I es la parte de la actina que no está unida a la miosina, pero aún así se moverá durante la contracción muscular. La zona H es el espacio entre dos actinas adyacentes que se reducirá cuando el músculo comience a contraerse. El disco Z es la parte del microfilamento que caracteriza el extremo general de cada lado del sarcómero , una unidad estructural de una miofibrilla . [ cita necesaria ]
Estos microfilamentos tienen el potencial de estar limitados por varios factores o proteínas. La tropomodulina es una proteína que tapará los extremos de los filamentos de actina provocando la estabilidad general de la estructura. La nebulina es otra proteína que puede unirse a los lados de la actina impidiendo la unión de la miosina a ellos. Esto provoca la estabilización de la actina limitando la contracción muscular. La titina es otra proteína, pero se une a la miosina en lugar del microfilamento de actina. La titina ayudará a estabilizar la contracción y la estructura de miosina-actina. [ cita necesaria ]
Los microtúbulos son el tipo de filamento más grande, con un diámetro de 25 nm de ancho, en el citoesqueleto. [3] Un solo microtúbulo consta de 13 microfilamentos lineales. A diferencia de los microfilamentos, los microtúbulos están compuestos por una proteína llamada tubulina. La tubulina consta de dímeros, denominados "αβ-tubulina" o "dímeros de tubulina", que se polimerizan para formar los microtúbulos. [3] Estos microtúbulos se cuantifican estructuralmente en tres grupos principales: singletes, dobletes y tripletes. Los singletes son estructuras de microtúbulos que se sabe que se encuentran en el citoplasma . Los dobletes son estructuras que se encuentran en los cilios y flagelos . Los trillizos se encuentran en los cuerpos basales y los centriolos. Hay dos poblaciones principales de estos microtúbulos. Hay microtúbulos inestables de corta duración que se ensamblan y desarman rápidamente. La otra población son microtúbulos estables y de larga vida. Estos microtúbulos permanecerán polimerizados durante períodos de tiempo más largos y se pueden encontrar en flagelos, glóbulos rojos y células nerviosas. Los microtúbulos tienen la capacidad de desempeñar un papel importante en la organización de orgánulos y vesículas, el batido de cilios y flagelos, la estructura de los nervios y los glóbulos rojos, y la alineación/separación de los cromosomas durante la mitosis y la meiosis. [ cita necesaria ]
Cuando una célula está en el proceso de interfase, todos los microtúbulos tienden a orientarse de la misma manera. Su extremo cargado negativamente estará cerca del núcleo de la célula, mientras que su extremo positivo estará orientado lejos del cuerpo celular. El cuerpo basal que se encuentra dentro de la célula ayuda a los microtúbulos a orientarse de esta manera específica. En las células mitóticas, verán una orientación similar, ya que el extremo cargado positivamente estará orientado lejos de la célula, mientras que el extremo cargado negativamente estará orientado hacia el Centro Organizador de Microtúbulos (MTOC). El extremo positivo de estos microtúbulos se unirá al cinetocoro del cromosoma permitiendo la división celular cuando corresponda. Las células nerviosas tienden a ser diferentes de estas otras dos formas de orientación. En una célula nerviosa axónica , los microtúbulos se dispondrán con su extremo cargado negativamente hacia el cuerpo celular y su extremo cargado positivamente lejos del cuerpo celular. Sin embargo, en las dendritas, los microtúbulos pueden tener una orientación diferente. En las dendritas , los microtúbulos pueden tener su extremo cargado positivamente hacia el cuerpo celular, pero su extremo cargado negativamente probablemente estará alejado del cuerpo celular. [ cita necesaria ]
La colchicina es un ejemplo de un fármaco que se sabe que se utiliza como inhibidor de los microtúbulos. Se une a la tubulina α y β en dímeros de microtúbulos. En concentraciones bajas, esto puede provocar la estabilización de los microtúbulos, pero en concentraciones altas puede provocar la despolimerización de los microtúbulos. El taxol es otro fármaco que se utiliza a menudo para ayudar a tratar el cáncer de mama dirigiéndose a los microtúbulos. El taxol se une al costado de un túbulo y puede provocar una interrupción en la división celular. [ cita necesaria ]
Hay tres tipos principales de microtúbulos involucrados en la división celular . Los microtúbulos astrales son los que se extienden desde el centrosoma hacia la corteza celular. Pueden conectarse a la membrana plasmática a través de depósitos de puntos de referencia corticales. Estos depósitos se determinan mediante señales de polaridad, factores de crecimiento y diferenciación o contactos de adhesión. Los microtúbulos polares se extenderán hacia el centro de la célula y se superpondrán al ecuador donde la célula se divide. Los microtúbulos del cinetocoro se extenderán y se unirán al cinetocoro de los cromosomas, ayudando en la división de una célula. Estos microtúbulos se unirán al cinetocoro en su extremo positivo. NDC80 es una proteína que se encuentra en este punto de unión y que ayudará a estabilizar esta interacción durante la división celular. Durante el proceso de división celular, la longitud total de los microtúbulos no cambiará. Sin embargo, producirá un efecto rodante que puede provocar la separación de estos cromosomas. [ cita necesaria ]
Los filamentos intermedios son parte de la estructura del citoesqueleto que se encuentra en la mayoría de las células eucariotas. Un ejemplo de filamento intermedio es un Neurofilamento . Proporcionan soporte a la estructura del axón y son una parte importante del citoesqueleto. Los filamentos intermedios contienen un diámetro promedio de 10 nm, que es más pequeño que el de los microtúbulos, pero mayor que el de los microfilamentos. [4] Estos filamentos de 10 nm están formados por cadenas polipeptídicas, que pertenecen a la misma familia que los filamentos intermedios. Los filamentos intermedios no participan en el movimiento directo de las células a diferencia de los microtúbulos y los microfilamentos. Los filamentos intermedios pueden desempeñar un papel en la comunicación celular en un proceso conocido como diafonía. Esta conversación cruzada tiene el potencial de ayudar con la mecanodetección. Esta mecanodetección puede ayudar a proteger la célula durante la migración celular dentro del cuerpo. También pueden ayudar con la unión de la actina y los microtúbulos al citoesqueleto, lo que conducirá al eventual movimiento y división de las células. Por último, estos filamentos intermedios tienen la capacidad de ayudar con la permeabilidad vascular mediante la organización de uniones adherentes continuas mediante el entrecruzamiento de plectina. [5]
Los filamentos intermedios están compuestos de varias proteínas, a diferencia de los microfilamentos y microtúbulos que están compuestos principalmente de actina y tubulina. Estas proteínas se han clasificado en 6 categorías principales según sus características similares. Los filamentos intermedios tipo 1 y 2 son los que están compuestos por queratinas y se encuentran principalmente en las células epiteliales. Los filamentos intermedios tipo 3 contienen vimentina. Se pueden encontrar en una variedad de células que incluyen células del músculo liso, fibroblastos y glóbulos blancos. Los filamentos intermedios tipo 4 son los neurofilamentos que se encuentran en las neuronas. Se pueden encontrar en muchos axones motores diferentes que sostienen estas células. Los filamentos intermedios de tipo 5 están compuestos de láminas nucleares que se pueden encontrar en la envoltura nuclear de muchas células eucariotas. Ayudarán a montar una red ortogonal en estas células de la membrana nuclear. Los filamentos intermedios tipo 6 están involucrados con la nestina y interactúan con las células madre del sistema nervioso central. [6]