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Seminario 6: Dinámica del Citoesqueleto en Interfase y División Celular
Canal: Biología Molecular y Genética FMED - UBA
Ponente: Tomas Falzone
Duración: 57:36
Introducción
Este seminario explora la dinámica del citoesqueleto, una red compleja de proteínas dentro de la célula que es fundamental para una variedad de funciones celulares. Se abordará cómo el citoesqueleto participa en procesos clave como la polaridad celular, la migración celular y la división celular (mitosis y meiosis). El enfoque se centrará en comprender estos mecanismos desde una perspectiva de genética molecular, vinculando la expresión génica con la estructura y función celular.
El Citoesqueleto: Componentes y Funciones Generales
El citoesqueleto proporciona el andamio estructural de la célula, definiendo su forma y permitiendo el movimiento y la organización interna. Está compuesto por tres tipos principales de filamentos poliméricos:
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Microtúbulos:
- Estructura: Cilindros huecos formados por tubulina (alfa y beta).
- Función: Establecen la morfología celular, actúan como "carriles" para el transporte intracelular, son cruciales en la mitosis y la formación de cilios y flagelos. Se organizan a partir de centros nucleadores (como los centrosomas) y tienen una polaridad definida (+ y -).
- Proteínas Motoras: Quinesina (movimiento hacia el extremo +) y Dineína (movimiento hacia el extremo -).
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Filamentos de Actina (Microfilamentos):
- Estructura: Polímeros delgados de actina. Son más dinámicos que los microtúbulos.
- Función: Soportan la forma celular, participan en la formación de protrusiones (lamelipodios, filopodios), migración celular, contracción muscular y división celular (citocinesis). Pueden formar haces, geles y redes.
- Proteínas Motoras: Miosinas (diversos tipos con funciones específicas, incluyendo contracción y transporte).
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Filamentos Intermedios:
- Estructura: Formados por diferentes proteínas (ej. queratina, vimentina), específicos de cada tipo celular.
- Función: Proporcionan resistencia mecánica y estabilidad estructural. Anclan el núcleo y participan en uniones celulares. No son dinámicos como los otros dos.
- Ejemplo: Las queratinas son filamentos intermedios cruciales para la integridad de la piel y otros epitelios. Las mutaciones en genes de queratina pueden causar enfermedades como la epidermólisis bullosa.
Conexión con la Genética Molecular
La expresión génica es la base de la función celular. El ADN dirige la síntesis de proteínas específicas que componen el citoesqueleto.
- Destino Celular: La expresión diferencial de genes permite la especialización celular y la modificación de programas funcionales a partir de un mismo genoma.
- Variabilidad: Los polimorfismos y variantes genéticas pueden modular la expresión de proteínas del citoesqueleto, afectando la fisiología tisular.
- Enfermedades: Alteraciones genéticas (mutaciones, desregulación de la expresión) en genes que codifican proteínas del citoesqueleto pueden llevar a enfermedades como el cáncer (desregulación del ciclo celular) o distrofias musculares.
Funciones del Citoesqueleto en Interfase
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Adquisición de Polaridad Celular:
- El citoesqueleto ayuda a establecer la polaridad reconociendo y anclándose a la matriz extracelular o a células adyacentes.
- Permite la segregación interna de factores y componentes celulares, creando regiones distintas (ej. apical vs. basal en células epiteliales).
- Las uniones celulares (oclusivas, adherentes, desmosomas, comunicantes) son cruciales para mantener esta polaridad y la integridad del tejido, y muchas de ellas dependen de la interacción con el citoesqueleto.
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Migración Celular:
- Es un proceso altamente dinámico que requiere la remodelación constante del citoesqueleto, especialmente de los filamentos de actina.
- La migración está guiada por señales externas (quimiotrayentes) que activan vías de señalización intracelular (ej. vías de Rac y Rho).
- Se establece una polaridad de migración con un "frente de avance" (polimerización de actina, formación de lamelipodios/filopodios) y un "frente de retroceso" (contracción, depolimerización de actina).
- Las proteínas motoras y las uniones focales (integrinas con la matriz) son esenciales para generar la fuerza y el anclaje necesarios.
- El transporte de vesículas (mediado por microtúbulos) es vital para reponer la membrana en el frente de avance (exocitosis) y eliminarla en el frente de retroceso (endocitosis).
Funciones del Citoesqueleto en la División Celular (Mitosis y Meiosis)
El citoesqueleto juega un papel central en la mitosis, asegurando la correcta segregación del material genético.
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Formación del Huso Mitótico:
- Durante la profase, los centrosomas (con centríolos duplicados) migran a polos opuestos y organizan los microtúbulos para formar el huso mitótico.
- La desorganización controlada de la envoltura nuclear (mediada por la fosforilación de láminas nucleares por el Factor Promotor de la Mitosis) permite que los microtúbulos del huso interactúen con los cromosomas.
- Existen diferentes tipos de microtúbulos en el huso: cinetocóricos (unen cromosomas), polares (interactúan entre sí) y astrales (interactúan con la membrana plasmática).
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Segregación Cromosómica:
- En la metafase, los cromosomas se alinean en el ecuador celular gracias a las fuerzas generadas por la polimerización/despolimerización de los microtúbulos cinetocóricos y la acción de proteínas motoras (ej. quinesina 13).
- La transición de metafase a anafase es regulada por el Complejo Promotor de la Anafase (APC), que marca para degradación proteínas clave (ciclinas y securina), permitiendo la separación de cromátides hermanas y la elongación del huso.
- El movimiento de los cromosomas hacia los polos se logra por la despolimerización de microtúbulos cinetocóricos y el deslizamiento de microtúbulos polares mediado por quinesinas. Los microtúbulos astrales tiran de los polos hacia la membrana.
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Citocinesis (División del Citoplasma):
- Tras la segregación cromosómica, los filamentos de actina y la miosina tipo II forman un anillo contráctil en la zona ecuatorial de la célula.
- Este anillo se contrae, estrangulando la célula y dividiendo el citoplasma en dos células hijas.
Conclusión
El citoesqueleto es una estructura dinámica y versátil, esencial tanto para el mantenimiento y la función de las células en interfase como para los procesos críticos de división celular. Su complejidad y la intrincada regulación genética subyacente subrayan su importancia fundamental en biología celular y su conexión con diversas patologías cuando su función se ve alterada.
Notas adicionales para tu estudio:
- Imágenes: Considera incluir diagramas de los tres componentes del citoesqueleto, ejemplos de polaridad celular (célula epitelial), migración celular (neutrófilo), y las distintas fases de la mitosis, resaltando el papel del huso mitótico y el anillo contráctil.
- Glosario: Podrías añadir un pequeño glosario con términos clave como: polimerización, despolimerización, proteínas motoras, quinesina, dineína, miosina, citoesqueleto, microtúbulos, filamentos de actina, filamentos intermedios, polaridad celular, migración celular, mitosis, meiosis, huso mitótico, cinetocoro, citocinesis, APC, securina, separasa.
- Preguntas de Repaso: Puedes formular preguntas al final de cada sección para autoevaluar la comprensión.
Espero que este material te sea de gran utilidad para preparar tu PDF. ¡Mucho éxito!
