Microtúbulos, Estructura, Organización dentro de las células, La nucleación y el crecimiento, La inestabilidad dinámica, Proteínas Motor, Transporte viral intracelular, Otras funciones, Papel postulados en la conciencia

Los microtúbulos son un componente del citoesqueleto, que se encuentra en todo el citoplasma. Estos polímeros tubulares de tubulina pueden crecer hasta 25 micrómetros y son muy dinámicos. El diámetro exterior de los microtúbulos es de aproximadamente 25 nm, mientras que el diámetro interior es de aproximadamente 12 nm. Se encuentran en las células eucariotas y están formadas por la polimerización de un dímero de dos proteínas globulares, alfa y beta tubulina.

Los microtúbulos son importantes en una serie de procesos celulares. Están involucrados en el mantenimiento de la estructura celular y junto con los microfilamentos y los filamentos intermedios, que forman el citoesqueleto. Ellos también forman parte de la estructura interna de los cilios y flagella.They proporcionan plataformas para el transporte intracelular y están involucrados en una variedad de procesos celulares que implican el movimiento de las vesículas secretoras y orgánulos, así como el transporte intracelular de sustancias. También están implicados en la división celular incluyendo la formación de husos mitóticos, que es el proceso por el cual las células eucariotas separan sus cromátides durante la división celular.

Los microtúbulos son nucleados y organizados en los centros de organización de microtúbulos, tales como el centrosoma o los cuerpos basales que se encuentran en los cilios y flagelos. Estos COMT pueden o no pueden poseer centríolos.

Hay muchas proteínas que se unen a los microtúbulos, incluyendo proteínas motoras tales como quinesina y dineína, proteínas como cortando los katanin, y otras proteínas importantes para la regulación de la dinámica de microtúbulos.

Estructura

Los microtúbulos son cilindros largos, huecos constituidos por un polimerizados dímeros-y-tubulina.

Los dímeros de tubulina se polimerizan de extremo a extremo en protofilamentos, que son la piedra angular de la estructura de los microtúbulos. Trece protofilamentos asocian lateralmente para formar una sola microtúbulos y esta estructura a continuación, se puede extender mediante la adición de más protofilamentos. Con el fin de polimerización para producir dímeros deben estar presentes en una concentración por encima de un mínimo específico denominado la concentración crítica, aunque el proceso se acelera por la adición de núcleos, que se alarga.

La asociación lateral de los protofilamentos genera una hélice imperfecta con una vuelta de la hélice 13 que contiene los dímeros de tubulina, cada uno a partir de una protofilamento diferente. La imagen en la parte superior de este artículo ilustra una pequeña sección de un microtúbulo, unos pocos un dímeros de longitud. El número de protofilamentos puede variar; microtúbulos formados por 14 protofilamentos se han observado in vitro.

Los microtúbulos tienen una polaridad distinta que es importante para su función biológica. Tubulina polimeriza un extremo a otro con la A-subunidades de un dímero de tubulina contacto con las subunidades de la siguiente. Por lo tanto, en un protofilamento, un extremo tendrá una de las subunidades expuestas mientras que el otro extremo tendrá las subunidades expuestos. Estos fines se designarán y termina, respectivamente. Los protofilamentos lían paralelos uno a otro, por lo que, en un microtúbulo, hay un extremo, al final, con sólo subunidades expuestos, mientras que el otro extremo, al final, sólo tiene un subunidades expuestos. Alargamiento de los microtúbulos típicamente sólo se produce desde el extremo.

Organización dentro de las células

Los microtúbulos son parte de una red estructural dentro del citoplasma de la célula. La función principal de los microtúbulos del citoesqueleto es mecánico. Sin embargo, además de soporte estructural, los microtúbulos también participan en muchos otros procesos. Un microtúbulos es capaz de crecer y la disminución con el fin de generar la fuerza, y también hay proteínas motoras que permiten a los orgánulos y otros factores celulares que se llevarán a lo largo de un microtúbulo. Esta combinación de funciones hace que los microtúbulos importantes para la organización de distribución celular.

Nucleación de microtúbulos

Los microtúbulos son normalmente nucleados y organizados por organelos especializados llamados centros de organización de microtúbulos. COMT asociados con la base de un cilio o flagelo eucariota se denominan típicamente cuerpos basales, de lo contrario se les llama centríolos. En muchos tipos de células microtúbulos son nucleados principalmente en COMT, sin embargo, también hay muchas excepciones a esta regla.

 Los cilios y flagelos

Los microtúbulos desempeñan un papel estructural importante en los cilios y flagelos eucariotas. Los cilios y flagelos también son notables en que siempre se extienden directamente desde un COMT, en este caso denominado el basal del cuerpo. La acción de las proteínas motoras de los microtúbulos filamentos vecinos que se ejecutan a lo largo de un cilios o flagelo permiten el orgánulo se doble y generar la fuerza para la natación, el material en movimiento extracelular, y otras funciones.

Tenga en cuenta que los procariotas no poseen tubulina. Procariota flagelos son completamente diferentes en estructura a flagelos eucariotas.

Organización durante la división celular

 Huso mitótico

Una estructura notable participación de los microtúbulos del huso mitótico es utilizado por la mayoría de las células eucariotas para segregar los cromosomas correctamente durante la división celular.

El proceso de la mitosis se ve facilitada por un subgrupo de los microtúbulos conocidas como microtúbulos astrales, definidos como un microtúbulo procedente del centrosoma que no se conecta a un cinetocoro. Microtúbulos astrales desarrollan en el esqueleto de actina e interactúan con la corteza celular para ayudar en la orientación del cabezal. Están organizados en matrices radiales alrededor de los centrosomas. La tasa de rotación de esta población de los microtúbulos es mayor que la de cualquier otra población. La función de los microtúbulos astrales en concierto con dineína motores especializados, que están orientadas con la parte de la cadena ligera unida a la membrana de la célula y la parte dinámica unido a los microtúbulos. Esto permite la dineína contracción para tirar de la centrosoma hacia la membrana celular, ayudando así en la citocinesis.

Microtúbulos astrales no son necesarios para la progresión de la mitosis, pero son necesarias para asegurar la fidelidad del proceso, sino que son necesarios para el correcto posicionamiento y la orientación del aparato del huso mitótico. También están implicados en la determinación de sitio de la división celular en base a la geometría y polaridad de las células. El mantenimiento de los microtúbulos astrales depende de la integridad del centrosoma. También depende de varias proteínas asociadas a los microtúbulos tales como EB1 y adenomatosa Polyposis Coli.

 Midbody

La división celular en una típica acabados eucariotas con la generación de un puente final citoplasmática entre las dos células hijas denomina el punto medio del cuerpo. Esta estructura es rico en microtúbulos y se construye de los microtúbulos que originalmente formaban parte del eje.

La nucleación y el crecimiento

Los microtúbulos son a menudo nucleados en un centro de organización de microtúbulos dedicado. Contenido dentro de la COMT es otro tipo de tubulina,?-Tubulina, que es distinta de la A-y-subunidades que componen los propios microtúbulos. El?-Tubulina combina con varias otras proteínas asociadas para formar una estructura circular conocido como el "complejo de anillo?-Tubulina". Este complejo actúa como un andamio para un /-tubulina dímeros para comenzar la polimerización, sino que actúa como un tope de final mientras que el crecimiento de microtúbulos continúa lejos de la COMT en la dirección.

Las células que carecen COMT

Algunos tipos de células, como las células de las plantas, no contienen COMT. En estas células, los microtúbulos son nucleados de sitios discretos en el citoplasma. Otros tipos de células, como los parásitos tripanosomátidos, tienen un MTOC pero se encuentran permanentemente en la base de un flagelo. La nucleación de microtúbulos para las funciones estructurales y para la generación del huso mitótico no es de una canónica MTOC centríolo-like. La regulación del citoesqueleto de microtúbulos en estas células es un área de intenso estudio.

La inestabilidad dinámica

La inestabilidad dinámica se refiere a la coexistencia de montaje y desmontaje en el extremo de un microtúbulo. Los microtúbulos puede cambiar dinámicamente entre crecimiento y la disminución de las fases en esta región. Durante la polimerización, tanto la una-y-subunidades del dímero de tubulina se unen a una molécula de GTP. El GTP unido a un-tubulina es estable y que desempeña una función estructural en este estado ligado. Sin embargo, el GTP unido a-tubulina puede ser hidrolizado al PIB poco después de ensamblado resultante en la adición de nuevos dímeros. La cinética de PIB-tubulina son diferentes de los de GTP-tubulina como PIB-tubulina es propenso a la despolimerización. Una subunidad de tubulina unida a GDP en la punta de un microtúbulo se caerá, aunque un tubulina unida a GDP en el medio de un microtúbulo no puede aparecer espontáneamente. Desde tubulina añade en el extremo de los microtúbulos sólo en el estado unido a GTP, hay un tope de la tubulina unida a GTP en la punta de los microtúbulos, que lo protege de desmontaje. Cuando la hidrólisis se iguala a la punta de los microtúbulos, que inicia una rápida despolimerización y la contracción. Este interruptor del crecimiento a la reducción se llama una catástrofe. Tubulina unida a GTP puede empezar a añadir a la punta de los microtúbulos de nuevo, proporcionando una nueva tapa y la protección de los microtúbulos a partir de la reducción. Esto se conoce como "rescate".

Resumen de propiedades de polimerización tubulins

El proceso de adición o eliminación de monómeros depende de la concentración de a-tubulina dímeros en solución en relación con la concentración crítica, que es la constante para la disociación de los dímeros en el extremo de los microtúbulos equilibrio.

  • Si su concentración es mayor que la Cc los microtúbulos se polimerice y crecer. Si la concentración es menor que Cc entonces la longitud de los microtúbulos va a disminuir.
  • El CC variará dependiendo de si una tapa de GTP o GDP está presente, que a su vez significa que el final tendrá un valor diferente de la final. De la misma manera que los filamentos de actina crecen, al final se define como el final, donde se produce el crecimiento preferencial.
  • La actividad dinámica en el extremo es mayor, ya que tiene una Cc específico más bajo.
  • Con los niveles de un-tubulina mayores que el Cc los dímeros se acumulan principalmente en el extremo.
  • Cuando la concentración de un-tubulina es mayor que el CC del final pero por debajo de la del crecimiento final sólo se producirá en una dirección, con subunidades que se añade a un extremo y subunidades de disociación desde el otro extremo.

Por consiguiente, la microtúbulos puede crecer en ambos extremos o sólo en uno, dependiendo de las concentraciones de dímeros de tubulina un-. La interacción del extremo con COMT disminuirá en gran medida su actividad.

Estas características se derivan de la existencia de la inestabilidad dinámica de los microtúbulos, lo que significa que en la misma celda se despolimerización de microtúbulos algunos y otros están polimerizando.

Proteína asociada a los microtúbulos

"In vivo" dinámica de los microtúbulos varían considerablemente. Montaje, desmontaje, y las tasas de catástrofe dependen de que las proteínas asociadas a los microtúbulos están presentes. Los mapas se clasifican por su peso molecular en dos grupos:

  • Mapas con un peso molecular inferior a 55-62 kDa

También se les llama t proteínas. Se alinean los enlaces microtúbulos y forma con los microtúbulos adyacentes.

  • Mapas con un peso molecular de 200-1000 kDa

Hay cuatro tipos conocidos de los mapas más pesados de peso molecular: MAP-1, MAP-2, MAP-3 y MAP-4 A MAP-1 proteína se compone de al menos tres proteínas diferentes: A, B y C. La proteína C desempeña un papel importante en el transporte retrógrado de vesículas y que se conoce como dineína citoplásmica.

Proteínas MAP-2 se encuentran en las dendritas y en el cuerpo de las neuronas, donde se unen con otros filamentos.

Las proteínas MAP-4 se encuentran en la mayoría de las células y se estabilizan los microtúbulos.

Efectos químicos sobre la dinámica de los microtúbulos

Un gran número de fármacos son capaces de unirse a la tubulina y modificar su estado de activación. Esto tendrá el efecto de interferir con la dinámica de los microtúbulos. Estos fármacos pueden tener un efecto a concentraciones intracelulares mucho más bajas que la de la tubulina. Esta interferencia con la dinámica de los microtúbulos puede tener el efecto de detener el ciclo celular las células y puede conducir a la muerte celular programada o apoptosis. Los compuestos que modifican la actividad tubulinas se pueden dividir en dos grupos generales: inhibidores de la polimerización, tales como la colchicina y los inhibidores de despolimerización.

Los medicamentos que pueden alterar la dinámica de los microtúbulos incluyen:

  • La clase taxano para combatir el cáncer de las drogas bloquean la inestabilidad dinámica mediante la estabilización de la tubulina unida a GDP en los microtúbulos. Por lo tanto, incluso cuando la hidrólisis de GTP llega a la punta de los microtúbulos, no hay despolimerización de los microtúbulos y no se encoge de nuevo.
  • Las epotilonas, por ejemplo Ixabepilona, funciona de una manera similar a los taxanos.
  • Nocodazol, vincristina, colchicina y tienen el efecto contrario, el bloqueo de la polimerización de la tubulina en microtúbulos.
  • Eribulina se une al extremo de crecimiento de los microtúbulos. Eribulina ejerce sus efectos contra el cáncer mediante la activación de la apoptosis de las células cancerosas tras el bloqueo mitótico prolongado e irreversible.

Proteínas Motor

Además de movimiento generado por la inestabilidad dinámica de la propia microtúbulos, las fibras son sustratos a lo largo de la cual las proteínas motoras se pueden mover. Algunas proteínas se aprovechan de la hidrólisis de ATP con el fin de generar energía mecánica y mover sustancias a lo largo de los microtúbulos. Las principales proteínas motoras de microtúbulos son quinesina, que se mueve hacia el final de los microtúbulos, y dineína, que se mueve hacia el extremo.

  • La dineína tiene una estructura similar a quinesina: que se compone de dos cadenas pesadas idénticas, que constituyen dos cabezas globulares, y un número variable de cadenas intermedias y la luz. Transporte mediado por dineína se lleva a cabo desde el extremo hacia el final del canal intra-microtubular. Se ha sugerido que la hidrólisis de ATP se lleva a cabo en las cabezas globulares. La dineína transporta vesículas y orgánulos y con el fin de hacer esto tiene que interactuar con sus membranas, para lo cual necesita un complejo de proteína, que contiene un número de elementos, incluyendo dynactin.
  • La mayoría de las quinesinas están implicadas en el transporte de vesículas de un extremo microtúbulos hacia el final, es decir hacia la parte distal de una célula o de neuritas.

Transporte viral intracelular

Algunos virus que requieren acceso al núcleo para replicar sus genomas se unen a las proteínas motoras, que los transportan a 1-4 m/s en el centrosoma, cerca del núcleo.

Otras funciones

Los microtúbulos juegan un papel en los procesos biológicos, además de su papel estructural como un componente del citoesqueleto.

En desarrollo

El citoesqueleto formado por microtúbulos es esencial para el proceso morfogenético de un desarrollo de organismos. Por ejemplo, se requiere una red de microtúbulos polarizadas enteros, para estar presente en el ovocito de Drosophila melanogaster durante su embriogénesis con el fin de establecer el eje del huevo. Las señales enviadas entre las células foliculares y el ovocito causar la reorganización de los microtúbulos de modo que sus extremos están situados en la parte inferior del ovocito, polarizando la estructura y que conduce a la aparición de un eje antero-posterior. Esta participación en la arquitectura de los bodys también se observa en los mamíferos.

Otra área en la que los microtúbulos son esenciales es la formación del sistema nervioso en los vertebrados superiores, donde la dinámica tubulinas y las de las proteínas asociadas es controlado finamente durante el desarrollo de la base neuronal del cerebro.

Regulación de la expresión génica

El citoesqueleto celular es un elemento dinámico que funciona en muchos niveles diferentes: además de darle una forma particular y que soporta el transporte de vesículas y orgánulos también puede influir en la expresión génica. Sin embargo, los mecanismos de transducción de señales implicadas en esta comunicación, están poco comprendidas. A pesar de esto, la relación entre la despolimerización mediada por fármacos de los microtúbulos y la expresión específica de factores de transcripción se ha descrito, que ha proporcionado información sobre la expresión diferencial de los genes en función de la presencia de estos factores. Esta comunicación entre el citoesqueleto y la regulación de la respuesta celular está también relacionada con la generación de factores de crecimiento: por ejemplo, esta relación existe para el factor de crecimiento de tejido conjuntivo.

Este hecho tiene una inconsistencia vital en tratamientos contra el cáncer como actos de paclitaxel en los microtúbulos del citoesqueleto y es su interacción con los elementos que regulan el ciclo celular que provoca, en presencia de los fármacos antineoplásicos, una serie de fallos celulares en las células cancerosas que llevan a la prevista la muerte celular o apoptosis.

Papel postulados en la conciencia

En su polémica Orch-O teoría de la conciencia, Roger Penrose y Stuart Hameroff postulan que los microtúbulos en las neuronas realizan manipulaciones a nivel cuántico de la materia, lo que produce la conciencia, basada en parte en algunas observaciones de Gamma Sincronía que indican que la información puede propagarse a través del cerebro mucho más rápido que una red neuronal mediada químicamente permitiría físicamente. Max Tegmark niega la pertinencia de estas observaciones, y el asunto sigue siendo objeto de debate. David Chalmers afirma que las teorías cuánticas de conciencia sufren de las mismas debilidades que las teorías más convencionales. Así como él sostiene que no hay ninguna razón particular por la que determinados rasgos físicos macroscópicos en el cerebro deben dar lugar a la conciencia, él también piensa que no hay ninguna razón en particular por una característica cuántica en particular, como el campo electromagnético en el cerebro, debe dar aumentar la conciencia, tampoco. Mientras que al menos un investigador, Michael Persinger, afirma lo contrario, Jeffrey Gray en su libro Consciousness: trepando sobre el problema difícil, que pone a prueba en busca de la influencia de los campos electromagnéticos sobre la función cerebral han sido universalmente negativo en su resultado.

  • Las proteínas en diferentes compartimentos y estructuras celulares etiquetados con la proteína verde fluorescente.