Semana 8 y 9

Semana 8 y 9
 Movimiento y sistemas de actina-miosina:
amiboideo, seudópodos, estructuras celulares.
 Mecanismos del movimiento muscular: liso,
estriado, cardiaco.
 Movimiento y sistemas tubulina-dineína o
quinesina: cilios, flagelos. Transporte
citoplasmático.
 Movimiento de los cromosomas, cromatóforos,
iridóforos.
 Otros sistemas de movimiento: Locomoción y
presión hidrostática. Contracción por espasmina.
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Motilidad: músculo, cilios y flagelos
El movimiento organizado de los seres vivos ocurre en todos
los niveles estructurales e incluye procesos como:
1. Transporte activo a través de las membranas.
2. Traslocación de la DNA polimerasa a lo largo del DNA.
3. Separación de cromosomas replicados durante la división
celular.
4. El batir de cilios y flagelos.
5. La contracción de los músculos.
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Tejido muscular
Es de origen mesenquimático y está constituido por:
A. Células musculares capaces de generar
movimiento.
B. Tejido conjuntivo, estrechamente asociado a las
células musculares.
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Clasificación Muscular
1. Músculo estriado
A. Músculo esquelético. Músculos voluntarios que
sirven para el movimiento.
B. Músculo cardiaco. Del corazón, involuntario,
especializado.
2. Músculo No estriado
Músculo de los órganos internos, paredes de arterias
y venas, involuntario.
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Función de los Músculos
1. Produce movimiento
2. Mantiene la postura
3. Estabiliza las uniones
4. Genera calor
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Contracción Muscular
La contracción muscular es el proceso
fisiológico en el que los músculos desarrollan tensión
y se acortan por razón de un previo estímulo de
excitación.
Estas contracciones realizan la fuerza para desplazar el
contenido de la cavidad a la que recubren (músculo
liso) o mueven el organismo a través del medio o para
mover otros objetos (músculo estriado).
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Características funcionales de los
músculos
1. Excitabilidad
(irritabilidad)
2. Contractibilidad
3. Extensibilidad
4. Elasticidad
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Estructura del Músculo Estriado
Formado por haces paralelos de fibras musculares:
•Diámetro 20 – 100 μm.
•Longitud 30 cm,
•Células gigantes multinucleadas.
Cada fibra muscular esta compuesto de:
•Haces paralelos de unas mil miofibrillas.
•Cada miofibrilla tiene de 1 a 2 μm de diámetro.
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Sarcomero: unidad contráctil de
una miofibrilla.
Contiene: actina los filamentos
delgados y miosina los
filamentos gruesos.
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Sarcómero
1.Disco o líneas Z
2.Filamentos de actina en el interior del sarcómero
3.Filamento aislado de actina. Formado por el
agregado de monómeros de actina (son las esferas)
4.Filamento de tropomiosina
5.Troponina
6.Banda central de haces de miosina, ubicada en el
centro del sarcómero
7.Filamentos de miosina, con la región de la
cabeza proyectada hacia afuera
8.Sarcómero
9.Bandas I de los sarcómeros vecinos. Están
insertadas en el disco Z
10.Banda A
11.Banda H
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Filamento grueso
Filamento delgado
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Filamento delgado
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1. Elasticidad.
2. Extensibilidad.
3. Contractibilidad.
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Relación entre la tensión y estiramiento
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Miosina (filamento grueso)
-COOH terminal K, R
-COOH terminal Aromáticos, M, L
Seis cadenas polipeptídicas
altamente conservadas:
•2 cadenas pesadas
•2 pares de cadenas ligeras
LC1, LC2
• Molécula aislada a baja
fuerza iónica.
• ATPasa
• Transducción de energía
química a energía
mecánica.
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Actina (filamento delgado)
Nucleación
• Monómero globular
a baja fuerza iónica
(Actina-G).
• 375 Aas:
2 dominios,
4 subdominios.
• ATP.
• Mg2+.
G-actina
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Elongación
Estado estacionario
•Condiciones fisiológicas
polimeriza (Actina-F).
polimeriza
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F-actina(filamentos)
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Tropomiosinas (filamento delgado)
• Es un heterodímero
con 2 subunidades α.
• Forma de varilla de
400 Å de longitud.
• Interacciona con 7
monómeros de actina.
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Troponinas (filamento delgado)
1. Troponina C liga Ca2+ (TnC)
2. Troponina T liga tropomiosina (TnT)
3. Troponina I liga actina & tropomiosina (TnI)
Troponina I
Troponina C
Troponina T
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Disco Z:
• α- actinina y β- actinina están al interior
• Desmina y vimentina están en la periferia
• Asociadas al filamento delgado
Disco M:
• Proteína C
• Proteína M
• Asociadas al filamento grueso
• En los invertebrados el filamento grueso
presenta paramiosina
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Unión Neuromuscular
Tubo transversal (disco del tubo en forma de t no
Z): transmitir la excitación en fibras del músculo
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Retículo Endoplásmico (RE ó SR)
Ca2+ es almacenado y liberado libremente.
Ca2+ durante excitación-contracción
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Citosol
Receptor
Músculo Cardíaco
CaMK
Calmodulina
Diagrama que ilustra algunas proteínas
claves reguladoras asociadas con RyR2
y para regular función de canal.
RyR1
Membrana RE
Calsecuestrina
Lumen RE
Receptor del rianodina (RyR2): es responsable de
liberar Ca2+ de los almacenes intracelulares que media
la contracción cardiaca del miocito.
Ca2+/Ma2+ bomba (ATPase): proteína en RE
activamente transporta iones de Ca2+ (requiere de
ATP).
CaMKII es una enzima ATPasa que regula el
acoplador cardiaco de la excitación-contracción.
(Proteína vinculada con la memoria. Alzheimer)
Calsecuestrina: Almacena entre 40 a 50 iones de Ca2+
ligados a una proteína en RE célula durante la diástole.
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(a)
(b)
Cisterna Terminal
del RE
Tubulo T
Cisterna Terminal
del RE
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En el músculo esquelético, el acoplamiento Excitación-Contracción (EC) involucra una
interacción directa, proteína-proteína, entre dos clases diferentes de canales iónicos: el
receptor de rianodina (RyR1, RyR2), que se encuentra presente en el retículo
sarcoplásmico (SR) y el receptor de dihidropiridinas (DHPR), que se encuentra
presente en la membrana plasmática (o el sarcolema).
 Los DHPRs son canales iónicos sensibles al
voltaje, y más concretamente, se trata de
canales de calcio tipo L.
 Los RyR1, RyR2 etc. son canales de calcio
operados por ligando, y son los encargados
de liberar calcio del SR.
 En respuesta a una despolarización
eléctrica del sarcolema, el sensor de voltaje
de los DHPRs se mueve, promoviendo la
apertura de los RyR1 y/o RyR2, e induciendo
una liberación rápida del calcio del SR.
 El calcio así liberado interacciona con las
proteínas de la maquinaria contráctil,
provocando el acortamiento muscular.
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Mecanismo de la Contracción
en el músculo
• PA viaja desde el motor neural hacia botón.
• Se abren los canales y el Ca++ difunden dentro del
botón.
• Ca++ liga a las vesículas de Neurotransmisores.
• Acetilcolina se libera en la unión neuromuscular.
• Acetilcolina se liga a su receptor.
• Se abren los canales de Na+ y K+.
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Impulso nervioso en la Contracción Muscular
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Excitación eléctrica en la membrana del sarcolema
La excitación eléctrica en la membrana del sarcolema activa el voltaje-gated del canal de Ca2+ y
permite el paso del Ca2+ o sea su liberación del retículo sarcoplasmico (SR) vía receptores
rianodina (RyRs), causando la activación de elementos contráctiles. (NCX, Na +/Ca2+cambio;
ATP, ATPase; PLB, phospholamban; SR, sarcoplasmic reticulum). La inserción muestra el curso
de tiempo de un potencial de acción, Ca2+transitorio y la contracción. (Bers 2002).
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Química del puente cruzado
Transducción de la energía química en
energía mecánica por el músculo.
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Ciclo de los puentes cruzados causando desplazamiento
del filamento en la contracción muscular
A. Fibra en reposo: El puente
cruzado no esta conectado.
B. Los puentes cruzados se ligan a
la actina.
C. Pi es liberado causando cambio
conformacional en la miosina.
D. La fuerza de golpe causa que el
filamento se adelgace, por lo que
el ADP es liberado.
E. Un nuevo ATP se liga a la cabeza
de la miosina, lo que hace que la
actina se libere.
F. El ATP es hidrolizado causando
puentes cruzados para retornar s
u orientación original.
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Miosina y sus sitios para ligar el ATP y Actina
Después de la contracción:
• Acetilcolinesterasa degrada la Acetilcolina
• Colina se recicla
• Sólo el 50% de los puentes cruzados son atraídos en
cualquier momento. Lo que se llama acción asincrónica.
• La regulación esta dada por la tropomiosina y troponina
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Contracción del músculo liso
Organigrama de las actividades enzimáticas durante la contracción en músculo liso. La elevación del calcio
del músculo liso a cerca de 10-5M induce la formación de los complejos de Ca2+Calmodulin (CaCM) que activan
filamentos finos atando el caldesmon (Cald) y liberando sitios obligatorios de miosina en filamentos finos. CaCM
también une y activa la kinasa de cadena ligera de la miosina (MLCK). Cadena activa de miosina de los
phosphorylates de MLCK que activa la actividad del ATPasa de la miosina. Epinephrine que ata a los receptores
Beta-adrenergicos levanta el campo, activa el kinasa de proteína campo-dependiente (PKA), que reduce la afinidad
de MLCK para CaCM y modula la fuerza de las contracciones generadas por el calcio citosólico elevado.
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Rol del Ca2+
Relajación:
• Ca 2+ en el sarcoplasma disminuye
cuando la tropomiosina actúa.
• Ca 2+ es bombeado dentro del RE en
la cisterna terminal
• Músculo se relaja.
Contracción:
• Ca2+ es liberado desde el RE.
• Ca2+ es ligado a la troponina
• Provoca un cambio conformacional
en la Tropomiosina-troponina
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Se requiere para dos procesos:
1. Hidrólisis de ATP por la miosina (70
– 80%).
2. Para la bomba de calcio que regresa
a los iones de Ca2+ dentro del RE
(20-30%)
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ATP
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Cilios
 Son expansiones celulares filiformes, de unos 0,25 µm de
diámetro y unos 10 a 15 µm de longitud, que aparecen en las
células animales y en algunos protozoos.
 Suelen disponerse densamente empaquetados, a modo de césped,
en las superficies libres de numerosas células, como las que
forman los epitelios de los tractos respiratorios, de los conductos
del aparato reproductor femenino de mamíferos o de las branquias
de los peces y bivalvos. También aparecen en numerosos
protozoos.
 Son estructuras que pueden moverse y su principal misión es la de
desplazar fluidos, como ocurre con el mucus del tracto
respiratorio, pero también empujan al óvulo a lo largo de las
trompas de falopio hasta el útero o mueven el agua alrededor de
las branquias.
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Cilios
 Los organismos unicelulares los usan para moverse ellos mismos o
para arremolinar el líquido que les rodea y así atraer alimento.
 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. El tipo de movimiento que realizan es de
bateo, a modo de látigo, de manera sincronizada, produciendo una
especie de ola que desplaza el fluido en una dirección paralela a la
superficie de la célula.
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Flagelo
 Son similares a los cilios pero mucho más largos, con unas
150 µm de longitud, y un poco más gruesos.
 Su principal misión es desplazar a la célula.
 Son mucho menos numerosos que los cilios en las células
que los poseen.
 Su movimiento también es diferente puesto que 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.
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 Son estructuras complejas
con más de 250 proteínas
diferentes.
 Ambos contienen una
estructura central de
microtúbulos y otras
proteínas asociadas,
denominadas
conjuntamente como
axonema, rodeado todo
ello por membrana
celular.
 En su interior, además del
axonema, se encuentran
una gran cantidad de
moléculas solubles que
participan en cascadas de
señalización y que forman
la denominada matriz.
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Estructura del cilio o flagelo
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Los microtubulos
Tienen un diámetro externo de 24nm, una pared de 5nm y su longitud
es muy variable, la pared del microtubulo a su vez esta compuesta por
subunidades globulares, cada subunidad consta de una molécula de
Tubulina.
Las subunidades se disponen en hileras longitudinales llamadas
Protofilamentos, alineados paralelamente al eje mayor del túbulos, los
microtubulos tienen casi siempre 13 subunidades que rodean la pared.
Función de los Microtubulos
• Constituyen el esqueleto interno o armazón que da apoyo estructural
y ayuda a mantener la posición de los organelos.
• Hacen parte del mecanismo que desplaza cargas dentro de la célula.
• Elementos móviles de cilios y flagelos.
• Componentes importantes del mecanismo de meiosis y mitosis.
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 Un axonema consta de 9 pares
de microtúbulos exteriores
que rodean a un par central.
A esta disposición se la conoce
como 9 x 2 + 2.
 El par central de microtúbulos
contiene los 13
protofilamentos típicos, pero
las parejas externas comparten
protofilamentos.
 Los cilios primarios carecen
de par central.
 A uno de los microtúbulos de
cada par periférico se le
denomina túbulo A y al otro
túbulo B.
 El túbulo A es un microtúbulo
completo mientras que el
túbulo B contiene sólo 10 u 11
protofilamentos propios y 2 o
3 compartidos con el A.
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Axonema
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Tubulina
Las proteínas tubulina alfa y beta (globulares). La organización se realiza
en presencia de GTP y de iones magnesio, formando tubos huecos. Tienen
un largo variable y unos 250 Å de diámetro. Al igual que los filamentos de
actina, los microtúbulos presentan polaridad: por un extremo crece por
adición de unidades; mientras que por el otro extremo puede acortarse por
pérdida de estas unidades.
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Quinesina
La quinesina es una molécula de aproximadamente 380 kDa, constituida por dos
cadenas pesadas (120 kDa cada una) y dos cadenas ligeras (de 64 kDa cada una).
Las cadenas pesadas tienen regiones largas de α-hélice que se enrollan una
alrededor de la otra en una estructura de hélice enrollada. Los dominios de cabeza
globular amino-terminales de las cadenas pesadas son los dominios motores de la
molécula: se unen tanto a los microtúbulos como al ATP, cuya hidrólisis
proporciona la energía necesaria para el movimiento. Al inicio del ciclo, una de las
dos cadenas de quinesina se une al microtúbulo, con la cabeza posterior separada
del microtúbulo.
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Dineina
Las dineinas son proteínas motoras formadas en
general por dos cadenas pesadas de 470-540
KDa y varias otras cadenas pequeñas y medias
que suman más de 1000 KDa. La cadena pesada
forma las cabezas que son núcleos catalíticos de
ATP (ATPasa) que pueden acoplar a los
microtúbulos. Las dineinas se mueven en el
sentido axonal retrógrado de un microtúbulo.
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Farmacos antimitóticos
Cochicina. Alcaloide producido por el azafrán inhibe la polimerización
de los protómeros de tubulina. Detiene la mitosis en c´´elulas vegetales y
animales, en la metafase, impidiendo la formación del huso mitótico.
Inhibe la mitilidad delular.
Vinca, vinblastina y vincristina. Son alcaloides producidos por Vinca
rosea, también impiden la polimerización de la tubulina. Se usan en
quimoterapia del cancer, ya que bloquean la mitosis
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