Estructura de Proteínas

¿Qué son las proteínas?

Son **polímeros** (macromolécula formada por la unión repetida de **monómeros**) cuyos monómeros (molécula pequeña capaz de unirse químicamente con otras iguales o diferentes para formar una molécula mucho más grande llamada polímero) son los L-aminoácidos. Los monómeros contienen grupos funcionales reactivos como dobles enlaces, grupos hidroxilo, carboxilo, amino, etc., que permiten su unión.

Los **L-aminoácidos** son aquellas moléculas que contienen un grupo amino (–NH₂)

y un grupo carboxilo (–COOH), cuya fórmula general corresponde a: HN–C(H)(R)–COOH.

Enlace Peptídico

Los enlaces que mantienen unidos a los polímeros de aminoácidos (proteínas) se conocen como **enlaces peptídicos**. La formación de este enlace ocurre en los **ribosomas** durante la síntesis de proteínas celulares.

Estructura Primaria de las Proteínas

Se refiere al **orden en que se encuentran unidos los aminoácidos**. Esta secuencia u orden está establecido en una determinada secuencia de nucleótidos en el **ADN**.

Priones

Corresponden a **proteínas anormales** que difieren de las normales en su estructura secundaria. Es decir, son **proteínas infecciosas mal plegadas** donde este mal plegamiento en la estructura secundaria produce a su vez modificaciones en su estructura terciaria. Carecen de ADN o ARN.

Estructura Terciaria de las Proteínas

Corresponde al **plegamiento tridimensional completo** que adopta una cadena polipeptídica para volverse **funcional**. La estabilización de este nivel de organización se debe a todos los tipos de interacciones moleculares, los que generalmente son débiles. Esta estructura determina la **función biológica** de la proteína y si esta se altera por **desnaturalización** (calor, pH extremo, solventes, etc.), pierde su función.

Interacciones que estabilizan las estructuras terciarias

Las interacciones que estabilizan las estructuras terciarias son:

1. Puentes de hidrógeno: Entre cadenas laterales polares.
2. Interacciones Hidrofóbicas: Los radicales no polares se agrupan en el interior de la proteína, lejos del agua.
3. Puentes disulfuro (–S–S–): Enlaces covalentes fuertes entre cisteínas.
4. Interacciones iónicas (puentes salinos): Entre grupos cargados positivos (+) o negativos (–).
5. Fuerzas de Van der Waals: Contribuyen al ajuste fino del plegamiento.

Motivos y Dominios Estructurales

• Motivo: Es una combinación de elementos de la estructura secundaria que aparecen juntos formando un patrón estructural recurrente. Es como una “figura geométrica” que se repite dentro de la proteína.
• Dominio: Es una región de la proteína formada por uno o varios motivos. Tiene una **estructura tridimensional estable e independiente** y también suele contar con una función específica dentro de la proteína. Una proteína puede tener uno o varios dominios, cada uno asociado a una función particular (ej.: dominio de unión al ADN, dominio catalítico de una enzima, dominio de unión a membrana, etc.). En resumen, es como un “módulo funcional” de la proteína capaz de actuar de manera más autónoma.

Estructura Cuaternaria de las Proteínas

Corresponde al nivel más complejo de organización y está presente solo en proteínas que están formadas por **más de una cadena polipeptídica**.

Es la manera en que dos o más cadenas se asocian y se mantienen unidas para formar una proteína funcional. Está estabilizada por los mismos tipos de interacciones que en la estructura terciaria y en los niveles anteriores, **menos los puentes disulfuro**, ya que estos no unen cadenas distintas.

Resumen de la Presencia de Estructuras

Es importante destacar que las proteínas poseen estructura primaria y terciaria, pero no todas poseen estructura secundaria ni cuaternaria.

• La **estructura primaria** siempre está presente porque corresponde a la secuencia lineal de aminoácidos; toda proteína por definición es un polipéptido, por lo tanto, todas tienen estructura primaria.
• La **estructura terciaria** también siempre estará presente porque toda proteína debe plegarse en el espacio tridimensional para ser funcional, incluso si no tiene motivos de α-hélice o lámina β-plegada debe adoptar un plegamiento único.
• No todas cuentan con **estructura secundaria** porque esta implica regiones organizadas como hélices o láminas, mientras que algunas proteínas carecen de estas estructuras regulares y adoptan conformaciones “desordenadas” o “no estructuradas”.
• Tampoco todas cuentan con **estructura cuaternaria** porque esta organización está presente solo cuando la proteína está formada por más de una cadena polipeptídica.

Desnaturalización

Es el proceso mediante el cual una proteína pierde su conformación tridimensional (estructura secundaria, terciaria y cuaternaria), **sin romper su estructura primaria** (secuencia de aminoácidos). A la pérdida de función de una proteína producto de la pérdida de su estructura se le conoce como desnaturalización.

Mecanismo de la Desnaturalización

Se rompen las **interacciones débiles** (puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas, iónicas, fuerzas de Van der Waals) y a veces los puentes disulfuro. La proteína se despliega y pierde su forma específica (que es la base de su función) y, como la función depende de la forma, la proteína queda **inactiva**.

Factores que provocan la Desnaturalización

• Temperatura (calor): Altas temperaturas rompen las interacciones que estabilizan la estructura terciaria de una proteína y esta llega a “estirarse”, pasando de su estructura nativa a una desnaturalizada, pero no degradada, dado que los enlaces peptídicos se mantienen. Ej.: con la fiebre aumenta la temperatura corporal desnaturalizando las proteínas, y si se mantiene el proceso podría llegar a la irreversibilidad y ser mortal; al hervir un huevo, la albúmina de la clara se coagula desnaturalizando las proteínas de esta.
• Agentes Químicos: Son sustancias que interfieren en las interacciones que estabilizan la estructura tridimensional, como por ejemplo la Urea o guanidina, que presentan grupos amino unidos a un grupo carbonilo, los cuales pueden llegar a producir puentes de hidrógeno compitiendo con los puentes de hidrógeno que estabilizan la estructura de la proteína, desnaturalizándolas (rompen puentes de hidrógeno de las proteínas). Los alcoholes (etanol) alteran interacciones hidrofóbicas. Los detergentes (SDS) desestabilizan interacciones hidrofóbicas y exponen cadenas laterales no polares. Las sales de metales pesados (Hg⁺, Pb²⁺, Ag⁺) se unen a grupos –SH o –COOH y rompen puentes.
• Agentes reductores: Estos pueden interactuar con los **puentes disulfuro (–S–S–)**, que son enlaces covalentes fuertes entre dos cisteínas. Al romper los puentes disulfuro, la proteína pierde la estabilidad de su estructura terciaria o cuaternaria.
• pH: Influye de manera importante, ya que según este se hallarán grupos amino y carboxilos protonados o desprotonados. Pueden provocar que los aminoácidos con carga dejen de tenerla, eliminando así las interacciones iónicas entre ellos. Cualquier adición de un ácido o base que altere la concentración de protones puede provocar una desnaturalización.

Renaturalización

Consiste en el proceso mediante el cual una proteína desnaturalizada **recupera su conformación tridimensional original** y con ello vuelve a ser funcional. Los agentes mencionados anteriormente hacen que las proteínas queden desplegadas en alguna estructura intermedia o hasta en su estructura primaria. Sin embargo, volviendo a un medio no desnaturalizante, algunas proteínas eventualmente se podrán volver a plegar, ya que muchas interacciones se producen de manera espontánea.

¿Cómo ocurre la Renaturalización?

Cuando se eliminan los factores que causaron la desnaturalización, la proteína puede volver a plegarse. Esto sucede debido a que la información del plegamiento correcto está contenida en la **secuencia de aminoácidos (estructura primaria)**. Para que pueda ocurrir esto es necesario que la desnaturalización no haya sido irreversible (como hervir un huevo), que el entorno permita el replegamiento y que no existan daños químicos permanentes en los aminoácidos.

Es importante ya que demuestra que la estructura primaria es la que determina la estructura tridimensional de las proteínas.

Proteínas Auxiliares en el Plegamiento (Chaperonas)

Son proteínas especializadas que ayudan a otras proteínas recién sintetizadas a plegarse correctamente en su estructura tridimensional funcional, evitando errores. Es importante mencionar que estas no forman parte de la proteína final, solo guían el proceso. Estas, usualmente con la participación de **ATP**, logran el plegamiento de una proteína a su forma nativa. Estas proteínas **chaperonas** o auxiliares también pueden cumplir el rol contrario; por ejemplo, hay proteínas que cumplen su función dentro de la mitocondria, pero son sintetizadas en el citosol, por lo que hay proteínas chaperonas que mantienen a las otras proteínas en el citosol estiradas hasta que se translocan al interior de la mitocondria, donde finalmente se pliegan.

Cambios Conformacionales por Modificaciones Químicas Postraduccionales: La Fosforilación

Después de que una proteína se sintetiza en el ribosoma, puede sufrir **modificaciones químicas postraduccionales** que alteran su conformación tridimensional y, por ende, su estabilidad, localización o interacción con otras moléculas.

La fosforilación implica la adición de un grupo fosfato (–PO₄³⁻) a residuos de aminoácidos con grupos –OH (serina, treonina o tirosina). Estas modificaciones en las interacciones finalmente inducen un cambio de la conformación general o localizada en la proteína. En la célula, las enzimas que adicionan grupos fosfato, utilizando como sustrato el ATP, se denominan quinasas (kinasas). La eliminación del grupo fosfato desde las proteínas fosforiladas la catalizan enzimas denominadas fosfatasas.

La fosforilación es un mecanismo de modificación reversible que induce cambios conformacionales reversibles. El grupo fosfato, al tener una carga negativa, puede alterar las interacciones electrostáticas internas y externas de la proteína. Se trata de un mecanismo común para regular la función de una proteína, ya que esta fosforilación puede inactivar o activar una proteína; actúa como un “interruptor” regulador reversible.

Membranas Celulares

¿Qué son las membranas?

Agregados de macromoléculas que pueden estar en diferentes estados físico-químicos. Son estructuras delgadas, flexibles y **semipermeables** que delimitan y organizan a las células y sus compartimentos internos. Su función principal es separar y proteger el medio interno del externo, regulando al mismo tiempo el intercambio de sustancias, señales y energía. Las membranas separan compartimentos polares (acuosos) de diferente composición, pero a su vez, algunos de sus componentes actúan como conectores, como por ejemplo la membrana plasmática que conecta componentes citosólicos (moléculas y estructuras ubicadas en el **citosol**, es decir, la parte fluida del citoplasma que no está limitada por membranas, es como la “sopa interna” de la célula en la que flotan organelos y ocurre gran parte de las reacciones metabólicas) con componentes de otra célula o con la lámina basal.

Composición Básica de las Membranas

• Bicapa Lipídica: Principalmente formada por **fosfolípidos** (también pueden ser esfingolípidos, glicolípidos, cardiolipinas, colesterol, etc.) que forman una barrera semipermeable.
• Debido al carácter **anfipático**, los fosfolípidos se autoensamblan espontáneamente en bicapas en un medio acuoso; este fenómeno es la base de todas las membranas celulares.
• Proteínas de membrana: Cumplen funciones de transporte, señalización, adhesión y reconocimiento. Algunos ejemplos integrales de la membrana son los canales iónicos, receptores hormonales, transportadores de glucosa. Algunos ejemplos de proteínas periféricas de la membrana son las proteínas de señalización y las proteínas del citoesqueleto unidas a la membrana.
• Carbohidratos (hidratos de carbono): Unidos a proteínas (**glicoproteínas**) o lípidos (**glicolípidos**), importantes en el reconocimiento celular.

Funciones de las Membranas

1. Regulación de permeabilidad y límite: Definen los límites separando el medio interno del externo. Además, limitan el compartimiento intracelular de sus subcompartimientos (organelos). La barrera selectiva (**permeabilidad selectiva**) regula el transporte de sustancias.
2. Organización y localización de funciones: Sirven como sitio específico donde ocurren determinadas funciones mediadas por enzimas y proteínas. También actúan como anclaje para el citoesqueleto y la matriz extracelular, manteniendo así la forma y movilidad de la célula.
3. Transporte: Cuentan con proteínas de transporte que facilitan y regulan el movimiento de sustancias hacia dentro y fuera de la célula, y entre sus compartimientos subcelulares.
4. Detección de señales (Transducción): Contienen receptores que detectan señales externas eléctricas, mecánicas y químicas.
5. Comunicación y uniones intercelulares: Mediante proteínas, la membrana proporciona mecanismos para la comunicación intercelular y de unión a células vecinas y la lámina basal (matriz extracelular).

El Carácter Anfipático de las Moléculas de Membrana

Significa que una molécula tiene dos regiones con afinidades químicas opuestas: una parte **hidrofílica** (polar, que ama el agua) y una parte **hidrofóbica** (apolar, que rechaza el agua).

Muchas moléculas que forman parte de la membrana plasmática y de las membranas internas de los organelos presentan este comportamiento anfipático.

Un ejemplo son los **fosfolípidos**, donde su cabeza es polar/hidrofílica con grupos fosfato cargados, mientras que sus colas de ácidos grasos son apolares/hidrofóbicas. Como resultado, se organizan en una bicapa lipídica, con las colas hacia adentro y las cabezas hacia el agua (interior y exterior de la célula). También se encuentran los esfingolípidos y glicolípidos. Otro ejemplo es el **Colesterol**, que cuenta con un grupo hidroxilo (–OH) polar y un anillo esteroide más una cadena hidrocarbonada apolar; esta se inserta entre los fosfolípidos modulando la fluidez.

Por lo tanto, en las proteínas de membrana, las regiones hidrofílicas se encuentran en contacto con el citosol o medio extracelular, mientras que las regiones hidrofóbicas estarán insertadas dentro de la bicapa lipídica.

Importancia del Carácter Anfipático

• Autorreparación de las membranas: Permite que las membranas celulares se cierren espontáneamente en forma de bicapas.
• Formación de compartimientos: Separan el medio interno del externo de la célula.
• Fluidez y Flexibilidad: Permite y facilita el movimiento de lípidos y proteínas entre el espacio extracelular e intracelular.
• Transporte selectivo: Las proteínas de carácter anfipático facilitan el paso de moléculas.

En resumen, el carácter anfipático de los fosfolípidos, colesterol y proteínas de membrana permite que se organicen espontáneamente en bicapas lipídicas, formando membranas estables y dinámicas a la vez, esenciales para la vida celular.

Estructura de la Membrana: Modelo de Mosaico Fluido

El modelo postula a la membrana como un **mosaico** formado por diferentes moléculas en las que hay proteínas unidas a una bicapa de fosfolípidos, habiendo varios azúcares unidos a las proteínas como a lípidos. Recientemente se descubrió la presencia de **glicoRNAs** (moléculas de ARN pequeñas no codificantes, es decir, no llevan la información para fabricar una proteína, su secuencia de nucleótidos no se traduce en aminoácidos en el ribosoma) que contienen azúcares complejos en la membrana.

¿Qué es un Nucleótido?

Es la unidad básica de los ácidos nucleicos. Corresponde a un monómero formado por una **base nitrogenada + azúcar + fosfato**. Cumple funciones de energía, señalización y cofactores enzimáticos (“ayudantes” inorgánicos u orgánicos que permiten que las enzimas catalicen reacciones). Forman los ácidos nucleicos al unirse mediante enlaces fosfodiéster, construyendo así cadenas de ADN y ARN. También reservan y transfieren energía, y son los segundos mensajeros en la señalización celular.

Asimetría de la Membrana

Volviendo al modelo del mosaico, la membrana como mosaico es una interfase heterogénea. En su cara extracelular hay hidratos de carbono asociados a lípidos o proteínas o RNAs, formando glicolípidos, glicoproteínas o glicoRNAs. En la monocapa hacia el citosol (cara interna) se encuentran asociaciones entre proteínas y elementos del citoesqueleto.

Las membranas son **asimétricas**, es decir, presentan diferencias en la composición entre la monocapa externa e interna. Lípidos como azúcares contribuyen a esta asimetría. La monocapa externa suele tener más fosfatidilcolina, esfingomielina y glucolípidos (función de reconocimiento), mientras que la monocapa interna de la membrana tiene más fosfatidilserina, fosfatidiletanolamina y fosfatidilinositol (función de señalización y anclaje). Es importante mencionar que el cambio de ubicación de la fosfatidilserina hacia la monocapa externa de la membrana corresponde a una señal de **apoptosis**.

Una misma membrana puede presentar diferentes composiciones de fosfolípidos en diferentes regiones; a estas regiones de diferente composición se les denomina **dominios**.

A diferencia de los fosfolípidos, esfingolípidos y glicolípidos, el colesterol está representado en ambas monocapas.

Fluidez de la Membrana

La **fluidez** de la membrana se refiere a la capacidad de los lípidos y proteínas de la bicapa lipídica para moverse, lateralmente, dentro del plano de la membrana.

Movimientos de los Componentes de la Membrana

1. Difusión lateral: Los fosfolípidos se mueven dentro de la misma monocapa.
2. Flip-Flop: Paso de un lípido de una monocapa a otra. En bicapas carentes de proteínas esto es muy poco frecuente, pero en las membranas existen enzimas que aceleran que ocurran estos movimientos y se dice que estas enzimas “ordenan fosfolípidos”.
   • Las **Flipasas** translocan fosfolípidos desde la monocapa externa a la interna y requieren de ATP.
   • Las **Flopasas** translocan fosfolípidos desde la monocapa interna a la externa y requieren de ATP.
   • Las **Escramblasas** “desordenan” los fosfolípidos movilizándolos en ambos sentidos, desde la monocapa de mayor concentración a la de menor concentración, sin utilizar ATP.
3. Rotación: Giro del fosfolípido sobre su propio eje.
4. Flexión/extensión: Movimiento de las colas hidrofóbicas dentro de la bicapa lipídica, abertura o cierre entre los ácidos grasos del mismo fosfolípido.
5. Movimiento vertical en el mismo sitio.

Al referirnos al movimiento de las proteínas dentro de una membrana fluida lo denominamos dinamismo.

Factores que Influyen en la Fluidez de la Membrana

• Número de carbonos que forman los ácidos grasos de los fosfolípidos, esfingolípidos y glicolípidos: La mayoría de los ácidos grasos de la membrana tienen de 12 a 20 átomos de carbono de longitud, siendo más frecuentes los de 16 y 18 átomos de carbono. Mientras más número de carbonos haya, habrá más interacciones entre las colas de los ácidos vecinos, por lo tanto, **disminuirá la fluidez**.
• Grado de saturación de los ácidos grasos: A mayor número de lípidos **insaturados** (con doble enlaces) **aumentará la fluidez**, pues los “codos” impedirán el empaquetamiento estrecho de las colas, habrá una mayor distancia entre las colas y disminuye el efecto de las atracciones hidrofóbicas y de Van der Waals. Mientras que los ácidos grasos **saturados** (sin dobles enlaces) tendrán una **menor fluidez**, pues estos se empaquetan más fácilmente, hay una menor distancia entre sus colas.
• Colesterol: La mayor presencia de colesterol en las membranas **disminuye la fluidez**, ya que este actúa como un amortiguador de fluidez. A altas temperaturas se reduce la fluidez al estabilizar la bicapa, mientras que a una temperatura de 0° Celsius o menor, el colesterol evita que los lípidos se compacten demasiado, aumentando la fluidez. Sin colesterol, las membranas se transformarían en una estructura cristalina donde las atracciones son máximas.
• Temperatura: A mayor temperatura habrá una **mayor fluidez** puesto que la membrana se vuelve más líquida, y a una baja temperatura **disminuye la fluidez**; los lípidos están más ordenados, la membrana más rígida y las colas estarán más extendidas.
• Contenido de proteínas: La presencia de proteínas puede restringir el movimiento de los lípidos y generar microdominios. A mayor cantidad de proteínas en un dominio de membrana, la fluidez será **menor**.
• Presencia de dominios lípidos rafts: Hay microdominios cuya composición lipídica y proteica es diferente al resto de la membrana. Estos tienen una organización altamente ordenada, incrementando el número de interacciones hidrofóbicas y fuerzas de Van der Waals. Además, cuentan con una alta proporción de lípidos saturados y colesterol. Todo esto en conjunto trae como consecuencia una **menor fluidez** de membrana.

Microdominios Rafts o Balsas Lipídicas

Son **micro regiones especializadas** de la membrana, altamente ordenadas, donde se concentran ciertos lípidos y proteínas ricas en **colesterol**, **esfingolípidos** (esfingomielina o glicoesfingolípidos) y proteínas específicas (receptores, proteínas de señalización, transportadoras). Estas balsas lipídicas se forman como “islas” dentro del mar más fluido de fosfolípidos insaturados, y en su conjunto pueden desplazarse como una entidad.

Están constituidas por altas concentraciones de esfingolípidos con cadenas de ácidos grasos saturados y más largas, colesterol y glicolípidos ubicados en la monocapa externa. La monocapa citosólica está formada por fosfolípidos con ácidos grasos de cadena larga y colesterol.

Proteínas con un tallo de glicosil fosfatidil inositol (tallo GPI) se anclan a la monocapa externa.

Estos microdominios se sintetizan y organizan en el aparato de Golgi y a través de vesículas llegan a la membrana plasmática.

Caveolas

Corresponden a pequeñas **invaginaciones**, en la superficie de la membrana plasmática, en forma de cavidades o cúpulas, cubiertas por **caveolina** (1, 2, 3…) sintetizada en el RER, y las proteínas Cavin-1, Cavin-2 que vienen del citosol. Estas últimas serán las responsables de la forma que adopte la invaginación y posterior endocitosis. Son dinámicas y están estructuradas a partir de lípidos Raft.

Tipos de Proteínas de Membrana

• Integrales: Son aquellas que en algunas regiones están inmersas en la bicapa lipídica y se mantienen en su lugar por la afinidad química entre segmentos de aminoácidos hidrofóbicos de la proteína con la parte hidrofóbica de los fosfolípidos, esfingolípidos, glicolípidos. Este tipo de proteínas pueden atravesar la bicapa lipídica (**de transmembrana**), pudiendo formar canales o solo estar en una monocapa (integral de monocapa).
• Periféricas: Son aquellas que están unidas a moléculas de la membrana a través de **interacciones polares** (puentes de hidrógeno o interacciones iónicas) y por eso se pueden desprender de ella al aplicar una fuerza de tipo iónica. Tienen uniones basadas en carga eléctrica o puentes de hidrógeno con los grupos polares de las cabezas de los fosfolípidos o con aminoácidos hidrofílicos de otras proteínas.

Glicocálix

Corresponde a otro componente que genera esta asimetría en la membrana. Es una **capa rica en hidratos de carbono** formada por oligosacáridos unidos a lípidos, proteínas y RNA de la monocapa externa; esta recubre la superficie externa de la membrana. Es única en cada individuo, como una especie de “huella digital” en la membrana que sufre modificaciones permanentes.

Su rol principal es **proteger**, formando una capa amortiguadora contra daño mecánico a la célula, y participa en la comunicación intercelular. Está presente en epitelios intestinales, endotelio vascular, glóbulos rojos, etc.

Enzimas Lisosomales

Enzima Lisosomal

Es una **Hidrolasa** (enzima que cataliza reacciones de hidrólisis) localizada en los **lisosomas** (organelos membranosos especializados en la digestión intracelular y en el reciclaje de componentes celulares), cuya función es degradar macromoléculas en sus componentes básicos.

Principales Tipos de Enzimas Lisosomales

• Proteasas: Degradan proteínas en aminoácidos.
• Nucleasas: Degradan ácidos nucleicos (ADN y ARN).
• Glucosidasas: Degradan carbohidratos complejos en azúcares simples.
• Lipasas: Degradan lípidos en ácidos grasos y glicerol.
• Fosfatasas: Eliminan grupos fosfato.
• Sulfatasas: Eliminan grupos sulfato de glicolípidos y glucosaminoglicanos.

Las principales funciones de este tipo de enzimas son la **digestión intracelular** de macromoléculas endocitadas o fagocitadas, el **reciclaje celular** como la autofagia (degradación de orgánulos viejos o dañados), la defensa contra bacterias y virus ingeridos, además de la participación en la **apoptosis** (muerte celular programada).

Citoesqueleto

El Citoesqueleto Celular

Es una **red dinámica** de microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos que brinda forma, soporte, transporte y movilidad a la célula. Este no solo participa en la forma celular, sino que también en otros procesos celulares.

Este citoesqueleto se compone de estructuras filamentosas de tres tipos con funciones particulares cada uno, incluyendo:

• **Soporte estructural** de la célula y de los epitelios.
• **Organización interna**.
• **Movimiento y desplazamiento celular**.
• **Movimiento de organelos**.
• Participa en estructuras de **uniones intercelulares** y de uniones celulares con la matriz extracelular.
• Participa de manera importante en la **forma celular**.

Componentes del Citoesqueleto

1. Microfilamentos de actina ( 6–7 nm): Son unos filamentos finos formados por **actina** que están ubicados principalmente debajo de la membrana. Se encargan de mantener la forma celular, del movimiento celular y de la **contracción muscular** (junto con la miosina, que se une a los filamentos de actina y al utilizar ATP se genera la fuerza y movimiento que resulta en la contracción de los músculos).
2. Microtúbulos ( 24–25 nm): Corresponden a cilindros huecos formados por tubulina α y β (proteínas globulares que se asocian y forman dímeros, los cuales se ensamblan en protofilamentos y luego en microtúbulos). Son **dinámicos**, es decir, se ensamblan y desensamblan rápidamente. Cumplen funciones de **transporte intracelular**, sirviendo como rutas para vesículas y orgánulos con proteínas motoras como kinesina y dineína. Forman el **huso mitótico** (estructura dinámica de microtúbulos formada durante la mitosis para segregar los cromosomas correctamente) en la división celular. Permiten la organización del RER, Golgi y la ubicación del núcleo. También los microtúbulos corresponden a la base estructural de cilios y axonema (organizados en el axonema 9+2).
3. Filamentos intermedios ( 10–12 nm): Estos están formados por diversas proteínas (queratinas, vimentina, neurofilamentos, láminas nucleares, etc.). Presentan un grosor intermedio y son más **estables y resistentes** que los componentes anteriores (microfilamentos y microtúbulos). Brindan **soporte mecánico** y resistencia a la tensión, pueden soportar un gran estrés mecánico (estiramiento). Se encargan de mantener en su lugar cada organelo y forman la **lámina nuclear** que sostiene la envoltura del núcleo.

Filamentos de Actina y Organización Celular

Son polímeros de la proteína llamada actina globular y tienen un diámetro de 6–7 nm.

Estos se encuentran bajo la membrana plasmática en todo el perímetro de la célula; esto se le conoce como actina cortical, en la cual los microfilamentos forman redes. En células polarizadas con microvellosidades (como células epiteliales intestinales), la actina cortical tiene una organización especial que refuerza la estructura y la función de estas proyecciones.

En algunas células, desde los microfilamentos de actina cortical surgen microfilamentos de actina paralelos que dan sustento estructural a las microvellosidades.

En los dominios laterales (donde las células interactúan con otras en los epitelios), los microfilamentos de actina participan en la formación de **uniones adherentes** y **uniones estrechas**. En la región donde las células interactúan con la matriz extracelular, los microfilamentos participan en las **adhesiones focales**.

Polimerización de Actina

1. Nucleación (inicio):

   Tres monómeros de actina G se juntan para formar un pequeño “núcleo” estable. Esta etapa es la más lenta y difícil, es la etapa limitante.

2. Elongación (crecimiento):

   Una vez formado el núcleo, los monómeros de actina se van añadiendo rápidamente. El filamento crece más rápido en el **extremo + (barbado)** que en el **extremo – (puntiagudo)**.

3. Estado estacionario (equilibrio dinámico/treadmill o cinta transportadora):

   Se alcanza un equilibrio: en el extremo + se siguen agregando monómeros y en el extremo – se liberan monómeros. El filamento se mantiene con una longitud constante, pero las subunidades están en continua renovación.

Regulación de la Polimerización

• Se requiere de ATP-actina para que la polimerización ocurra eficientemente.
• Proteínas reguladoras (**Forminas** o el complejo **Arp2/3**) controlan dónde y cómo se forman los filamentos.
• Otras proteínas (como timosina y profilina) controlan la disponibilidad de monómeros.