Cómo se sintetizan de los microtúbulos del citoesqueleto
Los microtúbulos son estructuras proteicas en forma de tubo hueco que forman parte indispensable del citoesqueleto de las células eucariotas. Puedes leer más sobre su función y su estructura en los artículos que le dedicamos a esos temas aquí y aquí respectivamente (próximamente). En este artículo hablaremos sobre la síntesis de los microfilamentos a partir de los heterodímeros de las tubulinas alfa y beta, que se ensamblan en cadenas llamadas protofilamentos. Éstos a su vez interaccionarán lateralmente para formar los microtúbulos.
En el genoma humano existen varios genes que codifican para tubulinas alfa y beta. Estos genes están muy conservados entre sí y en comparación con los genes de otras especies. El extremo N-terminal de las proteínas es el que se encuentra más conservado, pues es el que unirá proteínas accesorias (MAP, de las siglas en inglés de Proteínas Asociadas a Microtúbulos) y otros elementos indispensables para la síntesis de los microtúbulos, como el GTP.
Las tubulinas alfa y beta interaccionan entre sí de forma espontánea para formar heterodímeros. Estos a su vez interaccionan entre sí para formar protofilamentos. En condiciones de laboratorio esta asociación ocurre también espontáneamente, sin embargo en las células está dirigida por los centrosomas u otros organizadores de los microtúbulos. . Los protofilamentos presentar polaridad. Es decir, en un extremo, al que se denomina menos (-) está terminado por una alfa tubulina, mientras que el extremo positivo (+) presenta una tubulina beta al final. El ensamblaje de nuevos dímeros de tubulina, en las células, se suele realizar por el extremo +, puesto que la tubulina beta tiene mayor capacidad para aceptar enlaces nuevos. Por el contrario, el extremo negativo es más propenso a la despolarización de las tubulinas. Para evitar la despolarización del extremo negativo del microtúbulo se suelen asociar proteínas protectoras al extremo.
Los heterodímeros se añaden al protofilamento en un extremo del microtúbulo.
Sin embargo, los microtúbulos son estructuras dinámicas. Están constantemente creciendo (polimerizándose) en el extremo +y decreciendo (despolimerizándose) en el extremo -. Estos procesos de alargamiento y encogimiento del microtúbulo pueden ser muy rápidos, permitiendo la creación o desaparición de nuevos protofilamentos en milisegundos.
Las subunidades de tubulina alfa unen de forma no intercambiable GTP (guanosina trifosfato, una molécula de almacenamiento energético homóloga al ATP). Por su parte las beta-tubulinas unen GTP, en un sitio intercambiable. Este GTP será hidrolizado a GDP durante la polimerización de la tubulina, para aportar la energía necesaria. El GDP será liberado solo cuando se despolimeriza el protofilamento. En condiciones de laboratorio los microfilamentos se polimerizan espontáneamente en presencia de GTP e ión Magnesio. En las células los centros organizadores de microfilamentos, como centrosomas o el cuerpo polar del huso en las levaduras, son los encargados de iniciar la polimerización.
EL GTP se hidroliza a GDP tras un tiempo de unirse al protofilamento. Dependiendo de sí en el extremo + se encuentra el GTP hidrolizado a GDP o no varía la velocidad de asociación de nuevos dímeros. Si hay GTP se asocian se favorece la asociación de nuevos dímeros y viceversa.
La formación de microfilamentos ocurre en dos etapas la nucleación es la etapa inicial, lenta y la limitante. La nucleación implica la formación de 2 o 3 protofilamentos de corto tamaño, entre 8 y 14 dímeros de tubulinas cada uno. Una vez formado este núcleo la elongación es rápida en longitud y también la formación de nuevos protofilamentos adyacentes a estos, formando una lámina de protofilamentos que se cerrará sobre sí misma para formar el microtúbulo.