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Articulo de referencia

proteína motora

La kinesina "camina" sobre un microtúbulo mediante la dinámica de proteínas a nanoescala . La dinámica de los dominios proteicos ahora se puede observar mediante espectroscopia ...

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La kinesina "camina" sobre un microtúbulo mediante la dinámica de proteínas a nanoescala . La dinámica de los dominios proteicos ahora se puede observar mediante espectroscopia de eco de espín de neutrones .

Las proteínas motoras son una clase de motores moleculares que pueden moverse a lo largo del citoesqueleto de las células. Lo hacen convirtiendo la energía química en trabajo mecánico mediante la hidrólisis del ATP . [ 1 ]

Funciones celulares

La acción de la miosina a lo largo de los filamentos de actina provoca el acortamiento y el alargamiento del sarcómero , responsables de la contracción y la relajación muscular, respectivamente.

Las proteínas motoras son la fuerza impulsora de la mayor parte del transporte activo de proteínas y vesículas en el citoplasma . Las quinesinas y las dineínas citoplasmáticas desempeñan funciones esenciales en el transporte intracelular, como el transporte axonal , y en la formación del huso mitótico y la separación de los cromosomas durante la mitosis y la meiosis . La dineína axonemal , presente en cilios y flagelos , es crucial para la motilidad celular en los espermatozoides y el transporte de fluidos en la tráquea. La proteína muscular miosina impulsa la contracción de las fibras musculares en los animales.

Enfermedades asociadas con defectos de las proteínas motoras

La importancia de las proteínas motoras en las células se hace evidente cuando no cumplen su función. Por ejemplo, se ha identificado la deficiencia de kinesina como la causa de la enfermedad de Charcot-Marie-Tooth y algunas enfermedades renales . La deficiencia de dineína puede provocar infecciones crónicas del tracto respiratorio , ya que los cilios no funcionan correctamente sin ella. Numerosas deficiencias de miosina están relacionadas con enfermedades y síndromes genéticos. Dado que la miosina II es esencial para la contracción muscular, los defectos en la miosina muscular causan previsiblemente miopatías. La miosina es necesaria en el proceso de audición debido a su papel en el crecimiento de los estereocilios, por lo que los defectos en la estructura de la proteína miosina pueden provocar el síndrome de Usher y sordera no sindrómica . [ 2 ]

Proteínas motoras del citoesqueleto

Las proteínas motoras que utilizan el citoesqueleto para moverse se dividen en dos categorías según su sustrato : microfilamentos o microtúbulos . Las proteínas motoras basadas en actina ( miosina ) se mueven a lo largo de los microfilamentos mediante la interacción con la actina , y las proteínas motoras de microtúbulos ( dineína y kinesina ) se mueven a lo largo de los microtúbulos mediante la interacción con la tubulina .

Existen dos tipos básicos de motores de microtúbulos : motores del extremo positivo y motores del extremo negativo, dependiendo de la dirección en la que "caminan" a lo largo de los filamentos de microtúbulos dentro de la célula.

motores de actina

miosina

Las miosinas son una superfamilia de proteínas motoras de actina que convierten la energía química en forma de ATP en energía mecánica, generando así fuerza y ​​movimiento. La primera miosina identificada, la miosina II, es responsable de la contracción muscular . La miosina II es una proteína alargada formada por dos cadenas pesadas con cabezas motoras y dos cadenas ligeras. Cada cabeza de miosina contiene un sitio de unión a actina y ATP. Las cabezas de miosina se unen al ATP y lo hidrolizan, lo que proporciona la energía para desplazarse hacia el extremo positivo de un filamento de actina. La miosina II también es vital en el proceso de división celular . Por ejemplo, los filamentos gruesos bipolares de miosina II no muscular proporcionan la fuerza de contracción necesaria para dividir la célula en dos células hijas durante la citocinesis. Además de la miosina II, muchos otros tipos de miosina son responsables de diversos movimientos de las células no musculares. Por ejemplo, la miosina está involucrada en la organización intracelular y la protrusión de estructuras ricas en actina en la superficie celular. La miosina V está involucrada en el transporte de vesículas y orgánulos. [ 3 ] [ 4 ] La miosina XI participa en el flujo citoplasmático , donde el movimiento a lo largo de las redes de microfilamentos en la célula permite que los orgánulos y el citoplasma fluyan en una dirección particular. [ 5 ] Se conocen dieciocho clases diferentes de miosinas. [ 6 ]

Representación genómica de los motores de miosina: [ 7 ]

motores de microtúbulos

kinesina

Las quinesinas son una superfamilia de proteínas motoras relacionadas que utilizan una vía de microtúbulos en el movimiento anterógrado . Son vitales para la formación del huso en la separación de cromosomas mitóticos y meióticos durante la división celular y también son responsables del transporte de mitocondrias , cuerpos de Golgi y vesículas dentro de las células eucariotas . Las quinesinas tienen dos cadenas pesadas y dos cadenas ligeras por motor activo. Los dos dominios motores globulares de cabeza en las cadenas pesadas pueden convertir la energía química de la hidrólisis de ATP en trabajo mecánico para moverse a lo largo de los microtúbulos. [ 8 ] La dirección en la que se transporta la carga puede ser hacia el extremo positivo o el extremo negativo, dependiendo del tipo de quinesina. En general, las quinesinas con dominios motores N-terminales mueven su carga hacia los extremos positivos de los microtúbulos ubicados en la periferia celular, mientras que las quinesinas con dominios motores C-terminales mueven la carga hacia los extremos negativos de los microtúbulos ubicados en el núcleo. Se conocen catorce familias distintas de kinesina, además de algunas proteínas similares a la kinesina que no pueden clasificarse en estas familias. [ 9 ]

Representación genómica de los motores de kinesina: [ 7 ]

Dineína

Las dineínas son motores de microtúbulos capaces de realizar un movimiento de deslizamiento retrógrado . Los complejos de dineína son mucho más grandes y complejos que los motores de kinesina y miosina. Las dineínas están compuestas por dos o tres cadenas pesadas y un número grande y variable de cadenas ligeras asociadas. Las dineínas impulsan el transporte intracelular hacia el extremo negativo de los microtúbulos, que se encuentra en el centro organizador de microtúbulos cerca del núcleo. [ 10 ] La familia de las dineínas tiene dos ramas principales. Las dineínas axonemales facilitan el batido de cilios y flagelos mediante movimientos de deslizamiento rápidos y eficientes de los microtúbulos. Otra rama son las dineínas citoplasmáticas, que facilitan el transporte de cargas intracelulares. En comparación con los 15 tipos de dineína axonemal, solo se conocen dos formas citoplasmáticas . [ 11 ]

Representación genómica de los motores de dineína: [ 7 ]

Motores específicos para plantas

A diferencia de los animales , los hongos y las plantas no vasculares , las células de las plantas con flores carecen de motores de dineína. Sin embargo, contienen un mayor número de quinesinas diferentes. Muchos de estos grupos de quinesinas específicos de las plantas están especializados en funciones durante la mitosis de las células vegetales . [ 12 ] Las células vegetales se diferencian de las células animales en que poseen una pared celular . Durante la mitosis, la nueva pared celular se construye mediante la formación de una placa celular que comienza en el centro de la célula. Este proceso es facilitado por un fragmoplasto , una red de microtúbulos exclusiva de la mitosis de las células vegetales. La construcción de la placa celular y, finalmente, de la nueva pared celular requiere proteínas motoras similares a la quinesina. [ 13 ]

Otra proteína motora esencial para la división celular vegetal es la proteína de unión a calmodulina similar a la kinesina (KCBP), que es exclusiva de las plantas y está compuesta en parte de kinesina y en parte de miosina. [ 14 ]

Otros motores moleculares

Además de las proteínas motoras mencionadas anteriormente, existen muchos otros tipos de proteínas capaces de generar fuerzas y torsión en la célula. Muchos de estos motores moleculares son ubicuos tanto en células procariotas como eucariotas , aunque algunos, como los relacionados con los elementos del citoesqueleto o la cromatina , son exclusivos de los eucariotas. La proteína motora prestina , [ 15 ] expresada en las células ciliadas externas de la cóclea de los mamíferos, produce amplificación mecánica en la cóclea. Es un convertidor directo de voltaje a fuerza, que opera a una velocidad de microsegundos y posee propiedades piezoeléctricas .

Véase también

Referencias

  1. ↑ Alberts, Bruce; Johnson, Alexander; Lewis, Julian; Raff, Martin; Roberts, Keith; Walter, Peter (2002), "Motores moleculares" , Biología molecular de la célula. 4.ª edición , Garland Science , consultado el 3 de abril de 2025.
  2. ↑ Hirokawa N, Takemura R (octubre de 2003). "Caracterización bioquímica y molecular de enfermedades vinculadas a proteínas motoras". Trends in Biochemical Sciences . 28 (10): 558– 65. doi : 10.1016/j.tibs.2003.08.006 . PMID 14559185 . 
  3. ↑ Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2002-01-01). "Motores moleculares" . NCBI - Institutos Nacionales de Salud .
  4. ↑ Warshaw, DM (febrero de 2012). "Inclinación y giro a medida que la miosina V avanza a lo largo de los filamentos de actina , detectados mediante polarización de fluorescencia" . The Journal of General Physiology . 139 (2): 97–100 . doi : 10.1085/jgp.201210769 . PMC 3269787. PMID 22291143 .  
  5. ↑ Hartman MA, Spudich JA (abril de 2012). "La superfamilia de la miosina de un vistazo" . Journal of Cell Science . 125 (Pt 7): 1627–32 . doi : 10.1242/jcs.094300 . PMC 3346823. PMID 22566666 .  
  6. ↑ Thompson RF, Langford GM (noviembre de 2002). "Historia evolutiva de la superfamilia de la miosina". The Anatomical Record . 268 (3): 276– 89. doi : 10.1002/ar.10160 . PMID 12382324. S2CID 635349 .  
  7. 1 2 3 Vale RD (febrero de 2003). "La caja de herramientas del motor molecular para el transporte intracelular" . Cell . 112 (4): 467–80 . doi : 10.1016/S0092-8674(03)00111-9 . PMID 12600311 . 
  8. ↑ Verhey KJ, Kaul N, Soppina V (2011-01-01). "Ensamblaje y movimiento de la kinesina en las células". Annual Review of Biophysics . 40 : 267–88 . doi : 10.1146/annurev-biophys-042910-155310 . PMID 21332353 . 
  9. ↑ Miki H, Okada Y, Hirokawa N (septiembre de 2005). "Análisis de la superfamilia de la kinesina: perspectivas sobre la estructura y la función". Trends in Cell Biology . 15 (9): 467–76 . doi : 10.1016/j.tcb.2005.07.006 . PMID 16084724 . 
  10. ↑ Roberts AJ, Kon T, Knight PJ, Sutoh K, Burgess SA (noviembre de 2013). "Funciones y mecánica de las proteínas motoras de la dineína" . Nature Reviews. Biología Celular Molecular . 14 (11): 713–26 . doi : 10.1038/nrm3667 . PMC 3972880. PMID 24064538 .  
  11. ↑ Mallik R, Gross SP (noviembre de 2004). " Motores moleculares: estrategias para convivir" . Current Biology . 14 (22): R971-82. Bibcode : 2004CBio...14.R971M . doi : 10.1016/j.cub.2004.10.046 . PMID 15556858. S2CID 14240073 .  
  12. ↑ Vanstraelen M, Inzé D, Geelen D (abril de 2006). "Cinesinas específicas de la mitosis en Arabidopsis" . Trends in Plant Science . 11 (4): 167– 75. Bibcode : 2006TPS....11..167V . doi : 10.1016/j.tplants.2006.02.004 . hdl : 1854/LU-364298 . PMID 16530461 . 
  13. ↑ Smith LG (marzo de 2002). "Citocinesis vegetal: rumbo a la meta" . Current Biology . 12 (6): R206-8. Bibcode : 2002CBio...12.R206S . doi : 10.1016/S0960-9822(02)00751-0 . PMID 11909547 . 
  14. ↑ Abdel-Ghany SE, Day IS, Simmons MP, Kugrens P, Reddy AS (julio de 2005). "Origen y evolución de la proteína de unión a calmodulina similar a la kinesina" . Plant Physiology . 138 (3): 1711–22 . doi : 10.1104/pp.105.060913 . PMC 1176440. PMID 15951483 .  
  15. ↑ Dallos P, Fakler B (febrero de 2002). "Prestin, un nuevo tipo de proteína motora". Nature Reviews. Biología Celular Molecular . 3 (2): 104– 11. doi : 10.1038/nrm730 . PMID 11836512 . S2CID 7333228 .  
  • MBInfo - ¿Qué son las proteínas motoras?
  • Seminario de Ron Vale: "Proteínas motoras moleculares"
  • Biología de las proteínas motoras, Instituto de Química Biofísica , Gotinga
  • Jonathan Howard (2001), Mecánica de las proteínas motoras y el citoesqueleto. ISBN 9780878933334