Filamentos de Actina o Microfilamentos

Además de participar en la contracción de las fibras musculares, los filamentos de actina están implicados en muchos aspectos de la arquitectura y función de las células no musculares.

Al igual que los filamentos de actina de las células musculares, son polímeros de moléculas globulares de actina (42.000PM) reunidas en dos hebras enrolladas entre sí en una hélice de un paso de rosca de 36nm. Sin embargo, estos filamentos difieren de los musculares en las proteínas asociadas. Además, son filamentos muy dinámicos ya que continuamente se agregan y desagregan en diferentes momentos y lugares en el interior de la célula.

Al menos seis tipos diferentes de actina se sintetizan en las células no musculares, teniendo todas propiedades muy similares y generando estructuras celulares estables, como las microvellosidades que tapizan el interior del intestino y de los túbulos renales, o los pequeños haces contráctiles del citoplasma que tienen la capacidad de contraerse como “músculos” celulares. También pueden formar estructuras transitorias, como los filopodios, lamelipodios y pseudópodos que se forman en el movimiento celular.

Agregación de Filamentos de Actina

Los filamentos de actina pueden agregarse y desagregarse tantas veces como sea necesario, siendo estructuras muy dinámicas. Estos filamentos aparecen y desaparecen según las necesidades de la célula. Los principios que rigen esta agregación y desagregación son similares a los que rigen en los microtúbulos.

La actina monomérica es una proteína globular conocida como actina G. Cada monómero de actina se encuentra unido a una molécula de ATP. Cuando la actina G se agrega en filamentos se llama actina F. La agregación de actina G en F se lleva a cabo mediante un proceso de varias etapas.

1. En primer lugar tres moléculas de actina G deben formar un oligómero conocido como núcleo. Éste es el oligómero de actina más pequeño y en él la tendencia a formar el filamento es mayor que la tendencia a disociarse en monómeros. La formación del núcleo, nucleación, es termodinámicamente desfavorable, constituyendo la etapa limitante de la polimerización de actina.
2. La segunda fase de la polimerización es la elongación, durante la cual la actina G se une de forma muy rápida a los extremos del núcleo de actina o de un filamento. La elongación dura hasta que la actina G alcanza su concentración crítica en la que la velocidad de adición de nuevas subunidades a los extremos de los filamentos se iguala a la velocidad de disociación de las subunidades en dichos extremos. Cuando un monómero de actina G se incorpora a un filamento de actina, la molécula de ATP que se encontraba unida al monómero es normalmente hidrolizada. Sin embargo, dado que hay una fase de retardo antes de que dicha hidrólisis tenga lugar, un rápido crecimiento del filamento producirá una región central que contenga actina G-ADP, mientras que los extremos poseerán actina G-ATP. La actina G-ATP se disocia de los filamentos más lentamente que la actina G-ADP. Así el tipo de actina presente en los extremos del filamento afectará a la velocidad de desagregación de dicho filamento. La actina G-ADP también polimeriza en filamentos, pero la velocidad de elongación de estos filamentos es mucho menor que la de los compuestos por actina G-ATP. De este modo el nivel energético de la célula podría determinar la velocidad global de los procesos de agregación y desagregación.
3. Además los dos extremos del filamento de actina no crecen a la misma velocidad. Uno de los extremos (-) hidroliza antes la molécula de ATP en ADP. Esto es debido a la disposición tridimensional de la molécula de ATP en la G-Actina. El sitio de unión del ATP queda orientado hacia el extremo -, de esta forma este extremo transforma antes el ATP en ADP. Así, la concentración crítica de actina será menor en el extremo + y mayor en el -. Así, un filamento de actina crecerá en el extremo + y se desagrega en el -, manteniendo constante su longitud.

Proteínas de Unión a Actina. Regulación de la Polimerización de los Filamentos de Actina

Existen muchas proteínas celulares que en determinados procesos impiden la polimerización de los filamentos de actina, de esta forma la polimerización se encuentra muy regulada.

Un ejemplo es la profilina que secuestra los monómeros de actina impidiendo la incorporación a la actina F.

Otra proteína, la gelsolina, es capaz de convertir las redes de actina, actina gel, en actina sol, donde los filamentos de actina quedan en suspensión. Esta proteína actúa deshaciendo los filamentos de actina en sus monómeros correspondientes.

Esta reacción es dependiente de Ca2+ y se da sólo cuando la concentración de Ca es mayor de 10-6M.

Esta proteína es muy importante en la regulación de las propiedades de viscosidad y de elasticidad del citoplasma y en la remodelación del citoesqueleto.

Además de la gelsolina, se conocen muchas proteínas ligantes de actina y sensibles a calcio.

Las actividades de estas proteínas demuestran que, además del papel que juegan en la contracción muscular, los iones calcio son muy importantes en la agregación y desagregación de los filamentos de actina no musculares.

La tropomiosina es  también una proteína ligante de actina. Se une a los dos lados de los filamentos de actina no musculares del mismo modo que lo hace a los filamentos de actina del músculo estriado. Una vez unida, la tropomiosina estabiliza el filamento de actina.

También modula la actividad de muchas proteínas que se unen a la actina como la geslosina.

Función Estructural de los Microfilamentos

Los filamentos de actina, como hemos dicho, tienen un papel estructural en el mantenimiento de la célula. Estos filamentos pueden organizarse en estructuras alargadas o formando redes.

Estas estructuras pueden formarse gracias a la existencia de determinadas proteínas que sirven de entrecruzamiento entre dos filamentos de actina F. Así estas proteínas tienen dos sitios de unión, uno para cada filamento.

Estructuras Alargadas de Filamentos de Actina

En este caso distintos filamentos de actina se unen unos con otros gracias a una proteína llamada fascina. Esta proteína entrecruza distintos filamentos de actina F que se colocan en paralelo, generando estructuras alargadas. Este es el caso de los filamentos de actina que se encuentran formando la microvellosidades del intestino delgado. El núcleo central de la microvellosidad contiene un haz de al menos, 20 filamentos de actina.

Otras proteínas que unen actina ayudan al mantenimiento de los filamentos: fimbrina y vilina que generan entrecruzamientos de las fibras de actina de forma parecida a la fascina. En la base de la vellosidad aparece una masa densa de filamentos llamado entramado terminal. Contiene filamentos de actina, miosina y filamentos intermedios y ayudan al sostén de la microvellosidad.

e la microvellosidad.