Inestabilidad dinámica y kinesinas

Inestabilidad dinámica de los microtúbulos

En equilibrio, concentración de alfa y beta-tubulina es más alta que la concentración en más y más baja en menos, favoreciéndose así el ensamblaje en más y el desensamblaje en menos. Cuando microtúbulos ensamblados en vitro se cortan en fragmentos de distintos tamaños, los más cortos en vez de triturarse por completo tienen un comportamiento dual: unos se acortan más rápido mientras otros vuelven a crecer. Los microtúbulos individuales pueden crecer, sufrir súbitamente una catástrofe que los corte y los fragmentos recuperarse, rescatándose de ser triturados. A esta alternancia entre estadios de crecimiento y de ruptura se le llama inestabilidad dinámica, que es un proceso debido a la distinta capacidad de fragmentarse que tienen en sus extremos los microtúbulos individuales. El acortamiento siempre es drástico (catástrofe), mientras que la recuperación es más lenta.

Base molecular de la inestabilidad dinámica

Si miramos la base molecular de la inestabilidad dinámica podemos observar que los protofilamentos asociados a GTP tienen en el extremo más los filamentos rectos, mientras que los que están asociados a GDP los tiene curvados; por tanto los primeros en crecimiento son rectos por tener beta-tubulina-GTP y los segundos se desensamblan por lo que son curvados y tienen unida beta-tubulina-GDP. Si en un extremo GTP de repente se hidroliza al azar, el microtúbulo se curva y comienza a desensamblarse.

Otras consecuencias de la inestabilidad dinámica es que la adición de un dímero a más de un microtúbulo en crecimiento implica interacciones entre la nueva subunidad alfa y la terminal beta. Dicha interacción estimula la hidrólisis del GTP en beta, pero la nueva beta lleva también GTP, luego el protofilamento tiene en el extremo beta-GDP que es tapado por beta-GTP. Si el protofilamento con beta-GDP estuviera solo se curvaría, pero las interacciones laterales protofilamento-protofilamento no lo permiten. La energía de hidrólisis del GTP en la unidad anterior al cap se mantiene hasta que el cap beta-GDP se libera y en ese caso pueda ser usada por alguna estructura unida al microtúbulo.

Kinesinas y funcionamiento

Proteínas motoras que se desplazan por microtúbulos. Kinesina-1 también conocida como “kinesina convencional”, presenta 2 cadenas pesadas por motor activo (2H). Forman 2 dominios motores con cabezas globulares que se mantienen unidas por una cola sobreenrollada larga, responsable de la dimerización de las cadenas pesadas. El dominio de cola de cada cadena pesada lleva asociada una cadena ligera de Kin-1 que media la unión a la carga (2L).

La superfamilia de las kinesinas incluye 14 familias distintas. La mayoría de ellas tienen el dominio motor en el extremo N-terminal de la cadena pesada y se desplazan hacia el extremo más del microtúbulo. Una familia tiene el dominio motor en el extremo C-terminal y camina en la dirección opuesta, hacia el extremo menos del microtúbulo (kin-14). Kin-13 tiene un dominio motor central y no puede moverse, pero usa la energía de la hidrólisis del ATP para despolimerizar los extremos de los microtúbulos. La kin-5 (4H) presenta motores bipolares que transportan hacia el más sobre microtúbulos antiparalelos. La kin-2 presenta 2 dominios motores (H) distintos (heterodímeros) y un tercer polipéptido que forma la cola.

Funcionamiento del motor kin-1:

• Al principio de cada paso, una de las 2 cabezas (dominios motores) de la kinesina, la cabeza posterior o retrasada está unida con fuerza al microtúbulo y al ATP, mientras que cabeza anterior o delantera está unida de forma débil al microtúbulo y está asociada al ADP
• Desplazamiento hacia delante del dominio motor posterior es impulsado por la disociación de la cabeza delantera y la unión de ATP
• Unión de ATP a este dominio motor provoca el cambio conformacional de la cabeza
• Este cambio impulsa la cabeza posterior hacia delante, una vez que se haya soltado del microtúbulo con su ADP unido (la separación requiere la hidrólisis del ATP y la liberación de P)

Molécula de kinesina ahora está lista para su próximo paso, que se producirá.