Las células se componen de multitud de estructuras que, igual que en un reloj, hace que cumpla sus funciones con una precisión absoluta.

Una de las que podemos encontrarnos dentro de esta compleja maquinaria orgánica son los microtúbulos. Vamos a profundizar en las características de estos elementos y cuáles son las funciones que cumplen en nuestro organismo.

¿Qué son los microtúbulos? Características de estas estructuras

Los microtúbulos son tubos microscópicos que se encuentran en cada una de nuestras células, comenzando en el MTOC o centro organizador de microtúbulos y prolongándose por todo el citoplasma de la célula. Cada uno de estos pequeños tubos cuenta con un grosor de 25 nanómetros, siendo el diámetro de su interior de tan solo 12 nanómetros.En cuanto a la longitud, pueden alcanzar unas pocas micras, una distancia que puede parecer pequeña pero que a nivel celular y en proporción a su anchura hace que sean largos.

A nivel estructural, los microtúbulos están compuestos de polímeros proteicos, y se componen de 13 protofilamentos, que a su vez están formados por monómeros a y b de tubulina situados de forma alterna, es decir, creando una cadena de dímeros a-b.Los 13 protofilamentos están dispuestos uno contra otro hasta conformar la estructura cilíndrica, dejando la parte del centro hueca. Además, los 13 tienen la misma estructura, teniendo todos un extremo -, que comienza con tubulina a, siendo el otro el extremo +, de tubulina b.

En los microtúbulos de las células de las bacterias existen algunas diferencias respecto al resto de células eucariotas. En este caso las tubulinas serían específicas bacterianas, y conformarían 5 protofilamentos en lugar de los habituales 13 que veíamos antes. En cualquier caso, estos microtúbulos funcionan de manera similar a los otros.

Inestabilidad dinámica

Una de las cualidades que caracteriza a los microtúbulos es la llamada inestabilidad dinámica. Se trata de un proceso constante en esta estructura por la cual de forma continua están polimerizando o despolimerizando. Esto quiere decir que todo el tiempo están incorporando dímeros de tubulina para aumentar la longitud o por el contrario están eliminándolos para verse acortados.

De hecho, pueden continuar acortándose hasta deshacerse por completo para volver a comenzar el ciclo, pasando de nuevo a polimerizar. Este proceso de polimerización, es decir, de crecimiento, ocurre con más frecuencia en el extremo +, es decir, en el de tubulina b.

Pero, ¿cómo ocurre este proceso a nivel celular? En la célula hay dímeros de tubulina que se encuentran en estado libre. Todos ellos están pegados a dos moléculas de guanosín trifosfato, o GTP (un nucleótido trifosfato). Cuando llega el momento en que estos dímeros se adhieren a uno de los microtúbulos, tiene lugar un fenómeno conocido como hidrólisis, por el cual una de las moléculas de GTP se transforma en guanosín difosfato, o GDP (un nucleótido difosfato).

Hay que tener en cuenta que la velocidad del proceso es fundamental para entender lo que puede ocurrir a continuación. Si los dímeros se unen a los microtúbulos más rápido de lo que se produce la propia hidrólisis, esto se traduce en que siempre existirá la llamada caperuza o casquete de GTPs en el extremo más de los dímeros. Por el contrario, en el caso de que la hidrólisis sea más veloz que la propia polimerización (porque esta ha hecho su proceso más lento), lo que obtendremos en el extremo más será un dímero GTP-GDP.

Al haber pasado uno de los nucleótidos trifosfato a nucleótido difosfato, se genera una inestabilidad en la adhesión entre los propios protofilamentos, que provoca un efecto encadena finalizando con una despolimerización de todo el conjunto. Una vez han desaparecido los dímeros GTP-GDP que estaban provocando este desequilibrio, los microtúbulos recuperan la normalidad y retoman el proceso de polimerización.

Los dímeros de tubulina-GDP que han quedado sueltos no tardan en convertirse en dímeros de tubulina-GTP, por lo que de nuevo están disponibles para unirse a los microtúbulos otra vez. De esta manera se da esa inestabilidad dinámica de la que hablábamos al principio, provocando que los microtúbulos crezcan y decrezcan sin parar, en un ciclo perfectamente equilibrado.

Funciones

Los microtúbulos tienen un papel fundamental para varias tareas dentro de la célula, de índole muy variada. A continuación estudiaremos en profundidad algunas de ellas.

1. Cilios y flagelos

Los microtúbulos conforman gran parte de otros importantes elementos de la célula como son los cilios y los flagelos, que básicamente son microtúbulos pero con una membrana plasmática rodándolos. Estos cilios y flagelos son la estructura que la célula utiliza para poder desplazarse y también como elemento sensitivo para captar diversa información del entorno fundamental para determinados procesos celulares.

Los cilios se diferencian de los flagelos en que son más cortos pero también mucho más abundantes. En su movimiento, los cilios impulsan el líquido que rodea a la célula en una dirección paralela a esta, mientras que los flagelos hacen lo propio de forma perpendicular a la membrana celular.

Tanto cilios como flagelos son elementos complejos que pueden albergar 250 tipos de proteína. En cada cilio y cada flagelo nos encontramos con el axonema, un conjunto central de microtúbulos recubiertos de la membrana de plasma que indicábamos anteriormente. Estos axonemas se componen de una pareja de microtúbulos que se sitúa en el centro y que se ve rodeada por otras 9 parejas en su parte exterior.

El axonema se prolonga a partir del cuerpo basal, otra estructura celular, en este caso formada por 9 conjuntos, en este caso triples, de microtúbulos, dispuestos circularmente para dejar hueca la cavidad central entre todos ellos.

Volviendo al axonema, hay que indicar que las parejas de microtúbulos que lo componen están adheridos entre sí gracias al efecto de la proteína nexina y por radios de proteínas. A su vez, en estas parejas exteriores encontramos también la dineína, otra proteína, cuya utilidad en este caso es la de generar el movimiento de los cilos y los flagelos, pues es de tipo motor. A nivel interno esto sucede gracias a un deslizamiento entre cada pareja de microtúbulos, lo que acaba generando un movimiento a nivel estructural.

2. Transporte

Otra de las funciones clave de los microtúbulos es la de transportar los orgánulos dentro del citoplasma celular, pudiendo ser vesículas o de otro tipo. Este mecanismo es posible porque los microtúbulos actuarían como una especie de carriles por los que los orgánulos se desplazan de un punto a otro de la célula.

En el caso concreto de las neuronas también se daría este fenómeno para el llamado transporte axoplásmico. Teniendo en cuenta que los axones pueden llegar a medir no solo centímetros, sino metros en determinadas especies, nos permite hacernos una idea de la capacidad de crecimiento de los propios microtúbulos para poder dar soporte a esta función de transporte, tan esencial en los ritmos celulares.

Respecto a esta función, los microtúbulos serían un mero camino para los orgánulos, pero no se generaría una interacción entre ambos elementos. Por el contrario, el movimiento se lograría a través de proteínas motoras, como la dineína, que ya hemos visto, y también la quinesina. La diferencia entre ambos tipos de proteína es la dirección que toman en los microtúbulos, ya que las dineínas se utilizan para el movimiento que va hacia el extremo menos, mientras que la quinesina es utilizada para dirigirse hacia el extremo más.

3. Huso acromático

Los microtúbulos también conforman otra de las estructuras fundamentales de la célula, en este caso el huso acromático, mitótico o meiótico. Está formado por varios microtúbulos que conectan los centriolos y los centrómeros de los cromosomas mientras se produce el proceso de división celular, ya sea por mitosis o por meiosis.

4. Forma celular

Ya sabemos que existen muchos tipos de células, cada una con sus propias características y disposición. Los microtúbulos ayudarían a proporcionar a la célula la forma determinada de cada uno de estos tipos, por ejemplo en el caso visto anteriormente de una célula alargada, como puede ser una neurona con su prolongado axón y dendritas.

A su vez también resultan claves para que determinados elementos de la célula se encuentren en el lugar en el que deben estar para cumplir sus funciones adecuadamente. Es el caso, por ejemplo de orgánulos tan fundamentales como son el retículo endoplasmático o el aparato de Golgi.

5. Organización de filamentos

Otra de las funciones esenciales de los microtúbulos es la de encargarse de la distribución de los filamentos por todo el citoesqueleto (la trama de proteínas que se encuentra dentro de la célula y que nutra a todas las estructuras de su interior), conformando una red de caminos cada vez más pequeños que va desde los microtúbulos (los mayores) hacia los filamentos intermedios y finalizando con los más estrechos de todos, los llamados microfilamentos, que pueden ser de miosina o bien de actina.

Referencias bibliográficas:

  • Desai, A., Mitchison, T.J. (1997). Microtubule polymerization dynamics. Annual review of cell and Developmental Biology.
  • Mitchison, T., Kirschner, M. (1984). Dynamic instability of microtubule growth. Nature.
  • Nogales, E., Whittaker, M., Milligan, R.A., Downing, K.H. (1999). High-resolution model of the microtubule. Cell. ScienceDirect.