Actina

Qué es la actina

Bajo el nombre de actina se reúne una familia de proteínas globulares de unos 42 kilodaltons, formadas por una cadena polipeptídica de 375 aminoácidos plegada en dos lóbulos con una hendidura central que aloja una molécula de ATP o de ADP. La actina es la proteína intracelular más abundante en eucariotas: llega a representar entre el 5 y el 10 por ciento del total proteico en muchas células, una cifra que da idea de hasta qué punto el organismo depende de ella.

Su rasgo más característico es la capacidad de pasar de una forma a otra. Como monómero libre, recibe el nombre de actina globular o actina G. Cuando esos monómeros se ensamblan en cadenas, generan filamentos largos y helicoidales que se denominan actina filamentosa o actina F. Estos filamentos miden alrededor de 7 nanómetros de diámetro, son polarizados (tienen un extremo más, donde predomina el ensamblaje, y un extremo menos, donde predomina el desensamblaje) y se cuentan entre los filamentos más dinámicos de la célula: se forman, se reorganizan y se desmontan continuamente según las necesidades del momento.

El Diccionario de la lengua española recoge la entrada y la define como «proteína filamentosa constituyente del citoesqueleto celular, que interviene en la contracción muscular». Etimológicamente, la voz procede del inglés actin, formado por haplología (esto es, por contracción de una sílaba intermedia) a partir del griego ἀκτίς, ἀκτῖνος (aktís, aktînos), «rayo de luz, rayo de sol, radio de una rueda», con el sufijo químico inglés -in. El nombre alude a la apariencia radial y filamentosa de las estructuras que la proteína forma al polimerizar. Esa misma raíz griega ha dado lugar a otras voces médicas con sentido distinto (actínico, actinomicosis, actinomicetos), todas referidas a la idea de «rayo» en sus diversos sentidos.

El descubrimiento de Straub en 1942

La historia de la actina arranca en el laboratorio de Albert Szent-Györgyi, en el Instituto de Química Médica de la Universidad de Szeged (Hungría), en plena Segunda Guerra Mundial. Szent-Györgyi había recibido el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1937 por sus trabajos sobre la vitamina C y el ciclo de los ácidos tricarboxílicos, y a finales de los años treinta dirigió su atención a un problema clásico: el mecanismo bioquímico de la contracción muscular.

Su grupo trabajaba con preparaciones de miosina obtenidas del músculo esquelético. Habían identificado dos fracciones que llamaron miosina A y miosina B, con propiedades viscosas distintas. En 1942, un joven investigador del laboratorio, Brúnó Ferenc Straub, demostró que la miosina B no era una proteína única, sino la combinación de la miosina A con otra proteína previamente desconocida que él consiguió aislar. Llamó a esa nueva proteína actina, y al complejo formado por ambas, actomiosina. La hipótesis, confirmada en los años siguientes con los hilos contráctiles de actomiosina sumergidos en una solución de ATP, fue uno de los puntos de partida de la teoría de los filamentos deslizantes de Huxley y Hanson en la década de 1950.

Conviene recordar el contexto. Hungría estaba ocupada, la comunicación con el resto del mundo científico era precaria y los resultados se publicaron en una revista alemana y, sobre todo, en los volúmenes de Studies from the Institute of Medical Chemistry University of Szeged, editados por Szent-Györgyi y distribuidos con dificultad. La actina llegó, pese a ello, a convertirse en una de las proteínas mejor estudiadas del siglo XX.

Forma globular y forma filamentosa

La actina G es el monómero libre, una proteína globular con un sitio de unión para nucleótido (ATP o ADP) y otro para cationes divalentes (calcio o magnesio). En su forma libre apenas se autoasocia: la formación de dímeros y trímeros espontáneos es muy inestable y la mayor parte de la actina G citosólica se mantiene secuestrada por proteínas reguladoras (timosina-β4 y profilina, entre otras) que controlan cuándo y dónde se permite el ensamblaje.

Cuando la concentración local de actina G supera un umbral crítico y un nucleador la prepara, la proteína polimeriza en actina F, un filamento helicoidal compuesto por dos protofilamentos enrollados entre sí. La polimerización es asimétrica. En el extremo más, llamado también «extremo barbado», los monómeros se incorporan rápido. En el extremo menos o «puntiagudo», la cinética favorece la salida. El resultado es un fenómeno denominado treadmilling: en estado estacionario, el filamento parece desplazarse aunque cada monómero individual mantiene su posición relativa por un tiempo corto. Ese flujo permanente, alimentado por la hidrólisis del ATP unido a la actina G en el momento del ensamblaje, es lo que da al sistema su carácter dinámico.

Toxinas naturales han ayudado a descifrar este equilibrio. Las falotoxinas del hongo Amanita phalloides, en particular la faloidina, estabilizan los filamentos e impiden su despolimerización. Las citocalasinas, de origen fúngico, bloquean el extremo más e impiden la incorporación de nuevas subunidades. Ambas son herramientas habituales en el laboratorio para estudiar el comportamiento de los microfilamentos.

Funciones celulares

La actina ocupa, sola o asociada a otras proteínas, un papel central en cuatro grandes funciones celulares. La primera es estructural: los filamentos de actina forman, justo bajo la membrana plasmática, una red densa conocida como córtex celular que determina la forma y la rigidez de la célula. Donde aparecen prolongaciones especializadas (microvellosidades, estereocilios, filopodios), el armazón interno es de actina.

Viene después el componente contráctil. En la fibra muscular estriada, los filamentos finos de actina se intercalan con los filamentos gruesos de miosina formando la unidad funcional llamada sarcómero. El deslizamiento relativo de ambos, regulado por troponina, tropomiosina y el ion calcio, es lo que produce el acortamiento de la fibra muscular y, con ello, el movimiento del músculo. En el músculo liso y en el cardiaco, el principio es el mismo aunque la organización de los miofilamentos varía.

Muchas células no musculares se desplazan mediante ondas de polimerización dirigida de actina en el frente de avance. Esa polimerización empuja la membrana hacia delante y forma lamelipodios y filopodios, las prolongaciones que permiten la migración celular durante el desarrollo embrionario, la respuesta inmunitaria o, por desgracia, la diseminación tumoral. Procesos como la fagocitosis y la endocitosis dependen también de modificaciones locales del citoesqueleto de actina.

Hacia el final de la mitosis, un anillo de actina y miosina se ensambla en el ecuador de la célula y se contrae como un cinturón hasta separar las dos células hijas. Es la citocinesis. Sin este anillo, no hay división celular completa.

Isoformas de la actina

No hay una sola actina. En los mamíferos se conocen al menos seis isoformas codificadas por genes distintos, agrupadas en tres clases según el residuo aminoacídico aminoterminal: las actinas alfa, las beta y las gamma. Las isoformas alfa (α-cardiaca, α-esquelética y α-vascular) predominan en los distintos tipos de tejido muscular. La beta y la gamma citoplasmáticas son las protagonistas del citoesqueleto en las células no musculares.

La conservación evolutiva es notable. Las diferencias entre actinas de mamíferos, anfibios e incluso levaduras se cuentan en pocos aminoácidos, y la secuencia se ha mantenido prácticamente intacta a lo largo de cientos de millones de años. Esto sugiere que la estructura de la proteína está al límite de lo que la selección natural permite tocar sin comprometer su función.

Diferenciación con miosina, microtúbulos y filamentos intermedios

Cuatro elementos conviven en el mismo terreno y conviene distinguirlos. La miosina es la pareja funcional clásica de la actina, pero no es estructuralmente equivalente: se trata de una proteína motora que se desplaza sobre los filamentos de actina hidrolizando ATP. La actina aporta el raíl; la miosina, el motor.

El citoesqueleto de la célula no se reduce a la actina. Lo completan los microtúbulos, tubos huecos de unos 25 nanómetros de diámetro formados por dímeros de alfa y beta tubulina, y los filamentos intermedios, estructuras de unos 10 nanómetros mucho más estables, integradas por proteínas variables según el tipo celular (queratinas en los epitelios, vimentina en mesenquimales, laminas en el núcleo). Los tres sistemas conviven, se entrecruzan y se coordinan, pero responden a estímulos distintos y desempeñan funciones complementarias.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra actina?

Procede del inglés actin, voz acuñada por Brúnó Ferenc Straub en 1942 para nombrar la proteína recién aislada en el laboratorio de Szent-Györgyi. La etimología del inglés se remonta, por haplología, al griego ἀκτίς, ἀκτῖνος (aktís, aktînos), «rayo de luz, rayo de sol», con el sufijo químico -in. El nombre evoca la apariencia radial y filamentosa de las estructuras que la proteína forma cuando polimeriza.

¿Cuál es la diferencia entre actina G y actina F?

Son las dos formas en que existe la proteína. La actina G es la forma globular, monomérica, libre en el citosol. La actina F es la forma filamentosa, polimerizada, en la que los monómeros se ensamblan en una doble hélice. Las dos formas están en equilibrio dinámico: la célula polimeriza y despolimeriza filamentos de actina continuamente, según las necesidades de cada momento.

¿Qué relación tiene la actina con la contracción muscular?

Es uno de los dos componentes principales del aparato contráctil. En el sarcómero, los filamentos finos de actina y los filamentos gruesos de miosina se intercalan; cuando llega la señal nerviosa y se libera calcio, la troponina y la tropomiosina dejan libres los sitios de unión, la miosina engancha la actina y los filamentos se deslizan unos sobre otros. El resultado, repetido en millones de sarcómeros, es el acortamiento del músculo.

¿Solo está en el músculo?

No. Es probablemente la proteína más universal del organismo, y se encuentra en prácticamente todas las células eucariotas (no solo animales: también en plantas, hongos y protozoos). En las células no musculares forma el citoesqueleto cortical, participa en la división celular y permite la migración y la fagocitosis. La actina muscular es solo una de las varias isoformas posibles.

¿Quién descubrió la actina?

Brúnó Ferenc Straub, en 1942, en el laboratorio de Albert Szent-Györgyi en la Universidad de Szeged. Ilona Banga había contribuido a los trabajos preliminares sobre las dos fracciones de miosina. Szent-Györgyi, premio Nobel de 1937, dirigía el equipo y publicó los resultados conjuntos en los volúmenes Studies from the Institute of Medical Chemistry University of Szeged.

Referencias

1. Real Academia Española. Actina. Diccionario de la lengua española.
2. Sociedad Española de Bioquímica y Biología Molecular (SEBBM). Proteínas motoras del citoesqueleto.
3. Megías M, Molist P, Pombal MA. Atlas de Histología Vegetal y Animal, Universidade de Vigo. Filamentos de actina.
4. Journal of Muscle Research and Cell Motility. The discovery of actin: «to see what everyone else has seen, and to think what nobody has thought».