Riassunto dettagliato del citoscheletro

Citoscheletro

Il citoscheletro è una fitta rete tridimensionale di filamenti e microtubuli interconnessi attraverso il citoplasma, dal nucleo alla faccia interna della membrana plasmatica.

Componenti del citoscheletro

In alcuni tipi cellulari e in determinati momenti funzionali, il citoscheletro è dinamico: si può, cioè, disassemblare e riorganizzare nella cellula.

• Microtubuli
• Microfilamenti
• Filamenti intermedi

La diversa composizione di questi tre tipi di filamenti li differenzia per dimensioni e proprietà fisiche, rendendo ciascuno di essi particolarmente adatto a svolgere specifiche funzioni.

Funzioni del citoscheletro

• Sostegno meccanico:
  • Determina la forma della cellula
  • Offre sostegno alla membrana plasmatica e a strutture specializzate (microvilli)
  • Offre resistenza a stress meccanici
• Coinvolto nel movimento delle cellule sul substrato. Consente, ovviamente, il movimento solamente di alcuni tipi cellulari che solo in seguito a determinati stimoli possono muoversi. Un esempio sono i globuli bianchi, che generalmente si trovano nel circolo del sangue e si attivano nei siti dove è presente l'infiammazione. Qualora fosse necessario escono dal circolo per raggiungere i tessuti diventando mobili e cambiando conseguentemente forma per muoversi nel substrato. Questo cambiamento di forma avviene grazie alle proprietà dinamiche del citoscheletro.
• Coinvolto nella contrattilità (in cellule muscolari e non)
• Coinvolto nel trasporto e la localizzazione intra-cellulare degli organuli o delle vescicole (organizzazione spaziale e citoplasmatica)
• Durante la divisione cellulare intervengono gli elementi citoscheletrici per la segregazione dei cromosomi, intervenendo anche durante la citochinesi

Quali sono i componenti del citoscheletro?

Il citoscheletro è costituito da un insieme di polimeri che si assemblano da subunità monometriche, formando strutture filamentose:

• Microfilamenti di actina (con diametro di circa 6 nm, sono i più sottili)
• Microtubuli (con diametro maggiore, circa 25 nm)
• Filamenti intermedi: intermedi perché hanno un diametro intermedio tra i microfilamenti e microtubuli (diametro di circa 10 nm)

Ogni componente ha distinte proprietà meccaniche e dinamiche e tende a distribuirsi nello spazio in modo diverso. I componenti del citoscheletro non funzionano da soli ma associati a proteine accessorie essenziali per l’assemblaggio controllato, l’eventuale disassemblaggio, l’organizzazione e la posizione all’interno della cellula e il loro funzionamento. Le proteine accessorie comprendono anche un gruppo di proteine: i motori proteici o motori molecolari associati a solo due dei componenti citoscheletrici: microfilamenti e microtubuli che muovono:

• Organelli
• Complessi molecolari
• Vescicole
• O i filamenti citoscheletrici stessi

Gli elementi del citoscheletro si assemblano da subunità proteiche che possono essere di due tipi:

• Globulari: per microfilamenti e microtubuli. Strutture che possono riorganizzarsi a secondo del bisogno della cellula.
• Fibrose: per i filamenti intermedi che costituiscono la componente più statica del citoscheletro e sono i meno dinamici.

Microfilamenti di actina

Polimeri di actina con diametro di 6nm e lunghezza variabile. Sottili, flessibili e raramente isolanti, possono formare diverse strutture cellulari con diversa stabilità.

Esempio di localizzazione dei microfilamenti di actina: i microfilamenti offrono sostegno a strutture stabili presenti in alcuni tipi cellulari specializzati. Un esempio di strutture stabili a cui i microfilamenti di actina possono offrire sostegno sono i microvilli, estroflessioni digitiformi della membrana plasmatica del polo apicale di cellule appartenenti al tessuto epiteliale di rivestimento. Hanno la funzione di aumentare la superficie di scambio e per questo si trovano su cellule impiegate nell’assorbimento di acqua e nutrienti, come gli enterociti nell’intestino. La struttura dei microvilli è mantenuta nel citoscheletro, costituito da circa quaranta microfilamenti di actina ordinati parallelamente.

I microfilamenti di actina si possono trovare anche nelle cellule del muscolo striato dove formano le strutture stabili dei miofilamenti sottili del sarcomero, responsabili, insieme alla proteina motrice miosina, della contrazione muscolare. Questo processo di contrazione non avviene solo nelle cellule muscolari. Infatti, nella cellula in divisione i microtubuli si organizzano nel fuso mitotico che garantisce la ripartizione dei cromatidi tra le due cellule figlie. Nel processo di citodieresi interviene un anello contrattile costituito da actina e miosina che determina la separazione delle cellule figlie.

Inoltre, nella maggior parte delle cellule, i microfilamenti formano, immediatamente al di sotto della membrana plasmatica, una fitta trama, detta cortex, che svolge molteplici funzioni: da un lato esclude fisicamente gli organuli dalla porzione più periferica del citoplasma, dall’altro il cortex è una struttura capace di esibire notevoli variazioni strutturali che permettono il movimento del margine cellulare in processi di locomozione cellulare o fagocitosi. L’actina nel cortex non ha un’organizzazione a fasci come visto precedentemente, ma presenta una struttura a rete.

Domanda prof.

I microfilamenti di actina nelle cellule che tipo di organizzazione possono avere? O fasci o reti. I microvilli sono esempio di microfilamenti stabili.

Dinamici

Ci sono, invece, microfilamenti che diventano tali solo in risposta a stimoli che la cellula riceve e quindi sono espansioni mobili alle estremità delle cellule in migrazione. Quando una cellula è stimolata per un’attività motoria è polarizzata (vale a dire che la superficie delle diverse facce della cellula è organizzata in maniera da svolgere appieno differenti e specifiche funzioni). Mostra, così, un versante anteriore, caratterizzato da dinamiche di estroflessione e avanzamento della membrana, e uno posteriore, caratterizzato da dinamiche di retrazione; sul versante anteriore la cellula emette un’estroflessione planare di membrana, detta lamellipodio, che avanza in una data direzione. Un lamellipodio è essenzialmente un’estensione lamellare contenente una ricca rete di filamenti di actina dinamica. Poi sono presenti altre protusioni citoplasmatiche membranose presenti in una cellula per sondare l’ambiente extracellulare: i filopodi. Sono sporgenze filiformi sottili e rigidi contenenti un fascio di filamenti di actina.

Ci sono altre estroflessioni mobili della membrana: pseudopodi. Gli pseudopodi cellulari sono estroflessioni della membrana plasmatica e sono tipici delle cellule fagocitiche (come macrofagi e cellule dendritiche) in quanto il loro scopo è quello di circondare e inglobare la particella da internalizzare nella cellula, impacchettandole all’interno di un vacuolo. Dunque, queste estroflessioni mobili della membrana sono sostenute dal citoscheletro periferico alla cui base vi sono le proprietà dinamiche dei microfilamenti di actina. Grazie alla comparsa di diversi pseudopodi, la cellula stessa può cambiare forma, permettendo il movimento e il processo di fagocitosi.

Actina

Una delle proteine più abbondanti nella cellula, mediamente a rappresentare fino al 15% del contenuto di proteine totali (in casi particolari, come nel muscolo, si arriva a percentuali intorno al 30%). L’actina monomerica è una proteina globulare (da cui il nome G-actina). È un monomero asimmetrico con forma bilobata che presenta una testa e coda. I monomeri si legano l’uno all’altro per formare il filamento di actina. Quando il monomero di G-actina lega una molecola di ATP assume una conformazione ideale per legare un altro monomero e formare il filamento (promuove, così, la polimerizzazione). L’ATP che lega ciascun monomero che deve essere polimerizzato verrà poi idrolizzato, ma non nel corso della polimerizzazione, ma nel polimero (dopo che il monomero è già stato aggiunto al filamento in crescita). Questa idrolisi dell’ATP è responsabile del comportamento dinamico di questi microfilamenti.

Come si forma un microfilamento di actina?

I monomeri non si assemblano in ordine casuale, ma con lo stesso orientamento (testa-coda). I monomeri così si associano a formare polimeri da due filamenti avvolti in una doppia elica destrorsa: F-actina (actina filamentosa, a differenza della g-actina che è globulare). Una caratteristica fondamentale dei microfilamenti di F-actina è la loro polarità intrinseca, con un’estremità che differisce sia funzionalmente sia strutturalmente dall’altra. Strutturalmente diverse perché i monomeri si assemblano testa-coda, quindi in un’estremità ci sarà...