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MTOC

Il MTOC (Centro Organizzatore dei Microtubuli) è una regione della cellula da cui si originano i microtubuli, strutture cilindriche che formano parte del citoscheletro. Il suo compito principale è

organizzare, ancorare e controllare la crescita dei microtubuli, che si irradiano a stella a partire da questo punto.

Nelle cellule animali, il principale MTOC è il centrosoma, situato vicino al nucleo. Il centrosoma è formato da due centrioli, disposti perpendicolarmente, immersi in una matrice di materiale

pericentriolare. In questa matrice si trovano anelli di γ-tubulina, che agiscono come “stampini” per l’avvio della nucleazione dei microtubuli: la γ-tubulina fornisce infatti il punto di partenza dove le

subunità di α- e β-tubulina si uniscono per formare il microtubulo.

Da questo centro, i microtubuli crescono con l’estremità “–” ancorata al MTOC e l’estremità “+” rivolta verso la periferia della cellula, permettendo così l’organizzazione dello spazio intracellulare, il

trasporto di vescicole e la formazione del fuso mitotico durante la divisione cellulare.

La NUCLEAZIONE:

La nucleazione dei microtubuli è il processo con cui inizia la loro formazione.

1. Preparazione delle subunità:

Nel citoplasma sono presenti molti dimeri di tubulina, composti da una subunità di α-tubulina e una di β-tubulina.

Questi dimeri sono i “mattoni” con cui si costruisce il microtubulo.

2. Punto di innesco nel MTOC:

All’interno del MTOC (Centro Organizzatore dei Microtubuli), soprattutto nel centrosoma, ci sono anelli di γ-

tubulina. Questi anelli funzionano come una base di appoggio su cui i primi dimeri si possono legare nel modo

corretto.

3. Formazione del nucleo (o seme):

Alcuni dimeri di tubulina si uniscono all’anello di γ-tubulina, formando un piccolo frammento stabile di pochi dimeri.

Questo frammento è il “nucleo” da cui il microtubulo può iniziare a crescere.

4. Crescita del microtubulo:

Una volta formato il nucleo, altri dimeri di α- e β-tubulina si aggiungono in modo ordinato all’estremità “+” del

microtubulo, facendolo allungare verso la periferia della cellula. L’estremità “–” invece resta ancorata al MTOC.

5. Risultato:

Si forma così un microtubulo stabile, pronto a partecipare a funzioni come il mantenimento della forma cellulare, il

trasporto di vescicole e la formazione del fuso mitotico durante la divisione cellulare.

Instabilità dinamica dei microtuboli

Questa forte instabilità è data anche dalla differenza di velcoità con cui un’estremità si allunga e con cui un altra si accorcia

L’instabilità dinamica è la capacità dei microtubuli di passare in modo rapido e spontaneo da una fase di crescita (polimerizzazione) a una di accorciamento (depolimerizzazione), e viceversa.

In altre parole, i microtubuli non sono strutture fisse, ma continuano a montarsi e smontarsi anche quando la cellula è in condizioni normali.

Questo comportamento permette alla cellula di modificare rapidamente la sua organizzazione interna, ad esempio durante la divisione cellulare, quando i microtubuli formano e smontano il fuso mitotico

1. Aggiunta di tubulina-GTP

Ogni microtubulo è formato da dimeri di α- e β-tubulina.

Quando un nuovo dimero si aggiunge all’estremità “+” del microtubulo, la β-tubulina porta con sé una molecola di

GTP.

Finché c’è GTP, il legame è stabile e il microtubulo continua a crescere.

2. Idrolisi del GTP

Dopo l’incorporazione nel microtubulo, il GTP legato alla β-tubulina viene idrolizzato in GDP.

Questo cambia leggermente la forma del dimero e lo rende meno stabile.

3. La “cappa di GTP” (GTP cap)

Durante la crescita, sulla punta del microtubulo si mantiene una piccola zona di tubuline con GTP — la cosiddetta

GTP cap — che protegge il microtubulo dalla depolimerizzazione.

Se i dimeri con GTP si aggiungono rapidamente, la cappa si mantiene e il microtubulo cresce.

4. Catastrofe

Se però la velocità di idrolisi del GTP supera la velocità di aggiunta di nuovi dimeri, la cappa si perde.

In quel momento, i dimeri con GDP (instabili) si incurvano e si staccano velocemente: il microtubulo collassa.

Questo evento improvviso si chiama catastrofe.

5. Rescue (ripresa)

Durante la depolimerizzazione, a volte un nuovo gruppo di tubuline con GTP può legarsi nuovamente all’estremità,

ricreando la cappa.

Il microtubulo allora smette di accorciarsi e riprende a crescere: questo fenomeno si chiama rescue.

MAP - Proteine che si associano ai microtubuli

I microtuboli svolgono numerose funzioni ed hanno un ruolo strutturale e organizzativo

• Ancorano gli organelli e sono coinvolti nel loro spostamento

• Controllano il trasporto intracellulare (trasporto vescicolare)

• Durante la mitosi formano il fuso mitotico e durante la meiosi il fuso meiotico

• Entrano nella costituzione di centrioli, ciglia e flagelli

I microtuboli non lavorano da soli, ma vengono supportati dalla MAP (proteine che si associano ai microtuboli)

Per esempio la proteina TAU ha il ruolo di stabilizzare il microtuboli, ma se non svolge il suo compito

correttamente, può portare a numerose malattie

Le proteine motrici associate ai microtubuli (MAP) più importanti sono le chinesine e le dineine. Sono dei veri e propri

motori che si muovono suoi microtuboli e sono fondamentali per il trasporto vescicolare.

Le chinesine mediano movimenti centrifughi degli organelli. In genere si muovono verso l’estremità (+)

Le dineine mediano movimenti centripeti degli organelli. In genere si muovono verso l’estremità (-)

Il movimento delle proteine motrici nel trasporto lungo i microtubuli richiede ATP

Dopo che la testa della proteina si lega al microtubolo, l’ATP si lega ed inizia la sua idrolisi che

fornisce energia che poi viene convertita in MOVIMENTO MECCANICO

Flagelli e Ciglia

Ciglia: Flagelli:

Corte proiezioni Lunghe proiezioni

Movimento (battito coordinato che Locomozione

permetto il movimento delle sostanze

presenti sulla superficie)

All’interno di entrambi la struttura è la stessa e quindi prevede

sempre 9 coppie di microtubuli disposti ad anello, in modo da

circondare due microtubuli singoli al centro Tutti i filamenti sono in stretto contatto grazie sopratutto alla proteina dineina, che nelle ciglia e nei flagelli prende il nome di Dineina Assonemali

Malfunzionamenti di Dineine Assonemali causano malfunzionamenti come la Discinesia ciliare primaria o sindrome di Kartagener:

Asimmetria degli organi interni (per alterazione del flusso di fluidi nell’embrione), nell’adulto scarsa mobilità degli spermatozoi ed infezioni

polmonari dovute alla scarsa mobilità delle ciglia

MICROFILAMENTI

I microfilamenti sono una delle tre principali componenti del citoscheletro cellulare, insieme ai microtubuli e ai filamenti intermedi.

Sono strutture sottili, flessibili e dinamiche, con un diametro di circa 7 nanometri, costituite principalmente da actina, una proteina

globulare abbondante in quasi tutte le cellule eucariotiche. Queste strutture si trovano soprattutto nella zona periferica del citoplasma,

appena sotto la membrana plasmatica, dove formano una rete che contribuisce a mantenere la forma cellulare, a garantire la

resistenza meccanica e a consentire vari movimenti cellulari, come la contrazione, la migrazione o la fagocitosi.

L’actina esiste in due forme interconvertibili: la G-actina (actina globulare) e la F-actina (actina filamentosa).

La polimerizzazione della G-actina per formare F-actina richiede energia sotto forma di ATP, che si lega alla subunità di actina e

viene idrolizzato dopo l’inserimento nel filamento. I microfilamenti presentano una polarità strutturale, con un’estremità “positiva” (+)

che cresce più rapidamente e un’estremità “negativa” (–) che tende a depolimerizzare. Questa asimmetria consente il fenomeno del

treadmilling, cioè l’aggiunta di nuove subunità di actina-ATP a un’estremità e la perdita di subunità di actina-ADP all’altra,

mantenendo la lunghezza complessiva ma garantendo un continuo rinnovamento dinamico.

Nella cellula la nucleazione e la crescita dei filamenti di actina dipende dalla disponibilità di actina G legata all’ATP ed è regolata da numerose proteine che agiscono a vari livelli:

• Proteine coinvolte nella nucleazione

• Proteine del cappuccio

• Proteine depolimerizzanti e proteine di taglio

• Proteine di collegamento

• Proteine che regolano la polimerizzazione

Il complesso Arp2/3

Il complesso Arp2/3 è un gruppo di proteine che aiuta la cellula a costruire e organizzare i filamenti di actina, cioè i sottili

“fili” che formano parte del citoscheletro.

La sua funzione principale è creare ramificazioni: si attacca a un filamento di actina già esistente e ne fa partire uno nuovo

con un angolo di circa 70°. In questo modo forma una rete fitta e resistente di actina, che serve alla cellula per muoversi,

cambiare forma e spingere la membrana in avanti.

Il complesso Arp2/3 da solo è inattivo: per funzionare ha bisogno di essere attivato da altre proteine, come WASP o

WAVE, che gli permettono di iniziare la costruzione del nuovo filamento.

Grazie al complesso Arp2/3, la cellula può creare una rete di actina che si rinnova continuamente, permettendole di migrare,

dividersi e interagire con l’ambiente.

FUNZIONE:

Dal punto di vista funzionale, i microfilamenti sono essenziali per la motilità cellulare (pseudopodi, lamellipodi e filopodi), per la citocinesi (divisione del

citoplasma al termine della mitosi), per la contrazione muscolare (dove interagiscono con la miosina) e per la stabilizzazione della membrana plasmatica. In

molte cellule formano strutture specializzate come i fasci paralleli dei microvilli o le cortecce cellulari che regolano la tensione meccanica. A seconda dei

casi si possono avere strutture specializzate come i microvilli, la cortex, fasci contrattili, lamellipodi e i filopodi

Utile poi nella terminale della divisione cellulare

FILOPODI E LAMELLIPODI I filopodi e i lamellipodi sono prolungamenti della membrana cellulare formati da microfilamenti di actina, e servono

principalmente per muovere la cellula o farle percepire l’ambiente circostante.

• Lamellipodi:

I lamellipodi sono ampie estensioni piatte della membrana, simili a un “velo” che si spinge in avanti.

All’interno contengono una rete fitta e ramificata di filamenti di actina, organizzata grazie al complesso Arp2/3,

che crea nuovi rami e permette alla cellula di spingere la membrana verso l’esterno.

Servono soprattutto