Biologia applicata

MICROFILAMENTI (ACTINA)

(dal diametro più grande al diametro più piccolo)

MICROTUBULI: sono filamenti formati da tubulina a e tubulina B (due polipeptidi

globulari)

i microtubuli sono formati da 13 protofilamenti avvolti a spirale di passo sinistrorso che

decorrono paralleli tra loro attorno all'asse del microtubolo. Il protofilamento è detto

ETERODIMERO: etero perchè a e B sono diverse; dimero perchè a e B sono due; infatti il

protofilamento è costituito da due subunità di sequenza amminoacidica simile dette tubulina

a e tubulina B. I dimeri di tubulina polimerizzano a formare lunghe catene e cioè i

protfilamenti. 13 PROTOFILAMENTI = 1 MICROTUBULO.

GTP=guanosina trifosfato. GDP=GTP che perde un fosfato → liberando energia.

Solo la tubulina B idrolizza e questo è fondamentale per controllare l'assemblaggio di

dimeri a-B durante l'allungamento.

Il microtubulo ha una polarità strutturale infatti un'estremità si allunga/disgrega più

velocemente dell'altra. Funzioni dei microtubuli:

-resiste alle forze di compressione → contribuisce a tenere salda la forma strutturale

-formano ciglia e flagelli

-sono respondabili del movimento intracellulare → sono infatti binari in cui si muovono

dineina e chinesina dentro la cellula.

POLIMERIZZAZIONE DEI MICROTUBULI: processo mediante il quale si ottiene un

polimero. 3 fasi:

FASE 1: LA NUCLEAZIONE

l'assemblaggio inizia nel centro di organizzazione dei microtubuli che nelle cellule animali è

detto CENTROSOMA. Il centrosoma è formato da due centrioli circondati da una matrice

proteica. Nelle cellule animali, i centrioli, hanno un ruolo fondamentale durante la divisione

cellulare.

FASE 2: ALLUNGAMENTO (continuo movimento)

questa fase è caratterizzata dall'instabilità dinamica: i microtubuli si allungano e si

distruggono continuamente. Essendo i dimeri di tubulina disposti secondo uno schema testa-

coda/testa-coda, ad un'estremità sporgerà un monomero di tubulina B, determinando una

polarità del microtubulo (per convenzione positiva e negativa). Una volta che gli

eterodimeri si organizzano a formare il microtubulo, la molecola di GTP viene idrolizzata a

GDP perdendo un gruppo fosfato e liberando energia che provoca un cambiamento

strutturale dell'eterodimero che rende più instabili i legami che tengono insieme il

microtubulo. Si avrà che l'estremità positiva, dove il microtubulo si sta allungando con

l'aggiunta di nuove tubuline, risulta stabile perchè la molecola GTP non è ancora stata

idrolizzata, mentre verso l'estremità negativa vi saranno maggiori dimeri che legano GDP

già idrolizzata e il microtubulo trovandosi in condizioni di instabilità può andare incontro a

rapide depolimerizzazioni. Questo fenomeno di allungamento e accorciamento delle due

estremità è noto come 'treadmilling'

FASE 3: EQUILIBRIO DINAMICO

quando arrivi all'equilibrio dinamico, detto anche fase di Plateau, il microtubulo non può più

crescere (aggrarsi di tubulina) ma può solo diminuire (disgregarsi) e questo perchè la

quantità di tubulina libera è inferiore ad un numero fissato detto CONCENTRAZIONE

CRITICA. Quindi da una parte inizia a disgregarsi per portare tubulina libera in altri punti e

far crescere il microtubulo in altri punti.

Se: TUBULINA LIBERA > CONCENTRAZIONE CRITICA → POLIMERIZZAZIONE

TUBULINA LIBERA < CONCENTRAZIONE CRITICA → DEPOLIMERIZZAZIONE

PROTEINE ASSOCIATE AI MICROTUBULI: MAP STRUTTURALI E MAP MOTRICI

All'interno della cellula, le MAP si legano direttamente agli eterodimeri di tubulina dei

microtubuli. Questo legame può avvenire con la tubulina polimerizzata o alla tubulina

depolimerizzata, e in molti casi porta alla stabilizzazione della struttura dei microtubuli,

inoltre favorisce a polimerizzazione.

MAP STRUTTURALI: regolano la stabilità, associano i vari microtubuli.

es. TAU, presente nelle cellule del sistema nervoso. Se il TAU è difetoso → alzheimer.

Non hanno più la funzione di stabilizzare l'assone nelle cellule nervose quindi la cellula non

riesce a mandare e ricevere messaggi.

MAP MOTRICI: sono proteine che trasportano differenti tipi di carico lungo il microtubulo

oppure consentono lo scivolamento reciproco di microtuboli adiacenti. es. CHINESINE e

DINEINE. Formate entrmbe dal carico che trasportano (che può essere ad es. una

vescicola), una coda ed una testa globulare a contatto col microtubulo. Le teste globulari

'camminano' lungo il microtubulo alimentate da idrolisi di ATP.

Funzioni dei microtubuli:

-hanno un ruolo importante nel posizionamento degli organuli nel citoplasma, infatti grazie

alle MAP motrici che contengono spostano le vescicole che si staccano dall'apparato di

Golgi.

-importante funzione anche nella formazione del fuso mitotico e nello spostamento dei

cromosomi durante la divisione cellulare.

CIGLIA E FLAGELLI i microtubuli sono presenti anche in ciglia e flagelli in cui sono bene

organizzati. Ciglia e flagelli sono composti da MAP strutturali e si muovono grazie alle

MAP motrici. Tra le MAP strutturali vi sono filamenti a/B cigliati.

COSTITUZIONE DI CIGLIA E FLAGELLI → disposizione 9+2 (nove coppie di

microtubuli disposti attorni ad una coppia di microtubili porti al centro).

Sezione trasversale del corpo basale → disposizione 9+3. (nove triplette di microtuboli

attorno a un microtubolo centrale).

Le DINEINE servono per sostenere e muovere il flagello.

No dineine → no cellule ben organizzate → infertilità maschile.

FILAMENTO INTERMEDIO: abbiamo diverse proteine filamentari superavvolte in fasci;

le più citate sono le cheratine, le lamine o le proteine associate ai neuroni. Funzioni:

-le proteine filamentari determinano la forma cellualare, fanno da ancoraggio al nucleo e

formano la lamina nucleare. NO POLARITÀ, NO ESTREMITÀ CHE CRESCE E UNA

CHE DESCRESCE. I filamenti proteici formano la fitta rete proteica.

PRINCIPALI FAMIGLIE DI PROTEINE DEI FILAMENTI INTERMEDI

FILAMENTI INTERMEDI NUCLEARI

CITOPLASMATICI neurofilamenti lamine nucleari

filamenti di

cheratina cellule nervose in tutte le cellule animali

tessuto epiteliale filamenti di i filamenti intermedi nucleari si

vimentina e altre disgregano e si ricostituiscono a ogni

proteine correlate divisione mitotica

nel tessuto connettivo e

nelle cellule dei muscoli

e della glia

i filamenti intermedi citoplasmatici sono

stabilissimi in molte cellule

[esistono 20 famiglie di cheratine divise in 6 classi. Possiamo trovarle nei capelli, nella

pelle, nelle unghie, nelle piume, nei rivestimenti interni ecc..]

ci sono molte proteine, dette PROTEINE ACCESSORIE, che si legano ai monomeri e

modulano la dinamica dei microfilamenti, associate ai filamenti intermedi che formano i

LEGAMI CROCIATI con i filamenti del citoscheletro o della membrana plasmatica. Se le

proteine che devoni tenere saldi questi legami crociati sono mutate provocano danni

all'organismo.

MICROFILAMENTI O FILAMENTI DI ACTINA non ci sono più a o B ma sono formati

da tanti monomeri di actina. È la proteina globulare più conservata infatti dall'ameba agli

organismi pluricellulari abbiamo omologia di sequenza di circa 80% (actina=movimento).

Funzioni:

-divisione cellulare

-partecipa alla contrazione muscolare

-forma cellulare

-motilità cellulare

POLIMERIZZAZIONE ACTINA:

Il meccanismo di polimerizzazione dei filamenti di actina può essere suddiviso in tre fasi:

una prima fase di formazione del centro di nucleazione, in cui i primi monomeri di actina si

attivano e si assemblano a dare il microfilamento; una seconda fase di crescita esponenziale

in cui la velocità di allungamento del filamento è rapida; e infine una terza fase di "steady

state",cioè fase stazionaria in cui la velocità di associazione di nuovi monomeri al polo

positivo uguaglia quella di disassemblamento al polo negativo. in questa fase è possibile

descrivere il meccanismo di "treadmilling", in cui i monomeri di actina vengono aggiunti al

polo positivo di crescita, e, seguendo un flusso di movimento unidirezionale, percorrono

tutta l'estensione del filamento, arrivando al polo negativo dove si dissoceranno, ritornando

nel pool citosolico.

Se: G-ACTINA LIBERA > CONCENTRAZIONE CRITICA → POLIMERIZZAZIONE

G-ACTINA LIBERA < CONCENTRAZIONE CRITICA → DEPOLIMERIZZAZIONE

All'interno del monomero di actina vi è una tasca di ATP che dopo la polimerizzazione

dell'actina si trasforma in ADP+P.

Se marcassimo le cellule, ci accorgeremmo che via via scorrono verso l'astremità – perchè

l'estremità + cresce velocissima. La lunghezza del filamento non cambia ma le cellule

marcate scorrono verso sinistra perchè a destra la catena cresce e a sinistra si distrugge.

Anche qui vi sono delle proteine accessorie ad es. le PROTEINE DI COLLEGAMENTO

che organizzano i microfilamenti in fasci, quando i microfilamenti sono paralleli tra loro (es.

microvilli intestinali) o reti, quando i microfilamenti sono ortogonali (es. reti corticali).

ACTINA-MOVIMENTO. Tendiamo spesso a correlarli ed il movimento può avvenire in 2

modi:

1) polimerizzazione/ depolimerizzazione

2)mediante motori proteici che grazie alle proteine motrici spostano qualcosa sulla cellula o

spostano la cellula stessa (come avviene nel sarcomero, che è l'unità base del muscolo). Il

motore proteico dell'actina è la MIOSINA. Ci sono diverse miosine in base alla loro

funzione. Una piccola differenza provoca il cambio di forma e di conseguenza di funzione.

MIOSINA I → membrane di associazione

MIOSINA II → interagisce per la contrazione del sarcomero

MIOSINA V → trasporta organelli

MECCANISMO DI AZIONE DELLA MIOSINA

CITOCINESI o CITODIERESI: anello contrattile di actina, miosina II e altre proteine

durante la divisione cellulare.

Actina e miosina II si contraggono in modo da stringere la cellula fino ad arrivare alla sua

divisione in due cellule figlie. Anche per questo movimento c'è il trasporto di vescicole che

può essere per esocitosi o endocitosi.

→ tutti questi meccanismi actina / miosina /transporti ecc. sono presenti nella contrazione

muscolare. Il sarcomero è l'unità base ed è formato solo da actina e miosina.

SARCOMERO → MIOFIBRILLA → FIBRA MUSCOLARE → FASCIO DI FIBRE →

MUSCOLO.

Nel sarcomero il filamento spesso di miosina II e circondato da 6 filamenti sottili di actina.

Il filamento spesso è formato da tante miosine disposto in questo modo con le teste tutte

sfasate:

all'interno del sarcomero oltre ai filamenti di actina