Biologia cellulare della cellula

I MICROTUBULI

I microtubuli sono una struttura cilindrica cava costituita da 13 protofilamenti paralleli. I microtubuli sono polimeri della proteina TUBULINA, un eterodimero a sua volta formato da due subunità chiamate α-tubulina e β-tubulina di 445/450 amminoacidi ciascuna. Entrambe presentano siti di legame per il GTP ma soltanto β-tubulina ha attività idrolitiche. Le strutture formate dall'eterodimero αβ-tubulina vengono definite protofilamenti. Ciascun protofilamento si forma a partire da più eterodimeri impilati testa-coda. La formazione di un microtubulo induce l'eterodimero a formare legami longitudinalmente e trasversalmente. La presenza di questi contatti multipli rende il microtubulo estremamente rigido e conferisce stabilità chimica al corpo centrale della struttura dato che la rimozione di un singolo microtubulo renderebbe necessaria la rottura di 4 legami che, seppur non covalenti,

Sono abbastanza forti. Così come per i filamenti di actina, anche i microtubuli sono strutture polarizzate che presentano α-tubulina all'estremità meno che polimerizza lentamente con terminale e un'estremità più che polimerizza velocemente con una β-tubulina terminale. Allo stesso modo, anche l'idrolisi del GTP avviene solo nella subunità β. Questa idrolisi procede lentamente ma è velocizzata dal legame dell'eterodimero con un protofilamento. Troviamo così due isoforme di tubulina, "forma T", legata a GTP e "forma D", legata a GDP. Perciò, in condizioni fisiologiche, l'estremità più polimerizza e l'estremità meno depolimerizza. Se la velocità di aggiunta di un eterodimero supera la velocità di idrolisi del GTP sulla subunità β, allora il microtubulo presenterà un cappuccio di GTP. Se invece la velocità di...

idrolisi è maggiore di quella dipolimerizzazione allora l'estremità più del filamento sarà in forma D. In condizioni standard la concentrazione di subunità di tubulina libere è intermedia fra la concentrazione [Cc(T)

protofilamento a curvarsi il che può conseguire in due distinti eventi a seconda delle condizioni presenti: in presenza di un cappuccio di GTP di nuova formazione la curvatura viene ridotta e le estremità appaiono dritte; invece, in assenza di un cappuccio di GTP che agisca da tirante, i singoli protofilamenti tendono ad incurvarsi sempre di più fino a rompere le interazioni con altri protofilamenti il che porta il microtubulo alla depolimerizzazione.

Così come per l'actina anche la nucleazione dei protofilamenti è un processo che richiede concentrazioni altissime di subunità libere per poter avvenire spontaneamente. Si rende perciò necessaria la presenza di γ-tubulina. Questa è presente a concentrazioni più elevate nel CENTRO ORGANIZZATORE DEI MICROTUBULI (MTOC). Qui la si organizza in strutture a spirale dette COMPLESSO AD ANELLO γ-TUBULINA (γ-TuRC) che si compone di sette copie di un

microtubuli nucleano dal centrosoma e si dispongono astralmente attraverso tutto il citoplasma con le estremità più che polimerizzano e depolimerizzano continuamente. Anche in assenza di un centrosoma i microtubuli tendono ad assumere una struttura astella con le estremità meno raggruppate e legate ad una proteina che è nucleata a livello di un MTOC privodi citoscheletro, che è immerso nell'involucro nucleare come una piccola struttura multistrato chiamata corpo del fuso mitotico. La capacità del centrosoma di irradiare microtubuli in tutte le direzioni gli permette di posizionarsi al centro della cellula, garantendo così il corretto posizionamento dei vari organelli.

DIFFERENZA TRA MIOSINA E CHINESINA

Le nostre cellule utilizzano tre tipi di motori molecolari, tutti azionati da ATP, per trasportare i più svariati oggetti. La miosina è un motore molecolare che si muove lungo filamenti di actina, produce la contrazione muscolare,

E trasporta anche molecole all'interno della cellula. La chinesina e la dineina, invece, si muovono lungo i microtubuli, e trasportano il loro carico in direzioni opposte. Questi motori molecolari assicurano che ogni cosa sia sempre nel posto giusto al momento giusto.

LE PROTEINE CHE LEGANO I MICROTUBULI:

Così come per l'actina anche la dinamicità strutturale dei microtubuli è controllata da una grande serie di proteine chiamate proteine associate ai microtubuli o MAP. Ognuna di queste MAP ha almeno un dominio di legame con i microtubuli e un dominio sporgente la cui lunghezza influisce direttamente sui microtubuli.

Le MAP sono bersaglio di fosforilazioni e defosforilazioni che ne alterano struttura e funzionalità. Troviamo proteine che si legano all'estremità del microtubulo e sono i principali responsabili dell'alterazione delle frequenze di catastrofe (nel caso in cui inducono la depolimerizzazione) e di salvataggio (nel caso contrario).

Alla prima classe appartiene un FATTORE DI CATASTROFE chiamato CHINESINA-13 la quale si lega all'estremità dei microtubuli e accentua la curvatura naturale dei protofilamenti con subunità in forma D. Una proteina che invece stabilizza l'estremità del microtubulo è XMAP215 che lega eterodimeri di tubulina e li conduce all'estremità più. La fosforilazione di XMAP215 durante la mitosi ne inibisce l'attività e sposta l'equilibrio della sua competizione con i fattori di catastrofe. Queste proteine associate ai microtubuli sono anche chiamate +TIP (PROTEINE CHE SEGUONO L'ESTREMITÀ PIÙ) e si muovono in prossimità dell'estremità più quando questa è in crescita e vi si dissociano quando questa polimerizza. Una famiglia particolare di +TIP è quella di EB1, proteine che si legano all'estremità più e che permettono il reclutamento di altre.

proteine accessorie quando il microtubulo è in crescita. Le subunità libere di tubulina vengono sequestrate dalla cellula mediante una proteina chiamata STAMINA (o anche OP18) che lega due eterodimeri di tubulina e ne impedisce l'inserimento all'estremità dei microtubuli. Il sequestro di subunità libere riduce la concentrazione e la porta vicino ai valori della concentrazione critica, favorendo l'instabilità dinamica del microtubulo. Un altro meccanismo per destabilizzare i microtubuli consiste nel taglio dello stesso mediante proteine chiamate KATANINE che dispongono di un sito per l'idrolisi dell'ATP, responsabile del taglio, e di un sito che le permette di spostarsi verso il centrosoma. Si ritiene che svolga un ruolo principale nel taglio dei microtubuli (e nella loro successiva e rapida depolimerizzazione) durante la mitosi. Anche i microtubuli dispongono di proteine motrici. Ci sono due classi principali: le CHINESINE e