Biologia cellulare - microtubuli

Microtubuli e loro struttura

I microtubuli sono tubi cavi formati da tubulina che costituiscono lunghi polimeri rigidi. Governano la localizzazione degli organelli cellulari e si servono di "motori" molecolari per il trasporto di vescicole. Sono composti da tubulina alfa e tubulina beta, due polipeptidi globulari, che polimerizzano in 13 protofilamenti lineari.

Protofilamenti e polarità

I protofilamenti sono allineati in parallelo con la stessa polarità. Il microtubulo è polare con un'estremità positiva (in crescita veloce) e una negativa (a crescita lenta). I microtubuli sono strutture molto labili, sensibili a sostanze antimitotiche. Ad esempio, il fuso mitotico si forma all'inizio della mitosi e può essere bloccato da sostanze che impediscono lo scambio di subunità tra microtubuli e il pool di tubulina libera.

Sostanze che influenzano i microtubuli

La colchicina, un alcaloide, si lega a una singola molecola di tubulina, ma non alla tubulina polimerizzata. Impedendo lo scambio di subunità, il fuso si disaggrega e si ha blocco della mitosi. Vinblastina e vincristina sono chemioterapici, mentre il taxolo ha l'effetto opposto poiché si lega ai microtubuli e li stabilizza. Le cellule si arrestano in mitosi, indicando che i microtubuli devono anche depolimerizzare per rendere il fuso funzionale.

Concentrazione di tubulina-GTP

La concentrazione di tubulina legata al GTP è limitante. Quando la tubulina-GTP è disponibile, dopo una fase di latenza iniziale, viene aggiunta velocemente al microtubulo, creando un grosso cappuccio di tubulina-GTP. Se la sua concentrazione diminuisce, tuttavia, la velocità di aggiunta della tubulina diminuisce fino a un livello soglia di tubulina-GTP a cui la velocità di idrolisi del GTP a un estremo del microtubulo è superiore alla velocità di aggiunta di nuova tubulina-GTP, risultando nella contrazione del cappuccio di GTP. Quando il cappuccio scompare, i microtubuli diventano instabili e viene favorita la perdita delle subunità associate al GDP.

Nucleazione e instabilità dinamica

L'allungamento di un microtubulo è rapido, mentre la nucleazione è lenta. I siti primari di nucleazione dei microtubuli sono i centrosomi e i corpi basali. I centrosomi sono formati da una coppia di strutture cilindriche, i centrioli, ad angolo retto. I microtubuli polimerizzano e depolimerizzano continuamente, con un'emivita di circa 10 minuti. Si parla di "instabilità dinamica" per indicare la fluttuazione nella lunghezza di un singolo microtubulo (misure effettuate a intervalli di 1 – 2 minuti).

Proteine legate ai microtubuli

Le proteine legate ai microtubuli (MAP) si legano ai microtubuli e ne modificano le proprietà, contribuendo alla loro stabilità.