Biologia molecolare - Appunti

FILAMENTI ACTINICI

La componente proteica di questo tipo di filamenti è l'actina. L'actina è una proteina globulare che lega ATP, sono i filamenti citoscheletrici più sottili. Hanno una polarità strutturale, ovvero hanno un'estremità +, dove l'aggiunta di g-actina avviene velocemente e contribuisce quindi all'allungamento del filamento, ed una parte - che influisce poco sull'accrescimento. La polimerizzazione inizia lentamente con 3 molecole di actina che si legano tra loro. Nella cellula la concentrazione di actina libera è molto alta, quindi altre molecole di actina si legano a questo polimero neoformato ed il processo diventa man mano più veloce fino a che non si giunge ad un punto di equilibrio con l'actina libera nella cellula. Le proteine associate ai filamenti actinici sono numerose: ci sono proteine che inibiscono la polimerizzazione dei filamenti, altre che tagliano i filamenti e altre ancora che li

incappucciano per evitare che si accrescano; ci sono anche proteine che collegano i microfilamenti per formare un fascio, come avviene nei microvilli, ed altre proteine che conferiscono la contrattilità ai filamenti actinici rendendoli così capaci di far cambiare forma alla cellula e di dirigere i traffici interni ad essa.

LA MIOSINA è una proteina presente in tutte le cellule eucariotiche. È dotata di attività ATPasica, cioè è in grado di idrolizzare l'ATP (adenosintrifosfato). Esistono diverse isoforme di miosina all'interno delle cellule. Nel complesso le varie isoforme funzionano da "motori proteici" per l'actina; in pratica accoppiano l'idrolisi della molecola di ATP con cambiamenti conformazionali che contribuiscono a generare la forza meccanica per i vari tipi di motilità cellulare e sub-cellulare (contrazione cellulare, citocinesi, traffico di vescicole).

La struttura della miosina consiste in due

parti principali: la testa globulare, che lega la molecola di actina ed è dotata di attività ATPasica (cioè in grado di idrolizzare l'ATP) e da una coda, unita alla testa, che consiste in due catene proteiche con conformazione ad elica avvolte insieme.

Il complesso actina-miosina, nelle cellule muscolari scheletriche dei Vertebrati, forma una struttura caratteristica detta sarcomero, da cui dipende la contrazione delle fibre muscolari. La contrazione muscolare è influenzata essenzialmente dalla concentrazione intracellulare dello ione calcio, ma anche da altre proteine, come la tropomiosina, la troponina e la nebulina.

Filamenti intermedi sono chiamati così per il loro spessore intermedio tra quello dei microtubuli e quello dei filamenti actinici. Le molecole che li costituiscono sono filamentose e variano a seconda del tipo di cellula. Possiedono una grande resistenza alla trazione e consentono alla cellula di sopportare stress meccanici. A differenza

degli altri filamenti citoscheletrici, i filamenti intermedi non sono polarizzati e sono più stabili. La polimerizzazione dei filamenti intermedi avviene nel seguente modo: 2 molecole di gas si aggregano formando un dimero, che va ad unirsi ad un altro dimero formando un tetramero; infine i tetrameri si aggregano a loro volta fino a che non arrivano a formare un filamento di 32 molecole base molto simile ad una corda. Una categoria di filamenti intermedi presenti in tutte le cellule è quella delle lamìne, ovvero quel particolare tipo di filamenti che va a costituire la lamina nucleare. Nel processo di divisione cellulare la lamina nucleare deve scomparire, altrimenti il materiale genetico della cellula non potrebbe ripartirsi tra le due cellule figlie. È necessario quindi che le proteine che costituiscono i filamenti intermedi della lamina nucleare vengano fosforilate, in modo da renderle instabili e portarle alla polimerizzazione. I filamenti intermedi della lamina.

I microtubuli sono tubi proteici cavi del diametro di 25nm capaci di autodemolirsi rapidamente in una sede e ricostituirsi altrettanto velocemente in un'altra. Le loro pareti sono formate da 13 protofilamenti. Anche i microtubuli sono polari. Sono composti da eterodimeri formati da una molecola di tubulina-α e una di tubulina-β. La tubulina è una proteina capace di legarsi a GTP, ma solo la tubulina-β può idrolizzare GTP a GDP. Il processo di polimerizzazione dei microtubuli inizia molto lentamente: più eterodimeri di tubulina-αβ, tramite un processo detto di nucleazione, vanno a formare un piccolo microtubulo. Una volta che si è formato, il piccolo microtubulo si accresce da entrambe le parti (ma la velocità di accrescimento è maggiore all'estremità +) e il completamento è rapido. In vitro si osserva che,

A bassissime concentrazioni di tubulina libera, sia l'estremità + che quella - si accorciano. Man mano che la concentrazione di tubulina libera aumenta, la depolimerizzazione rallenta fino a che non si raggiunge un punto di equilibrio, detto punto critico. L'equilibrio che si raggiunge è di tipo dinamico. In vitro si può osservare il cosiddetto fenomeno a mulinello. Se le concentrazioni di tubulina libera sono abbastanza elevate, i microtubuli si formano spontaneamente. Nella cellula la concentrazione di tubulina libera non è sufficiente da poter permettere la formazione spontanea dei microtubuli, i quali per formarsi hanno quindi bisogno di un punto di innesco che, nelle cellule animali, è dato dalla tubulina-γ, una molecola a forma di anello presente sul centrosoma. Mantenendo bassa la concentrazione di tubulina libera, la cellula può controllare la formazione dei microtubuli, i quali presenteranno quindi un'instabilità dinamica.

+ del microtubulo. Questo permette il trasporto di sostanze e organelli all'interno della cellula. I microtubuli sono fondamentali per molte funzioni cellulari, come la divisione cellulare, il movimento dei cromosomi durante la mitosi e la formazione del fuso mitotico. Inoltre, sono anche importanti per il movimento delle ciglia e dei flagelli nelle cellule eucariotiche. In conclusione, i microtubuli sono strutture dinamiche che si depolimerizzano e ripolimerizzano continuamente, svolgendo un ruolo cruciale nel mantenimento della forma cellulare, nel trasporto intracellulare e in molti altri processi cellulari.

+ (le proteinemotrici saranno chinesine) o verso l'estremità - (le proteine motrici saranno dineine) del microtubulo. Ciglia e flagelli sono speciali proteine dette MAPs che possono stabilizzare in maniera permanente i microtubuli che vanno così a formare ciglia e flagelli. Le ciglia servono per il movimento della cellula. Generalmente sono numerose sulla superficie cellulare. Possono creare correnti nel liquido intorno alla cellula in modo da indirizzare il cibo verso il luogo in cui verrà digerito, come succede per esempio nelle spugne. La parte interna di un ciglio è detta assonema ed è costituito da una membrana che racchiude 9 coppie di microtubuli alla periferia più due microtubuli non accoppiati al centro. Questa struttura è detta 9+2 e si ritrova in quasi tutte le forme di ciglia e flagelli eucariotici, dai protozoi all'uomo. L'assonema si attacca al corpuscolo basale, anch'esso formato da microtubuli, con una

strutturaleggermente diversa da quella dell'assonema: ci sono 9 triplette ai lati e 2 microtubuli singoli al centro.

Nelle ciglia si trovano solo le dineine come proteine motrici.

Un'altra classe di proteine accessorie assembla i filamenti in strutture ordinate più grandi formando così legami crociati fra di essi in modi definiti geometricamente, altre proteine invece determina la forma e le proprietà adesive delle cellule attaccando i filamenti alla membrana plasmatica.

La matrice extracellulare (abbreviata con MEC) costituisce ciascuna parte di un tessuto che non sia il componente di una cellula. La matrice extracellulare è, in particolare, l'elemento distintivo del tessuto connettivo. A seconda della sua composizione la MEC può svolgere differenti funzioni come ad esempio quello di supporto delle cellule e del loro ancoraggio e di divisione tra i diversi tessuti. L'ancoraggio delle cellule avviene attraverso interazioni tra la MEC e

proteine di membrana, dette glicorecettori, appartenenti alla famiglia delle integrine. Attraverso questi 'ponti' molecolari le variazioni della MEC possono trasmettere stimolazioni meccaniche ed influire sull'organizzazione del citoscheletro; allo stesso modo il citoscheletro può indurre modificazioni nella MEC. Spesso la MEC ha un ruolo nel processo di regolazione riconoscimento intercellulare, permettendo il corretto funzionamento di recettori cellulari come le caderine e le molecole adesive dei neuroni (N-CAM). I glicosaminoglicani, o glicosamminglicani, (noti anche come GAGs o mucopolisaccaridi), sono lunghe catene non ramificate formate da unità disaccaridiche che continuano a ripetersi in ordine determinato alternando un amminosaccaride (contenente un gruppo amminico al posto di un semplice gruppo -OH) ad un monosaccaride in genere acido (contenente cioè uno o più gruppi carbossilici e/o solfati e quindicariche negative). Essendo idrofili, i GAGpossono legarsi molto facilmente con molecole d'acqua, creando molecole idratate. L'idratazione porta a una sorta di "rigonfiamento" della molecola GAG. I GAG che spesso sono legati a proteine formando proteoglicani sono sintetizzati nell'apparato del Golgi dove in seguito a modifiche post-trascrizionali le unità disaccariche vengono aggiunte ai core proteici. Fa eccezione però l'acido ialuronico, che non essendo parte di proteoglicani ma trovandosi libero, viene prodotto da enzimi presenti sulla superficie esterna della membrana plasmatica direttamente in sede extracellulare. I GAG svolgono prevalentemente funzioni di sostegno e protezione della maggior parte dei tessuti. Creano e mantengono costante la pressione di turgore extracellulare e contengono una grande quantità di acqua di riserva. Conferiscono alle cartilagini proprietà ammortizzanti potendo i GAG cambiare rapidamente il loro volume in seguito a forze di compressione perdendo le.molecole di acqua di idratazione. Svolgono funzioni lubrificanti all'interno della membrana sinoviale. Hanno funzione di trasporto di molecole idrosolubili che possono diffondersi rapidamente all'interno della struttura porosa del GAG. Sono dona