Biologia - trasporto intracellulare e movimenti cellulari

Questo vuol dire che questo passaggio è cineticamente sfavorito. Nel momento in cui poi il dimero o il

trimero è stato assemblato, abbiamo la fase di crescita. A un certo punto si raggiunge un equilibrio, proprio

perché il microtubulo dal lato positivo si allunga, ma dal lato negativo si accorcia. La concentrazione della

tubulina libera, in questa fase di equilibrio, viene detta concentrazione critica. Per cui alla fase di equilibrio,

non tutta la tubulina è assemblata. Abbiamo comunque della tubulina libera. Se la concentrazione della

tubulina libera è maggiore della concentrazione critica avremo quindi l’accrescimento del microtubulo, al

contrario, se la concentrazione della tubulina è minore della concentrazione critica, tenderemo ad avere

un’accorciamento del microtubulo. Se prendiamo una cellula come un fibroblasto, l’emivita di un microtubulo

è circa di dieci minuti. L’emivita invece della tubulina è di venti ore. Questo vuol dire che la tubulina verrà più

volte reinserita all’interno di microtubuli diversi. Il fenomeno che si osserva quindi, in questo continuo

rimodellamento del microtubulo, viene definito treadmilling , ed è lo stesso che si osserva per l’actina. Per cui

abbiamo perdita, all’estremità negativa, di molecole che sono legate a GDP e invece aggiunta, all’estremità

positiva, di molecole di tubulina che sono legate a GTP. La presenza di una regione in cui le molecole di

tubulina hanno ancora legato il GTP stabilizza il microtubulo.

Oltre a questo fenomeno la cellula è in grado di regolare l’accrescimento e l’assemblaggio di singoli

microtubuli, ed è quello che viene definito instabilità dinamica dei microtubuli. La cellula modifica l’instabilità

dinamica di ogni microtubulo a seconda del momento vitale in cui di trova. Una cellula che sia in una fase di

mitosi ha bisogno di modificare molto velocemente il suo citoscheletro, soprattutto i microtubuli, perché i

microtubuli servono per guidare la divisione dei cromosomi durante la divisione cellulare, per cui in questa

fase (nella fase M) avremo un’instabilità dinamica dei microtubuli molto alta. Al contrario una cellula che si è

differenziata, che non deve quindi più modificare la sua forma, avrà bisogno di avere dei microtubuli più

stabili, per cui questo è quello che si chiedeva prima: la cellula è in grado di modificare la stabilità dei suoi

microtubuli. Per cui, se guardiamo un singolo microtubulo e guardiamo la sua lunghezza, quello che

osserviamo è che il microtubulo aumenta di lunghezza, all’improvviso viene riaccorciato, poi aumenta di

nuovo e così via. Se guardiamo al microscopio a fluorescenza si vede molto bene. [figura 5, pag 5] Vedete

questo microtubulo A? Dopo venti secondo vedete che è molto più lungo? Passati tre minuti si è

completamente accorciato, ad esempio. Il microtubulo B invece ha continuato a crescere, il C pure.

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Biologia cellulare e molecolare, Lezione 13

Figura 5.

Nel momento in cui andate a vedere i microtubuli con una immunofluorescenza, su una cellula vedete

un’immagine come [figura]: delle strutture a raggiera, che si dipartono dalla zona perinucleare, perché in

questa zona avremo la zona del nucleo cellulare. La regione da cui si dipartono i microtubuli viene detta

centrosoma oppure Microtubule Organizing Center (MTOC). E questo è quello che trovate all’interno del

centrosoma [figura 6,].

Figura 6.

Il centrosoma contiene due strutture, messe perpendicolarmente, chiamate centrioli. Ognuna di queste

strutture è costituita da delle triplette di microtubuli. Di queste triplette solo il primo microtubulo è completo,

mentre gli altri sono appoggiati sul microtubulo che gli sta davanti. Abbiamo poi delle altre proteine, che

costituiscono quello che viene detto materiale pericentriolare amorfo, dove terminano i microtubuli. Fra

γ,

queste proteine è estremamente importante la tubulina che serve per stabilizzare i microtubuli all’estremità

negativa e serve per iniziare la polimerizzazione dei microtubuli. I microtubuli sono organizzati tutti con

l’estremità negativa verso il centrosoma e l’estremità positiva verso la periferia della cellula. Queste strutture

verranno duplicate nel momento in cui la cellula va in mitosi, perché nel momento in cui la cellula va in

mitosi, ogni cellula figlia avrà bisogno del suo Microtubule Organizing Center, per cui si avrà anche la

γ-tubulina,

duplicazione dei centrioli, prima della divisione cellulare. La che è la proteina più abbondante nel

materiale pericentriolare, serve per la nucleazione dei mictorubuli, serve per la polimerizzazione iniziale dei

γ-tubulina

microtubuli. Le ipotesi sono due: o la va a formare il primo giro dell’elica del microtubulo poi su di

α

questo si assemblano tutti i dimeri di tutte le beta e tubulina, oppure forma un protofilamento e poi attorno

α β γ-

a questo si assemblano i dimeri di e tubulina. La presenza della

tubulina stabilizza quindi il microtubulo nel polo negativo.

[vedere anche: video: 16_3]

Questo è quello che succede durante la divisione cellulare. All’inizio il

nucleo [figure 8] è ancora unico, non si ha ancora la condensazione dei

cromosomi, però ci sono già due regioni da cui si dipartono i microtubuli,

per cui i centrioli si sono già duplicati.Quindi la duplicazione dei centrioli

avviene prima della divisione cellulare. Queste strutture poi si spostano

una da una parte e una dall’altra e spostandosi, creano una struttura che

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Biologia cellulare e molecolare, Lezione 3

serve a trascinare i cromosomi nelle due cellule figlie.

In questa fase della divisione cellulare, che viene

detta metafase, i cromosomi sono allineati e i

microtubuli prendono contatto con i cromosomi, poi i

microtubuli si accorceranno e i cromosomi andranno

da una parte e dall’altra. La struttura che si forma

durante la divisione cellulare viene detta fuso mitotico.

E’ costituito da diversi tipi di microtubuli. Abbiamo i

microtubuli dell’aster, che partono dal centrosoma e vanno verso la periferia della cellula, per cui servono

sostanzialmente ad ancorare il centrosoma all’estremità della cellula, perché quella che poi si ha è

effettivamente un trazione. Si hanno poi altri microtubuli, che sono detti microtubuli polari, che uniscono i due

centrosomi e sono responsabili del movimento che si osserverà. Perché poi grazie allo scivolamento di

queste strutture l’una sull’altra, si avrà lo spostamento dei centrosomi uno da una parte e uno dall’altra.

Abbiamo poi degli altri microtubuli che andranno ad interagire direttamente con i cromosomi e quindi

permetteranno lo spostamento dei cromosomi. Dato il ruolo essenziale dei microtubuli durante la divisione

cellulare, il fuso mitotico viene utilizzato come target per molti farmaci,

soprattutto chemioterapici. Domanda: Quali fibre di tubulina

attaccano i cromosomi?

I microtubuli rossi sono quelli dell’aster, che servono per associarsi

alla superficie della cellula, i microtubuli blu sono quelli polari, che

servono per lo “scivolamento” dei due centrosomi, i microtubuli in

verde vengono detti microtubuli del cinetocore, e sono quelli che si

associano ai cromosomi. Si associano direttamente ai cromosomi,

in una regione che viene detta cinetocore, dopodiché si

depolarizzeranno molto in fretta e la loro depolimerizzazione fa sì

che i cromosomi vengano divisi e vadano da una parte e dall’altra.

Prof. Sitia: Non so se è chiaro il problema: qui da una cellula

devono derivarne due. E’ chiaro che sono estremamente equi nel

far sì che ciascuna delle cellule figlie abbia un ugual numero di

cromosomi, un ugual numero di tubulina. Deve decidere [parole

poco comprensibili: ricostruzione] un punto a metà e poi separare le

cose. [altre

considerazioni:

paragone con le vie romane...]

Domanda: I cromosomi devono essere “tirati” da questi

microtubuli del cinetocore o questi si disassemblano?

La cosa è organizzata in questo modo: lo spostamento di

quelle che saranno le due cellule figlie avviane grazie allo

scivolamento dei microtubuli polari l’uno sull’altro, grazie a

proteine motori, e spostano quelle che saranno le due

cellule figlie e i due nuclei delle cellule figlie. E’ come

l’opposto di una contrazione muscolare. I cromosomi invece

si spostano perché queste strutture man mano si

accorciano: hanno una depolimerizzazione. I cromosomi

sono attaccati [figura 9, qui sopra a sinistra]. I colori sono

invertiti rispetto a prima: in questo caso quelli del cinetocore

sono blu. Qui vedete i cromosomi, i microtubuli e si vede bene come vanno a contatto con i cromosomi nella

regione dove ci sono appunto questi cinetocori, queste proteine che servono al contatto fra i cromosomi e i

microtubuli.

Cosa succede? Il cromosoma resta ancorato al microtubulo. Sul microtubulo c’è una proteina motrice, che si

sposta verso l’estremità negativa del microtubulo, quindi verso quella che sarà il centro della nuova cellula.

Ci sono poi delle proteine apposite (kin1) che servono a stimolare il disassemblaggio del microtubulo, questa

volta dall’estremità positiva, anziché dall’estremità negativa. Per cui la stuttura man mano si disassembla,

ma il cromosoma praticamente cammina sul microtubulo andando verso l’estremità negativa. E questo fa sì

che venga portato a quello che è il nucleo della uova cellula. Se il microtubulo non si disasseblasse questa

[?] ad un certo punto non potrebbe più andare, perché avrebbe un ostacolo al movimento. Allora c’è una

proteina che fa sì che il microtubulo si disassembli, questa volta dall’estremità positiva e nel frattempo il

cromosoma si muove lungo il microtubulo che si accorcia. E’ come io camminassi e l’ostacolo che ho fra me

e la finestra si accorciasse.

Domanda: I vari tipi di microtubuli, chimicamente, come sono differenziati fra loro?

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Biologia cellulare e molecolare, Lezione 13 α β

Cambiano le proteine associate. I microtubuli sono fatti di e tubulina,

punto. A seconda delle proteine che sono associate, i microtubuli svolgono

funzioni diverse. Vedremo ad esempio all’interno di una cellula nervosa, a

seconda delle proteine che sono associate ai microtubuli, l’insieme di questi

assume una struttura diversa all’interno della cellula stessa, quindi una

funzione differente. [Il prof. Sitia sottolinea la specificità della scelta dei

cromosomi].

I microtubuli hanno una funzione essenziale durante la divisione cellulare,

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