Citoscheletro, proteine motore e movimento cellulare

Citoscheletro

Il citoscheletro è una struttura molto importante, coinvolta in moltissime problematiche (pensiamo ai tumori, quando la forma della cellula è inalterata). Hanno cominciato a studiarlo negli anni '80 perché è possibile vederlo solo con il microscopio elettronico.

Struttura

Si estende dalla membrana nucleare alla membrana plasmatica. Il citoscheletro è composto da strutture proteiche: microfilamenti (i più piccoli), i microtubuli (i più grandi) e i filamenti intermedi (hanno una misura intermedia). Hanno dimensioni diverse (7 nanometri-actina, 8-10 nanometri-filamento intermedio e 25 nanometri-microtubuli). Queste strutture proteiche interagiscono con tante altre proteine, specialmente con proteine motore, cioè proteine che sono in grado di consumare ATP e di dare energia.

Proteine motore

Abbiamo tre famiglie di proteine motrici: le miosine, le dineine e le chinesine. La miosina è la proteina motore che interagisce con l'actina (la miosina 2 è la miosina che fa la contrazione muscolare, interagendo con l'actina). La miosina è una proteina che ha due teste (che possono interagire con l'ATP ricavando energia) e una coda. La dineina è, invece, la proteina motrice che interagisce con la tubulina. Gli spermatozoi possono essere fermi per un malfunzionamento della dineina; quando manca questa proteina, anche se lo spermatozoo strutturalmente è perfetto, non si muoverà perché per muoversi ha bisogno di ricavare energia dall'ATP: per fare ciò c'è bisogno di una proteina che sia in grado di rompere un legame ad alto contenuto energetico dell'ATP formando ADP e fosfato, ovvero la miosina.

Funzione

Dà supporto agli organuli, sostiene la membrana plasmatica, li tiene fermi nella loro posizione, controlla e modifica la forma della cellula, permette il movimento cellulare (ad esempio una metastasi si sposta anche per via del citoscheletro), esercita una trazione sui cromosomi durante la divisione cellulare. Un fuso mitotico che divide male i cromosomi durante la divisione può dar vita a quelle malattie genetiche dovute a dei cromosomi in più o in meno come la sindrome di Down che è dovuta alla trisomia del cromosoma 21.

Fuso mitotico

È fatto di microtubuli, un componente del citoscheletro. Nelle cellule tumorali la prima caratteristica che viene alterata è il fuso mitotico; la chemioterapia va ad agire proprio sui microtubuli che compongono il fuso mitotico. I filamenti di actina si formano perché i monomeri di actina cominciano a polimerizzare formando un filamento di actina; così anche i tubuli: dimeri di tubulina alfa e beta polimerizzano formando un filamento di tubulina.

Microtubuli

Sono i filamenti proteici più grandi che compongono il citoscheletro. Sono composti da una proteina globulare, un dimero globulare la tubulina alfa e beta, che forma delle strutture filamentose, unendosi. 13 protofilamenti formano un microtubulo che ha un diametro che varia dai 20 ai 25 nanometri. I microtubuli sono strutture polarizzate: hanno anch’essi come i microfilamenti un’estremità + (solitamente quella di polimerizzazione dove si lega il GTP, una molecola energetica) e un’estremità - (solitamente è quella di degradazione). Sono strutture dinamiche perché regolano la forma della cellula; a questo scopo il citoscheletro può cambiare la sua organizzazione. I microtubuli nascono da una zona vicino al nucleo e poi vanno verso la periferia.

Localizzazione e ruolo

Si trovano specialmente nei fibroblasti, nelle cellule epiteliali, nei neuroni, nel fuso mitotico e possono avere più o meno importanza. Ad esempio, nello spermatozoo o nell’assone della cellula nervosa hanno un ruolo diverso rispetto ai fibroblasti: mentre nei fibroblasti fanno un lavoro di routine, in alcune cellule specializzate hanno un ruolo più importante, come sostenere delle strutture come l’assone nel neurone. Nascono vicino al nucleo (dove c’è un centro chiamato centro organizzatore dei microtubuli o centrosoma che è fatto da due centrioli, ovvero delle strutture microtubulari messe perpendicolari, e da una tubulina chiamata gamma da cui partono i microtubuli, la cui estremità + solitamente è quella che guarda verso il citoplasma cioè è quella di crescita) e poi si irradiano verso la periferia.

Centrosoma e centrioli

Il centrosoma è la struttura da cui nascono i microtubuli. I centrioli sono fatti di microtubuli e hanno una struttura particolare, in quanto sono fatti da nove triplette di microtubuli periferici. Anche i microtubuli, come i microfilamenti, hanno delle proteine associate: ad esempio le MAP, proteine che stabilizzano i microtubuli.

Proteine motrici

Come i microfilamenti, anche i microtubuli possono essere associati a delle proteine motrici: le dineine. Queste proteine si sposteranno sopra i microtubuli utilizzandoli come rotaie. Pur essendo strutture dinamiche, i microtubuli possono dar luogo a strutture dinamiche come ciglia e flagelli, strutture deputate al movimento. Le ciglia e i flagelli, pur avendo funzioni diverse, sono fatti nella stessa maniera: hanno una struttura portante chiamata assodema (negli spermatozoi alterazioni dell’assodema possono causare infertilità maschile).

Funzione dei microtubuli

Dirigono il trasporto intracellulare, fanno il fuso mitotico (dunque nella separazione dei cromosomi durante la mitosi o la meiosi hanno un ruolo molto importante).

Microfilamenti

Sono i filamenti più sottili che compongono il citoscheletro. Sono fatti principalmente dalla proteina actina che è globulare ma che forma delle strutture filamentose. I microfilamenti sono strutture polarizzate. Sono strutture dinamiche perché regolano la forma della cellula; a questo scopo il citoscheletro può cambiare la sua organizzazione.