Lezioni, Citologia

IL CITOSCHELETRO

Il sistema membranoso interno organizza il citoplasma in spazi circoscritti con precise

caratteristiche biochimiche. L'impalcatura fibrillare interna è costituita da micro filamenti, micro

tubuli, filamenti intermedi, implicati in funzione di sostegno dell'architettura cellulare, ma sono

anche responsabili della motilità cellulare. Micro filamenti e micro tubuli sono inoltre sedi del

continuo ricambio delle loro subunità costituenti, e sono definite come strutture altamente

dinamiche.

Componente actinica delle citoscheletro

i micro filamenti rappresentano una forma polimerica (F-actina) dell'actina globulare (G-actina)

actina monomerica

l'actina è una proteina globulare con peso molecolare di 42,3kDa. È presente in tutte le cellule

eucariotiche dove si rivela come la componente proteica maggiormente rappresentata. Le

differenze strutturali tra le diverse isoforme (molecole strutturalmente differenti con il medesimo

ruolo biologico) di actina sono minime e riconducibili alla sostituzione di qualche residuo

aminoacidico nella struttura primaria. Indicano come alfa le isoforme muscolari e con beta quelle

cosiddette citoplasmatiche.

SITI DI INTEGRAZIONE

La G-actina presenta vari tipi di integrazione per composti differenti:

1) sito per l'ATP: ogni monomero è legato a una molecola di ATP. Per questo la zia G-actina è

indicata come ATP actina. L'ATP viene idrolizzata a ADP che rimane legata alle subunità proteiche

costituenti polimero. Al contrario F-actina è chiamata a ADP actina. L'energia della ATP non

sembra venir utilizzata nell'assemblaggio.

2) sito ad affinità per ioni metallici di bivalenti: ad esempio magnesio; la molecola subisce un

cambiamento di configurazione adatta alla polimerizzazione

3) siti per gli ioni metallici monovalenti: ad esempio potassio; caratterizzati da una bassa affinità

4) quattro siti a bassa affinità per il calcio

actina polimerica: i micro filamenti

a bassa forza ionica, a pH basico, e a basse concentrazioni di calcio e ATP, la proteina si mantiene

in forma monomerica; mentre con un aumento delle concentrazioni di ioni metallici la G-actina

polimerica in lunghi filamenti (F-actina) costituiti da due file di monomeri globulari avvolti a doppia

elica.

POLARITÀ DEI MICRO FILAMENTI

il termine polarità indica una differenza morfologica e/ o funzionale presente ai poli opposti di una

macromolecola. L'actina monomerica ad esempio dopo alla polimerizzazione presenta una polarità

marcata. Le due estremità di questo filamento (end) mostrano una configurazione spaziale è un

comportamento chimico differente. L'estremità verso la quale si rivolge la punta di freccia è definita

pointed end, mentre il lato opposto è indicato come barbed end. L'assemblaggio dell'unità è più

rapido alla barbed end, mentre alla end risulta favorito il disassemblaggio.

FASI DELL’ASSEMBLAGGIO

La polimerizzazione dell'actina è un fenomeno tetrafasico, suddivisibile in:

1) attivazione del monomero: che comporta un cambiamento conformazionale subito dalla

molecola proteica in seguito all'attivazione del sito ad alta attività da parte dello ione metallico

bivalente

2) nucleazione: alcuni monomeri di actina, superata la barriera termodinamica sfavorevole, si

aggregano a formare i nuclei di polimerizzazione, che in seguito si allungano per apposizione di

nuove subunità. Questo processo, essendo termo dinamicamente sfavorito, è la parte limitante

dell'intero processo.

3) allungamento: aggiunta di nuovi monomeri a entrambe le estremità dei nuclei di

polimerizzazione. È la fase più veloce di tutto il processo, e durante questa fase la quantità di

polimero cresce esponenzialmente.

4) annealing: in questa fase i filamenti corti si legano insieme a formare polimeri di lunghezza

maggiore.

DECORSO DELLA POLIMERIZZAZIONE

un primo tratto di questo processo è parallelo alle ascisse, in cui la formazione di polimero e nulla.

Questa è definita la fase di ritardo, e comprende le fasi di attivazione nucleazione ovvero quelle

fasi in cui si deve superare una barriera energetica; superate queste fasi la curva si impenna e vi è

una formazione cospicua di filamenti (allungamento); successivamente la curva tende a tornare

orizzontale (annealing) e non vi sono variazioni nella quantità di polimero. Al termine della

polimerizzazione si raggiunge la steady state, uno stato stazionario che è però molto dinamico.

Nella steady state una certa quantità di monomeri allo stato stazionario continua a essere

incorporata nei filamenti a livello della barbed end, mentre la pointed end rilascia nel mezzo

ambiente un eguale quantità di subunità. Si assiste così ad un flusso di subunità proteiche diverse

filamenti. Tale flusso è unidirezionale e va dalla barbed alla pointed end. Tale fenomeno è reso

possibile dalle proteine motrici che idrolizzano ATP.

MOBILITAZIONE DEI MONOMERI DI ACTINA

Le beta tirosine catturano le subunità actiniche subito dopo il loro rilascio da parte del polimero;

questo è subunità portano legate ADP e non ATP; successivamente le beta tirosine passano alle

subunità actiniche a un'altra proteina, la profilino, che ha il compito di preparare il monomero

dell'actina alla successivo assemblaggio facilitando lo scambio di ADP con ATP. La liberazione di

ATP actina dalla profilina può avvenire grazie all'intervento di un prodotto intermedio delle ciglia dei

fosfatildilinositidi, localizzato a livello plasmalemma. Un segnale esterno attiva il ciclo. Il complesso

profilina-actina presenta alta affinità e il PiP2. A questo punto i complessi si scendono e l'actina

viene rilasciata nel citoplasma andando così incontro a polimerizzazione. Il complesso profilina-

PiP2 si scende ulteriormente.

PROTEINE ONCELLARI DELL'ACTINA

tutti i processi cellulari actina-dipendenti sono sostenuti dall'F-actina, la quale è coadiuvato da un

certo numero di proteine oncellari che in virtù della diversa modalità di legame con l'actina,

influenzano il raggiungimento della tridimensionalità, che è alla base dei singoli eventi actina-

mediati. Queste proteine vengono dette Binding protein

PROTEINE ONCELLARI DELL'ACTINA MONOMERICA

profilina

beta timosine

DNAsi 1

vitamin D-binding protein

Depactina e actoforina

proteine oncellari del micro filamento

le actin binding protein che interagiscono con la F-actina vengono generalmente suddivise in base

all'azione svolta sulla F-actina stessa:

End blocking protein: un gruppo di proteine che, recandosi alle estremità di filamenti, né bloccano

l'attività. Vengono a loro volta suddivisi in:

barbed end capping protein, che bloccano l'aggiunta di nuovi monomeri all'estremità del filamento

e maggiormente la tendenza ad allungarsi;

pointed end capping protein

Cross linking protein: le molecole proteiche appartenenti a questa famiglia hanno il compito di

promuovere e stabilizzare legami trasversali tra i filamenti di actina, dando luogo a reti

tridimensionali;

miosina: esamero formato da due catene pesanti e due coppie di catene leggere. Rappresenta la

proteina motore del sistema actomiosinico. In presenza di F-actina forma gel contrattili, e il suo

legame con essa è temporaneo e dipende dall'idrolisi dell'ATP;

actin binding protein

filamina

spechina

distrofina

caldesmone

fascina: tende a unire longitudinalmente tra loro i filamenti di actina

alfa-actina

side binding protein: si legano alla superficie laterale del filamento, la cui funzione è quella di

stabilizzare il filamento di actina, andandosi a legare parallelamente all'asse maggiore del

filamento stesso lungo i solchi che si vengono a creare tra le due file di subunità actiniche

specializzate.

MODALITÀ ACTINO MEDIATA

Le manifestazioni motorie actino mediate possono essere suddivise in due tipi principali:

1) movimenti propulsivi, i quali avvengono attraverso una semplice polimerizzazione del actina, e

si manifestano tramite l'emissione di uno pseudopodio, ovvero l'estroflessione di un'ernia

citoplasmatico nella direzione del futuro movimento cellulare. Il formarsi e il dissolversi dei

differenti tipi di proposizioni dipende da informazioni ambientali e ricevute dal plasmalemma e

elaborate dalla membrana plasmatica. ligandi specifici per i recettori di membrana riarrangiano il

cortex cellulare che si espande in maniera elastica formando e estroflessioni. Il principale

costituente del citoplasma corticale è l'actina. Il processo di polimerizzazione avviene in maniera

esplosiva. In un leucocito la semplice emissione del pseudopodo non porta di per sé al movimento

della cellula. All'evento propulsivo deve quindi seguire una fase di retrazione attiva, che

risulterebbe inefficace se l'estroflessione citoplasmatico non si fosse nel frattempo ancorata

all'substrato tramite una complessa formazione eversiva detta placca di adesione. La retrazione

attiva dello pseudopodio si trasforma nel movimento dell'intera cellula verso il punto di contatto tra

pseudopodio e substrato.

2) movimenti retrattivi, i quali hanno bisogno di un'altra proteina. Il movimento ameboide è

scomponibile in una prima fase di preparazione che viene portata avanti dal semplice

cambiamento di stato dell'actina, e una seconda fase sostenuta da un evento retrattivo di tipo

contrattile che porta all'idrolisi dell'ATP.

Struttura della molecola e del filamento di miosina

La miosina è una proteina in una struttura quaternaria. È un esamero le cui componenti

polipeptidiche possono essere raggruppate in due catene pesanti, che per un tratto si avvolgono a

formare un'elica lineare (coda della miosina) e a una estremità divergono per assumere una

configurazione globulare (testa della miosina); due coppie di catene leggere addossate alla testa. Il

filamento di miosina è costituito da due metà speculari in cui le molecole che si associano testa-

coda, sfasandosi di un quarto della loro lunghezza e ruotando di 60°. In questo modo le code della

molecola si riuniscono a formare il corpo del filamento, mentre le teste sporgono dall'asse

principale in diverse direzioni. Al centro del filamento le molecole di due metà si affrontano coda a

coda.

Come è per l'actina anche della miosina ne esistono diversi e isoforme, di cui la principale è la

miosina citoplasmatica, costituita da una catena pesante +1 coppia di catene leggere. In questa

categoria ritroviamo la miosina IA e IB, le quali non sono in grado di formare filamenti pur

interagendo comunque con l'actina.

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