Riassunto dettagliato del citoscheletro

Come si forma un microfilamento di actina?

I monomeri non si assemblano in ordine casuale, ma con lo stesso orientamento (testa-coda). I monomeri così si associano a formare polimeri da duelamenti avvolti in una doppia elica destrorsa: F-ACTINA (actina lamentosa, a differenza della g-actina che è globulare).

Una caratteristica fondamentale dei microfilamenti di F-ACTINA è la loro polarità intrinseca, con un'estremità che differisce sia funzionalmente sia strutturalmente dall'altra.

Strutturalmente diverse perché i monomeri si assemblano testa-coda, quindi in un'estremità ci sarà la testa e nell'altra la coda.

Funzionalmente diverse: le due estremità hanno diverse velocità di crescita. Una aggiunge monomeri più velocemente, l'altra più lentamente.

Le estremità prenderanno il nome di ESTREMITÀ + o ESTREMITÀ -.

L'estremità + è l'estremità a

cui si aggiungono imonomeri circa 10-15 volte più velocemente rispetto all'estremità definita - che cresce più lentamente.

FOCUS

Nella cellula tutta l'actina monomerica è polimerizzata?

Solo circa il 50% dell'actina è polimerizzato ovvero formalamenti di actina, il resto rimane in una forma inattiva nel citoplasma ed è sequestrata da proteine che la legano a formare un pool di monomeri disponibili ogni volta che la cellula ha bisogno di riorganizzare i suoi lamenti.

TAPPE DELLA POLIMERIZZAZIONE

Partendo da un'elevata concentrazione di monomeri liberi (G-ACTINA) in soluzione e misurando la formazione del polimero, si osserva una FASE DI LATENZA (NUCLEAZIONE) seguita da una FASE DI CRESCITA o ALLUNGAMENTO e uno STATO STAZIONARIO (FASE DI EQUILIBRIO)

La fase di nucleazione è la fase dell'assemblaggio di un primo nucleo che da inizio poi alla polimerizzazione, comportando l'unione

Dei monomeri. In vitro si è notato che il primo nucleo di polimerizzazione è un TRIMERO: vale a dire determinato dall'unione di tre monomeri poiché un dimero è di per sé INSTABILE. Il primo aggregato monometrico stabile, perciò, è il trimero che viene considerato il nucleo di polimerizzazione. La fase iniziale è una fase di latenza, cioè lenta perché fase energicamente sfavorevole poiché è più costoso per la cellula aggregare i primi monomeri e formare il primo nucleo di aggregazione. Dopo l'aggiunta dei monomeri si presenta la fase di crescita, più veloce. Il filamento poi si allunga (nell'immagine il nucleo è in arancione) e si aggiungono monomeri in un'estremità e nell'altra, anche se presenta una più lunga e una più corta. Una è un'estremità + e cresce più velocemente aggregando un maggior numero di

monomeri, rispetto all'estremità - che cresce meno velocemente. Si arriva alla fase stazionaria o fase di equilibrio: DINAMICA PERCHÉ FASE DINAMICA? FENOMENO DINAMICO DELLO STATO STAZIONARIO. Fase dinamica perché anche se la lunghezza del polimero non cambia ed è uno stato stazionario, in questa fase di equilibrio una certa quantità di monomeri che vengono aggiunti al terminale + equivale esattamente alla quantità di monomeri che vengono persi al terminale -. La lunghezza del polimero rimane invariata ma è presente un flusso unidirezionale dal + al - di subunità che vengono aggiunte da una parte e perse dall'altra collegata al fatto che i due terminali hanno velocità di crescita diverse. Il meccanismo chiamato TREADMILLING è dovuto alla graduale idrolisi dell'ATP, che non avviene durante la polimerizzazione, ma nel polimero stesso (dopo che i singoli monomeri si sono aggiunti). Come influenza

L'idrolisi dell'ATP che avviene nel polimero è importante per la stabilità del polimero stesso. Quando il monomero è legato a una molecola di ATP, ha un'alta affinità con il monomero adiacente nel polimero. Questa affinità cala quando l'ATP viene idrolizzato e il monomero lega all'ADP. L'affinità tra i monomeri vicini cala, quindi l'estremità tende a dissociare, ovvero perdere i monomeri. Nel disegno, le palline arancioni che sono aggiunte velocemente all'estremità + sono quelle che legano l'ATP: terminale stabile. L'altro terminale, in seguito all'idrolisi dell'ATP, tenderà a perdere unità monometriche, cioè depolimerizzare.

PROTEINE CHE LEGANO L'ACTINA: proteine chiamate anche ACCESSORIE, interagiscono con l'actina e sono in grado di regolarne l'attività. Come possono agire sui microfilamenti di actina?

- PROTEINE SEQUESTRANTI: sequestrano i monomeri,

legano il monomero al fine di impedire la polimerizzazione. - PROTEINE POLIMERIZZANTI: favoriscono la polimerizzazione. - PROTEINE DEPOLIMERIZZANTI: impediscono la polimerizzazione. Esempio: quando un microfilamento si deve riorganizzare, si deve depolimerizzare per essere ricostruito in un'altra regione in un'altra forma. - PROTEINE NUCLEANTI: negli anni '90, per capire come la cellula riuscisse a bypassare lo stadio iniziale (fase lenta) dal punto di vista energetico, si individuarono delle proteine chiamate nucleanti che iniziano la polimerizzazione dell'actina, superando la fase più critica dell'intero processo di polimerizzazione. - PROTEINE CHE TAGLIANO: ci sono proteine che frammentano i microfilamenti già polimerizzati e hanno come vantaggio la creazione di più estremità libere utili per riorganizzare i filamenti. - PROTEINE CAPPUCCIO: proteine che si mettono a incappucciare un terminale. Ci sono proteine specifiche cheincappucciare il terminale + e proteine specifiche che incappucciano il terminale -. Qual è la differenza? Se si incappuccia un terminale + verrà favorita la sua depolimerizzazione. Viceversa, se la proteina cappuccio incappuccia il terminale - faciliterà l'allungamento. PROTEINE FIBROSE: ci sono proteine fibrose che avvolgono i microfilamenti di actina, non si legano all'estremità, ma sulle superfici laterali del filamento con lo scopo di stabilizzarli. PROTEINE che regolano l'organizzazione dei microfilamenti in RETI o FASCICOLI sono DUE tipi di fasci: a seconda della proteina fascicolante si possono formare dei fasci più compatti o lassi. Fasci diversi dal punto di vista funzionale e strutturale. 1. Fascio parallelo: il compattamento stretto impedisce alla miosina II di entrare nel fascio: STRETTO FASCIO PARALLELO. Avrà funzione non contrattile, ma di SOSTEGNO. 2. Fascio contrattile: il compattamento rado permette alla miosina II di

interporsi nel fascio: FASCIO CONTRATTILE. I lamenti sono ANTIPARALLELI.

PROTEINE CHE LEGANO PROTEINE MICROFILAMENTI ALA MEMBRANA: spettrina: es. proteina, componente del citoscheletro corticale, presente sul lato interno dellamembrana citoplasmatica. Riveste un ruolo importante nel mantenimento dell'integrità dellamembrana plasmatica e struttura citoscheletrica. Componente principale del citoscheletro di membrana dei GLOBULI ROSSI.

PROTEINE MOTRICI o MOTORI MOLECOLARI: proteine che legano all'actina:

1. Complessi proteici che si attaccano ad un lamento polarizzato del citoscheletro
2. Utilizzano l'energia derivata da cicli ripetuti di idrolisi dell'ATP per muoversi lungo il lamentotrasportando un carico (vescicola, organulo...)
3. Hanno DOMINI MOTORI in grado di legare l'ATP, l'elemento citoscheletrico, il binario su cui simuovono e sono in grado di idrolizzare l'ATP, poi hanno un'altra parte della molecola doveportano il carico.

Convertono energia chimica (in forma di ATP) in energia meccanica (cambiamento di conformazione della testa o dominio motore) generando movimento. 7. Sono UNIDIREZIONALI Quali sono i motori molecolari dell'actina? LE MIOSINE: motori associati ai microfilamenti di actina. Sono state identificate più di 10, quasi 20 famiglie di miosine. Famiglie che differiscono dal punto di vista strutturale e funzionale. Alcune, infatti, sono impegnate nella contrazione, altre nel trasporto intracellulare. Esempio di una famiglia delle miosine: FAMIGLIA DELLE MIOSINE II: l'unica che ha proprietà contrattili. Si muovono in senso unidirezionale verso l'estremità (+) del filamento di actina. STRUTTURA DELLA MOLECOLA DI MIOSINA II (chiamata così per la presenza di due teste) Formate, per l'appunto, da due teste o DOMINI MOTORI e una coda. Si tratta di una proteina esamerica formata da 6 catene proteiche di cui: - 2 catene pesanti (cioè

ad alto peso molecolare) identiche- 4 catene leggere- L' Estremità N-terminale di ogni catena pesante forma una regione globulare (o TESTA odominio motore). La testa è una regione deputata al legame con i lamenti di actina, oltre che alsito di idrolisi dell'ATP da cui trarranno energia per la contrazione. Hanno, intolre, attività ATPasica, in grado di idrolizzare l'ATP legato. Questa idrolisi determinerà un cambiamento conformazionale nella testa che sarà alla base dell'evento motorio.- La regione C-terminale di ogni catena pesante che è organizzata ad alfa-elica forma con l'estremità C-terminale di un'altra catena pesante una struttura super avvolta a formare la CODA della miosina- Le catene leggere si assemblano nella regione anteriore della testa e hanno funzioni regolative.

DOMANDA PROF: dove si trovano preferibilmente i lamenti di actina?fi fi ff fi fi fi

MICROTUBULI:Si riorganizzano quando una cellula

si divide e forma una struttura molto speciale che è il fusomitotico che ha la funzione di separare i cromosomi.

La sezione trasversale (in alto) dei microtubuli è utile per ricordare che sono come tubi cavi all'interno.

FUNZIONI

• Funzione meccanica (sostegno strutturale, organizzazione e mantenimento della forma della cellula)
• Funzione anche nella motilità cellulare: sono impiegati nella disposizione e nel movimento degli organuli, nel trasporto vescicolare, nel movimento di cromosomi durante la divisione cellulare
• Coinvolgimento nel movimento di ciglia e flagelli

STRUTTURA

I monomeri che assemblano un microtubulo sono dimeri formati da subunità chiamate tubulina.

La tubulina nella cellula si presenta sempre in forma eterodimerica, costituita da una molecola di tubulina alfa e una di tubulina beta.

Il nucleotide legato nella porzione interna del dimero è