18. citoscheletro Flashcards
Citoscheletro
Scheletro cellulare.
Insieme di complessi proteici filamentosi che formano una struttura estremamente dinamica.
Componenti
- microfilamenti (polimeri di actina), sotto la membrana plasmatica o in fasci all’interno della cellula
- microtubuli (filamenti di tubulina), in raggi dal centro della cellula verso la periferia
- filamenti intermedi (polimeri di proteine diverse), distribuzione reticolare soprattutto intorno al nucleo e in corrispondenza delle giunzioni tra cellule.
Funzioni
- generazione e mantenimento/cambiamento della forma della cellula
- movimento della cellula
- resistenza a sollecitazioni meccaniche
- sostenimento di strutture specializzate (es. microvilli)
- ‘binari’ su cui avviene il trasporto direzionale di vescicole e organuli a opera dei motori molecolari (proteine motrici).
Microfilamenti
Polimeri di actina presenti in tutte le cellule eucarioti.
Funzioni
- impalcatura dei microvilli (cellule intestinali)
- cortex cellulare: fitta rete di microfilamenti al di sotto della membrana plasmatica → resistenza meccanica, mantenimento della forma, motilità
- motilità cellulare (organismi unicellulari)
- anello contrattile, che alla fine della mitosi divide le due cellule figlie.
Struttura
La G-actina (actina globulare) è caratterizzata da un sito di legame e idrolisi di ATP, ma è maggiore la concentrazione di G-actina con ATP legato.
Due monomeri di G-actina si possono legare, tramite interazioni deboli non covalenti, a formare un filamento di F-actina (actina filamentosa).
La polimerizzazione avviene per aggiunta di monomeri actina-ATP. Una volta che il monomero di actina-ATP si lega al filamento, idrolizza l’ATP in ADP.
I filamenti di F-actina hanno una polarità intrinseca:
- estremità +, a barbiglio: maggiore velocità di associazione di nuovi monomeri, velocità di polimerizzazione > velocità di idrolisi dell’ATP in ADP, perciò l’estremità + è sempre caratterizzata da actina-ATP
- estremità -, a punta: velocità di idrolisi di ATP in ADP > velocità di polimerizzazione, perciò è caratterizzata da actina-ADP.
Treadmilling
Stato stazionario della lunghezza del filamento.
Processo in cui la polimerizzazione all’estremità + e la depolimerizzazione all’estremità - si compensano, dunque i monomeri scorrono dall’estremità + a quella - mentre idrolizzano ATP.
Proteine accessorie
Numerose proteine che, interagendo con l’actina, regolano l’attività dei microfilamenti.
Motilità cellulare
Una cellula si sposta su un substrato in questo modo:
1. In seguito alla polimerizzazione di actina, la cellula emette un’estroflessione (lamellipodio).
2. Il lamellipodio si attacca al substrato tramite adesioni focali per mezzo delle integrine che interagiscono con la MEC.
3. La cellula viene trascinata.
Dove si trovano i microfilamenti nella cellula?
- impalcatura dei microvilli (cellule intestinali)
- cortex cellulare: fitta rete di microfilamenti al di sotto della membrana plasmatica → resistenza meccanica, mantenimento della forma, motilità
- motilità cellulare (organismi unicellulari)
- anello contrattile, che alla fine della mitosi divide le due cellule figlie
Microtubuli
Polimeri di tubulina organizzati radialmente a partire dal centrosoma al centro della cellula.
Tubulina
Proteina eterodimerica, costituita da tubulina α e tubulina ß, ciascuna legata a un nucleotide GTP. Il GTP legato alla tubulina α è fisso (non può essere idrolizzato né scambiato), quello legato alla tubulina ß può essere idrolizzato e scambiato.
Dunque, il dimero di tubulina ha una polarità.
Struttura
Più dimeri possono associarsi tra loro tramite l’interazione tra la subunità ß di un dimero e la subunità α dell’altro dimero finoa formare un protofilamento.
Tredici protofilamenti paralleli (stessa direzione) possono interagire lateralmente a formare una struttura che si chiude a cilindro, il microtubulo.
I protofilamenti di un microtubulo sono leggermente sfalsati, sembra che abbiano un andamento a elica.
Polarità
I protofilamenti, e dunque i microtubuli, hanno una polarità:
- estremità +, caratterizzata da tubuline ß, che si allunga più velocemente e perciò può presentare il cappuccio di GTP (dimeri di tubulina con GTP legato)
- estremità -, caratterizzata da tubuline α, sempre legata a un γTuRC (γ-Tubulin Ring Complex) che chiude e stabilizza l’estremità -, impedendo la depolimerizzazione, e agisce da centro di nucleazione.
Instabilità dinamica
L’aggiunta di un dimero all’estremità + completa il sito catalitico per l’idrolisi del GTP a GDP. Ciò significa che per una crescita netta del microtubulo, è necessario che la polimerizzazione sia più rapida dell’idrolisi di GTP.
In caso contrario, si arriva a una ‘catastrofe’: se l’idrolisi di GTP all’estremità + è più rapida dell’aggiunta di dimeri alla stessa estremità, il microtubulo perde il cappuccio di GTP e va in contro a rapida depolimerizzazione, fino alla totale depolimerizzazione del microtubulo.
Talvolta, però, nuovi dimeri di tubulina-GTP si legano all’estremità +, interrompendo la depolimerizzazione, in un processo detto ‘salvataggio’.
Proteine accessorie
L’instabilità dinamica rende i microtubili dinamici. Può però essere regolata: i microtubuli possono ancorarsi a proteine accessorie che li stabilizzano, tagliano o regolano.
Le MAP (Microtubule-Associated Proteins) si associano ai microtubuli, stabilizzandoli e talvolta organizzandoli in fasci.
Proteine motrici
Il movimento sui microtubuli delle proteine motrici è unidirezionale:
- chinesine, verso l’estremità +
- dineine, verso l’estremità -.
Centriolo
Organulo costituito da una struttura di nove triplette di microtubuli ordinata a formare un cilindro.
Ogni tripletta è formata da
- microtubulo A, di 13 protofilamenti, che guarda verso il centro del centriolo
- microtubuli B e C, di 10 protofilamenti.
Centrosoma
Centro organizzatore dei microtubuli, detto infatti anche MTOC (MicroTubule Organization Center), che si trova al centro della cellula, vicino al nucleo.
Sono costituiti da 2 centrioli e dal materiale pericentriolare.
Del materiale pericentricolare fanno parte i γTuRC (γ-Tubulin Ring Complex), che fungono da centri di nucleazione. Perciò, è dal centrosoma (verso cui sono rivolte le estremità -) che si irradiano i microtubuli verso la periferia, con l’estremità +.
Assonema
Struttura costituita da 9+2 microtubuli: una coppia centrale (13+13 protofilamenti) circondata da nove coppie periferiche (13+10 protofilamenti) legate tra loro da diverse proteine accessorie (nexina, dineina).
È la struttura interna comune a ciglia e flagelli e cresce a partire dal corpo basale nel citoplasma.
Ciglia e flagelli
Le ciglia e i flagelli sono due strutture cellulari costituite principalmente da microtubuli.
CIGLIA
Estroflessioni della membrana plasmatica deputate allo spostamento di materiale all’esterno della cellula o al movimento della cellula (organismi unicellulari), tramite il battito ciliare.
Il battito ciliare consiste in una fase di spinta, in cui il ciglio rigido ruota in avanti, alternata a una fase di ritorno, in cui il ciglio si flette e torna alla posizione iniziale.
FLAGELLI
Strutture di cellule dotate di motilità propria. Muovono la cellula con il loro andamento ondulatorio/spiraliforme.
Entrambe le strutture sono costituite da assonemi che crescono a partire dal corpo basale, che si trova nel citoplasma,
Filamenti intermedi
Polimeri proteice che formano nella cellula strutture molto stabili, che conferiscono resistenza meccanica a sollecitazioni esterne e deformazioni. Sono specifici a seconda del tessuto.
In base alla localizzazione, si distinguono in
- citoplasmatici: cheratine (epiteli), vimentine (tessuto connettivo, muscolare, cellule gliali), neurofilamenti (neuroni)
- nucleari: lamìne, che in tutte le cellule eucarioti sostengono la membrana nucleare e formano una struttura di ancoraggio per la cromatina.
Struttura delle proteine che compongono i filamenti intermedi
1. Monomero: parte centrale ad α-elica ed estremità globulari.
2. Dimero a eliche superavvolte: due α-eliche con lo stesso orientamento avvolte
3. Tetramero: due dimeri antiparalleli (orientamento opposto) e sfalsati → il tetramero è privo di polarità.
4. Protofilamento: associazoine longitudinale di tetrameri (uno dietro l’altro).
5. Protofibrilla: quattro protofilamenti associati lateralmente.
6. Filamento intermedio: quattro protofibrille associate lateralmente e attorcigliate → notevole resistenza meccanica e flessibilità al contempo.
Motori molecolari
Proteine specializzate per il movimento lungo microfilamenti e microtubuli.
Enzimi in grado di convertire energia chimica, liberata dall’idrolisi di ATP, in energia meccanica.
MIOSINE
Interagiscono con l’actina dei microfilamenti, muovendosi verso l’estremità +.
Spostano il carico lungo il microfilamento oppure fanno scorrere la membrana plasmatica sui microfilamenti.
Struttura
- testa globulare che lega actina e ha attività ATPasica: le teste si muovono lungo il microfilamento tramite il cambiamento conformazionale che deriva dall’idrolisi di ATP
- coda che lega il carico.
