Adesione cellulare, citoscheletro e motilità cellulare. Flashcards
CITOSCHELETRO
Costituito da una MATRICE FIBROSA di proteine che si estende dalla membrana plasmatica -> all’involucro nucleare, formando un reticolo proteico.
Componenti chimici - 3 tipi di strutture filamentose:
- Microtubuli:
- lunghi tubi cavi,
- non ramificati,
- formati da subunità della proteina tubulina. - Microfilamenti:
- strutture piene,
- sottili,
- spesso organizzate in una rete ramificata,
- formate dalla proteina actina. - Filamenti intermedi (non presenti nelle cellule vegetali):
- robuste fibre a forma di corda,
- composte da ≠ proteine tra loro correlate.
Sono polimeri di subunità proteiche, tenute insieme da legami deboli non covalenti. Sono altamente dinamiche.
Queste strutture non funzionano da sole, ma spesso associate a proteine accessorie, essenziali per l’assemblaggio delle strutture citoscheletriche e per il loro funzionamento.
Nel loro insieme, gli elementi del citoscheletro funzionano come supporto strutturale che contribuisce:
- morfologia cellulare: mantenere la forma delle cellule,
- organizzazione spaziale e quindi stabilità degli organelli: fornire un’intelaiatura interna,
- contrattilità e motilità di cellule e organismi: costituire il meccanismo necessario per il movimento,
- trasporto intracellulare: generare le forze responsabili del movimento delle cellule da un sito ad un altro.
GENERALITÀ MICROTUBULI
- Filamenti formati da proteine globulari dette TUBULINE
- Hanno MAGGIOR DIAMETRO rispetto alle altre componenti del citoscheletro.
Infatti, schematizzandoli, potremmo vederli come cilindri cavi di diametro ≈ 25 nm.
Sono costituiti da 2 tipi di proteine: tubulina α + tubulina β.
Svolgono funzioni scheletriche di: - trasporto intracellulare e
- movimento cellulare (ciglia e flagelli);
- danno stabilità agli organelli
- trasporto cromosomi
STRUTTURA E FORMAZIONE MICROTUBULI
Precisamente, le due proteine che formano i microtubuli (α e β tubulina), vanno a costituire i cosiddetti eterodimeri:
“dimeri” vuol dire che queste due proteine si associano tra loro,
“etero” invece indica che si tratta di molecole diverse (appunto, una è α e l’altra β).
Più eterodimeri si allineano sempre con lo stesso verso, formando un PROTOFILAMENTO.
Nel protofilamento:
la tubulina β (1° dimero) si associa alla tubulina α (2° dimero);
la tubulina β (2° dimero) si associa alla tubulina α (3° dimero) e così via.
Alla fine, a prescindere dalla lunghezza del filamento, ci sarà sempre un’estremità che termina con la tubulina α (estremità -) e una con la β (estremità +) -> motivo per cui si dice asimmetrico.
13 PROTOFILAMENTI si affiancano formando un foglietto. I protofilamenti si associano tutti allineati tra loro, quindi anche in questo foglietto sarà possibile riconoscere un’estremità che termina con le tubuline α e una con le β.
Questo foglietto si avvolge formando un cilindro cavo che costituisce il microtubulo.
I microtubuli vengono prodotti nel Centro di organizzazione dei microtubuli (MTOC) - il principale è il CENTROSOMA costituito da 2 CENTRIOLI.
La polarità del protofilamento influenza l’assemblaggio: ci saranno un polo (+) e un polo (–) e la POLIMERIZZAZIONE avverrà SOLO ed esclusivamente in direzione del POLO POSITIVO, accrescendo così il filamento.
MAP
Proteine associate ai microtubuli, dette MAP (insieme eterogeneo di proteine), presentano:
- 1 dominio che si lega ad un lato del microtubulo;
- 1 altro dominio che si estroflette come una coda dalla sua superficie.
Funzioni:
- aumentano la stabilità dei microtubuli: formano ponti trasversali che li connettono insieme tra di loro;
- ne promuovono l’assemblaggio.
La loro attività di legame controllata da -> l’aggiunta / rimozione di gr. fosfato da particolari residui amminoacidici.
Es. Un eccessivo livello di fosforilazione di una particolare MAP, detta tau, sembra correlato con lo sviluppo di ≠ malattie neurodegenerative fatali (Es. malattia di Alzheimer) -> queste persone contengono strani filamenti aggrovigliati (ammassi neurofibrillari), formati da molecole tau eccessivamente fosforilate ed incapaci di legarsi ai microtubuli.
FUNZIONI MICROTUBULI
- Trasporto di sostanze all’interno della cellula:
i microtubuli rappresentano dei BINARI su cui si muovono delle proteine chiamate PROTEINE MOTRICI (= trasportano vescicole contenenti diverse molecole all’interno della cellula).
Le proteine motrici sono due: chinesina + dineina.
Entrambe sono composte di 2 teste che si ancorano alle vescicole + due piedi che, consumando ATP, si muovono sui microtubuli.
La differenza sta nel fatto che:
- la chinesina si muove verso l’estremità (+) dei microtubuli, quindi verso la PERIFERIA della CELLULA,
- la dineina verso l’estremità (–), quindi verso il CENTROSOMA. - Definire la polarità della cellula:
le cellule NON sono simmetriche, ma presentano organizzazioni e specializzazioni diverse sui diversi lati: questo determina una polarizzazione. I microtubuli, trasportando molecole nei diversi versanti, definiscono la struttura dei diversi poli della cellula. - Divisione cellulare:
durante la divisione cellulare (mitosi) i cromosomi devono essere suddivisi tra le due cellule figlie. In questa fase i centrioli si duplicano formando 2 centrosomi che si distribuiscono ai due poli opposti. Da questi due poli partiranno i microtubuli in modo stellato (ASTER MITOTICO) che raggiungono i cromosomi e le dineine (che si muovono verso i centrosomi) li avvicinano ai due poli. L’assemblaggio e il disassemblaggio dei microtubuli sono evidenti durante la formazione del fuso mitotico.
PROTEINE MOTRICI
[trasporto assonale]
a) Chinesina → da – a +
Proteina motrice che promuove lo spostamento di proteine e di organelli membranosi lungo i microtubuli.
Costituita da:
- 2 catene leggere e
- 2 catene pesanti,
associate a formare una molecola lunga e sottile, caratterizzata da DUE teste globulari, ognuna delle quali contiene un sito di legame con l’ATP.
Quando la chinesina aderisce agli organuli da trasportare, le teste della molecola camminano lungo la superficie di un microtubulo sfruttando l’energia derivata dall’idrolisi dell’ATP. La chinesina dirige il trasporto assonico ANTEROGRADO, cioè quello che avviene dal corpo cellulare verso -> terminazione assonica.
In altre parole, le catene pesanti si comportano come i piedi, mentre le leggere legano la vescicola presa in considerazione. L’attacco e lo stacco dal microtubulo avvengono grazie all’energia fornita sotto forma di ATP, e così si muovono lungo la loro traiettoria e spostando organelli da una parte all’altra della cellula.
b) Dineina → da + a –
Proteina motrice composta da 2 catene pesanti e da molte catene leggere; ciascuna catena pesante contiene:
- 1 testa con due domini globulari e
- 1 coda composta da una serie di domini a bacchetta.
I due domini della testa contengono siti per l’idrolisi dell’ATP e si attaccano ai microtubuli, mentre le code si legano ai componenti cellulari specificando il tipo di carico da trasportare. Dato che tutte le proteine sono prodotte nel corpo cellulare, si pensa che:
- una dineina non funzionale venga prima trasportata alle terminazioni nervose,
- dove diventa funzionante e quindi
- in grado di trasportare verso il corpo cellulare gli specifici organelli (ergo importanti per il movimento delle ciglia e flagelli).
POLIMERI DINAMICI
[microtubuli]
Microtubuli del citoscheletro -> polimeri dinamici in quanto soggetti ad accorciamento, allungamento, DISASSEMBLAGGIO E RIASSEMBLAGGIO.
I microtubuli si allontanano normalmente prima della divisione cellulare e le subunità della tubulina vengono riassemblate a costituire il fuso mitotico. Questo processo di assemblaggio e disassemblaggio viene invertito dopo la divisione mitotica.
In ogni dato istante, alcuni microtubuli crescono in lunghezza mentre altri si accorciano. Quando si osservano singoli microtubuli in un arco di tempo, si vede che essi oscillano avanti e indietro tra fasi di crescita e accorciamento, fenomeno noto come INSTABILITÀ DINAMICA.
CENTRIOLI E CENTROSOMA
Centrioli -> organelli specializzati composti da microtubuli.
- sono 2
- composti da una struttura di 9 TRIPLETTE di microtubuli
- si trovano in una zona del citoplasma ricca di proteine (principalmente tubuline) chiamata CENTROSOMA (perché è solitamente disposta al centro della cellula).
Da questo punto si dipartono la gran parte dei microtubuli presenti nella cellula.
MICROFILAMENTI
- Sinonimi: microfilamenti, filamenti di actina, F actina
- Si distribuiscono lungo tutta la superfice della membrana plasmatica
- Hanno ruolo fondamentale:
nella motilità cellulare,
nei movimenti intracellulari,
nella determinazione della morfologia della cellula e
nel fornire un supporto strutturale per diversi tipi di estroflessioni cellulari.
I filamenti di actina: - sono i più sottili, - hanno un diametro di circa 8 nm, - sono polimeri della proteina globulare actina: i monomeri di actina (proteina più abbondante) in presenza di ATP: formano lunghe CATENE FLESSIBILI, leggermente elicoidali, con polarità ben precisa. Per poter incorporare i monomeri di actina bisogna usare ATP, che successivamente si idrolizza in ADP. I monomeri vengono aggiunti all’estremità + e rimossi dalla -
In base al tipo cellulare e all’attività, i filamenti di actina possono essere:
- organizzati in sistemi altamente ordinati,
- in reticoli lassi mal definiti o
- fasci strettamente compatti.
Funzioni:
- Conferiscono SUPPORTO MECCANICO a diverse strutture cellulari.
- Coadiuvate dalla miosina, assicurano la CONTRATTILITÀ -> nelle cellule muscolari permettono la contrazione muscolare. Insieme alla miosina, sono entrambe coinvolte in vari movimenti cellulari.
- Importanti nella costrizione citoplasmatica della CITODIERESI: l’actina, infatti, forma una specie di anello contrattile che serve a separare le due cellule figlie durante la divisione cellulare -> dopo che le informazioni genetiche si sono separate all’interno delle due future cellule figlie, l’anello si contrae sempre di più finché le cellule figlie si separano.
- Presenti nei microvilli delle cellule.
- Importanti anche nel TRASPORTO VESCICOLARE e degli organelli intracellulari + nella fagocitosi (in particolare nelle cellule vegetali dove ci sono meno microtubuli).
FILAMENTI INTERMEDI
[FI]
- Filamenti con spessore intermedio fra i microfilamenti di actina a quelli più grandi (8-12 nm)
- Identificati SOLO nelle cellule animali
Funzione: sono fibre forti e flessibili, simili a corde, provvedono alla resistenza meccanica in cellule soggette a stress fisici, come neuroni, cellule delle cavità corporee e cellule muscolari.
A differenza dei microtubuli e dei microfilamenti, in ogni tipo cellulare sono polimeri di proteine FILAMENTOSE NON GLOBULARI DIVERSE, ma simili per dimensioni + struttura:
mentre i microtubuli sono sempre costituiti da α e β tubulina e
i microfilamenti da monomeri di actina;
i filamenti intermedi, a seconda del tipo cellulare, sono costituiti da proteine diverse (70 geni ≠).
Quindi, per ogni tipo cellulare esiste un particolare tipo di filamento intermedio.
Le unità monomeriche dei FI hanno:
- una regione intermedia elicoidale (struttura α-elica) al centro e
- 2 regioni globulari alle due estremità;
- per polimerizzare si associano monomeri (anche ≠) per formare multimeri.
Prima si forma un monomero, poi due monomeri si associano a formare un dimero e successivamente si forma il tetramero, che a sua volta si organizza in una struttura di otto tetrameri; tale struttura diventa una parte del filamento intermedio finale, seguendo un meccanismo di incastro: si tratta, quindi, di un meccanismo di assemblaggio che permette di formare diverse strutture.
Inoltre, i filamenti intermedi sono connessi con altri filamenti del citoscheletro attraverso ponti proteici di PLECTINA, che rendono quindi la struttura del citoscheletro più stabile.
Sono poco solubili.
Il loro assemblaggio dipende da eventi di fosforilazione e defosforilazione.
Classi dei filamenti intermedi:
- Cheratina → sono i filamenti intermedi delle cellule epiteliali.
Ci sono 20 classi di cheratine e 8 cheratine dure (Es. capelli, unghie).
- Vimentina → rappresentano il citoscheletro delle cellule mesenchimali
- Desmina → localizzata nelle cellule muscolari (miocardio)
- Neurofilamenti → costituiscono il citoscheletro delle fibre nervose
- Lamine nucleari A, B e C → formano il nucleoscheletro di tutte le cellule eucariote
- Nestina → è il filamento intermedio delle cellule che sono in rapida proliferazione
La tipizzazione dei filamenti intermedi viene utilizzata per la diagnosi dei tumori: utile in quanto le cellule tumorali mantengono i filamenti intermedi caratteristici del tessuto di origine indipendentemente dalla localizzazione del tumore nel corpo. Capiamo, così, di che tipo di tumore si tratta.
L’aggregazione dei FI può bloccare il trasporto assonale portando i neuroni verso la morte (SLA e Parkinson).
CIGLIA E FLAGELLI
[microtubuli]
Ciglia -> espansioni di tipo proteico che permettono il movimento della cellula.
Formate da microtubuli + da bracci sporgenti.
Bracci -> composti di DINEINA CIGLIARE: proteina motrice che utilizza l’energia liberata dall’idrolisi dell’ATP per generare le forze necessarie per il piegamento di ciglia e flagelli.
Questo si verifica quando i bracci di dineina di una coppia si attaccano al microtubulo B della coppia adiacente e subiscono un cambiamento conformazionale che provoca lo scorrimento percettibile del microtubulo A sul microtubulo B della coppia adiacente. Lo scorrimento su un lato dell’assonema (struttura centrale che sostiene l’organulo quando si estroflette dalla superficie della cellula) si alterna con lo scorrimento sull’altro lato, in modo che una parte del ciglio o del flagello prima si piaghi in una direzione e poi nella direzione opposta.
A proposito di movimenti cellulari…
Le cellule, in generale, riescono ad aderire ad un substrato mediante le integrine, cambiando completamente la morfologia cellulare. Se andiamo ad analizzare cosa succede sotto il citoscheletro, ci sono ELEMENTI CONSECUTIVI DI POLIMERIZZAZIONE E DEPOLIMERIZZAZIONE per favorire il movimento lungo il substrato e i vasi sanguigni.
