CITOSCHELETRO Flashcards
CITOSCHELETRO- definizione, cosa conferisce alla cellula
Il citoscheletro costituisce l’impalcatura della cellula, lo scheletro della cellula, ed è composto da un insieme di filamenti proteici di tre tipi, la cui particolarità è quella di funzionare in un concerto per garantire alla cellula 5 funzioni:
* L’organizzazione spaziale del citoplasma
* movimenti intracellulari degli organelli: i filamenti proteici rappresentano dei binari su cui possono muoversi le proteine motrici che trasportano dei materiali, garantendo una riorganizzazione dello spazio intracellulare a seconda della necessità
* garantiscono la segregazione dei cromosomi: durante la divisione cellulare se non ci fosse citoscheletro il materiale genetico non potrebbe essere segregato nelle cellule figlie
* la citochinesi: separazione del citoplasma della cellula che si sta dividendo in due cellule figlie punto e citoscheletro è fondamentale per quanto riguarda la costituzione della strozzatura per dividere le due cellule figlie.
* movimento delle cellule sul substrato: molte cellule nel nostro organismo hanno la capacità di migrare.
* contrazione muscolare e adesione: il fenomeno della contrazione muscolare prevede l’intervento del citoscheletro di actina e delle proteine accessorie
Il citoscheletro conferisce alla cellula tre principali caratteristiche:
* La forma: grazie al citoscheletro è possibile avere forme diverse che si adattano a quelle che sono le circostanze extracellulari
* l’organizzazione interna a: ciascuno organello alla sua specifica posizione all’interno della cellula
* garantisce robustezza o resistenza meccanica: le cellule vengono continuamente sollecitate da stress extracellulare e meccanico pertanto devono possedere dei meccanismi di robustezza per evitare il collasso della cellula stessa.
Il citoscheletro è caratteristico delle cellule eucariote e non di quelle procariote. La caratteristica principale è di essere altamente dinamico, quindi permette alla cellula di modificare velocemente la sua organizzazione interna in base alle proprie necessità. Affinché i tre principali filamenti proteici possano formare diverse strutture e riarrangiarli in maniera ordinata si ha l’intervento di alcune speciali proteine dette proteine accessorie.
Le proteine accessorie: esse hanno la capacità di legare i filamenti proteici caratteristici del citoscheletro tra loro e far sì che possano essere organizzati in strutture eterogenee. Un esempio ne è la miosina che permette di legare i filamenti di actina e grazie a questa interazione viene prodotta la contrazione muscolare.
CITOSCHELETRO- proteine accessorie
Le proteine accessorie: esse hanno la capacità di legare i filamenti proteici caratteristici del citoscheletro tra loro e far sì che possano essere organizzati in strutture eterogenee. Un esempio ne è la miosina che permette di legare i filamenti di actina e grazie a questa interazione viene prodotta la contrazione muscolare.
CITOSCHELETRO- tipologie di filamenti proteici
I filamenti proteici che caratterizzano il citoscheletro sono tre tipi:
1. Microfilamenti di actina: hanno la disposizione all’interno della cellula differente da quella che ritroviamo nei microtubuli. I microfilamenti di actina si trovano principalmente sulla periferia della cellula, legati strettamente alla propria funzione, ovvero quella di conferire rigidità alla membrana plasmatica, costituendo una corteccia sotto di essa.
2. Microtubuli: filamenti che partono dalla zona centrale della cellula e si diramano per tutto il corpo cellulare.
3. Filamenti intermedi: conferiscono robustezza alla cellula proteggendola dagli stress meccanici. Un esempio pratico ne è la costituzione della lamina nucleare, che fa sì che il nucleo sia resistente e che la membrana non collassi.
E’ fondamentale ricordare che questi tre tipi di filamento devono lavorare in concerto per garantire un buon funzionamento della cellula.
CITOSCHELETRO- MICROFILAMENTI DI ACTINA- definizione, forme diverse, struttura microfilamenti, formazione
MICROFILAMENTI DI ACTINA: I microfilamenti di actina sono formati dall’unione di due protofilamenti avvolti su se stessi, costituiti da monomeri di actina globulare. Si localizzano principalmente nella zona subcorticale ovvero subito sotto la membrana plasmatica, per conferire resistenza, e in corrispondenza della membrana plasmatica, dove sono responsabili della generazione di appendici della membrana stessa, produzioni della membrana plasmatica verso l’esterno, dette lamellipodi e filopodi, funzionari all’esplorazione dell’ambiente extracellulare.
Inoltre l’actina forma delle strutture caratteristiche:
* Villi intestinali: formati da filamenti paralleli di actina, che come sappiamo spinge la membrana plasmatica verso l’esterno permettendo la formazione di microvilli che aumentano la superficie intestinale al fine di assorbire nutrienti.
* Sarcomeri: unità funzionale del muscolo fondamentale per la contrazione
Le forme diverse di filamenti di actina:
* Microvilli, lume intestinale
* fibre di stress, che connettono i punti di adesione
* estroflessioni della membrana: filopodi, strutture parallele che esplorano l’ambiente circostante, lamellipodi, strutture simili ad un gel che spostano in avanti la membrana plasmatica
* citochinesi: divisione della mitosi, anello contrattile
Struttura: formata da un assembramento di monomeri, che prendono il nome di actina globulare o actina G, legati ad una molecola di ATP o ADP ( si parla di actina T, nel momento in cui l’actina globulare lega un ATP, di tipo D se lega un ADP). I monomeri di actina si agganciano sempre all’estremità positiva del filamento e formano un protofilamento, il quale si avvolgerà ad un altro protofilamento, formando così l’actina filamentosa o actina F, estremamente dinamica.
la formazione: la formazione di un filamento di actina è suddiviso in tre passaggi:
1. Nucleazione: anche detta fase di latenza. Singoli monomeri di actina, che molto lentamente si assemblano a formare oligomeri, strutture dove ci sono due o tre subunità di actina monomerica
2. Allungamento, fase di crescita: fase molto rapida di tipo esponenziale, all’estremità positiva si attaccano delle subunità di actina ATP
3. Fase stazionaria, di equilibrio, treadmilling: tante subunità di actina si attaccano alla parte positiva quante quelle che si staccano da quella negativa. Il filamento non cresce e non si accorcia.
CITOSCHELETRO- MICROFILAMENTI DI ACTINA- ciclo dell’actina
Ciclo dell’actina T: l’actina T è l’actina globulare che lega un ATP. Essa si lega all’estremità positiva, con il passare del tempo l’ATP sincronizza e rilascia un gruppo fosfato, l’actina diventa così di tipo D, lega l’ADP. Per questo è meno stabile rispetto al tipo T e tenderà a staccarsi. Le subunità appena staccate ritorneranno in ciclo dopo che avranno acquisito un altro gruppo fosfato e saranno tornate actina T
Il ciclo continuo è determinato dai monomeri di actina liberi nella cellula.
Si definisce “Treadmilling” la situazione di equilibrio nella quale i monomeri di actina T e D che si aggiungono e si staccano sono direttamente proporzionali.
CITOSCHELETRO- MICROFILAMENTI DI ACTINA- proteine che legano l’actina
Proteine che legano l’actina: l’actina nella determinazione del comportamento cellulare è appoggiata da proteine accessorie suddivise in:
* Proteine che regolano la disponibilità di subunità: cioè sono in grado di legare l’actina monometrica e facilitare o meno il suo aggancio i filamenti
-timosina: si lega all’actina monometrica sia in formato ATP che ADP e impedisce l’aggancio al filamento bloccando la polimerizzazione
-profilina: allo stesso modo si aggancia ad un monomero ma facilita la polimerizzazione del nuovo filamento di actina.
* Proteine che regolano la rinucleazione: alcune proteine sono in grado di legarsi a filamenti e creare delle ramificazioni fondamentali per la cellula:
- ARP 2 e 3: due proteine che formano un complesso di nucleazione per un nuovo filamento che avrà un angolo di 70 gradi rispetto a quello a cui è attaccato. si formeranno quindi delle ramificazioni del filamento principale essenziali per i lamellipodi e per l’actina corticale
-Formina: al contrario delle proteine precedenti e se impedisce che si formino delle ramificazioni punto mentre il complesso ARP 2 su 3 resterà attaccato alla ramificazioni appena formate la formina invece nel momento in cui polimerizza i filamenti lineari si stacca.
* Proteine che alterano la dinamiche del filamento: possono stabilizzare o tagliare i filamenti in tratti più piccoli.
- tropomiosina: proteina piuttosto lunga in grado di legare sei o sette subunità di actina, stabilizzandolo. La proteina cappuccio CAP Z ha una funzione simile, ma legandosi all’estremità, mantenendo il filamento di una determinata lunghezza
-Famiglia della gelsolina, cofilina una delle più importanti: si legano al filamento alterando il ripiegamento del filamento stesso. Normalmente l’avvolgimento è lungo 74 nanometri, quando la cofilina si lega forma un superavvolgimento e si riduce a 57 nanometri, creando una rottura del filamento stesso.
CITOSCHELETRO- MICROFILAMENTI DI ACTINA- asemblaggio microfilamenti in base a proteine accessorie che li legano
Microfilamenti possono essere assemblati in diversi modi a seconda delle proteine accessorie che li legano:
* Fasci paralleli:
sia all’intervento della fibrina che attacca tanti filamenti di actina in modo compatto. Nel caso di fossi contratti di come le fibre di stress, la distanza tra i filamenti di actina è più ampia grazie alle alfa actina. Questo spazio è utile per l’inserimento di proteine motrici, come la miosina.
* Gel o ramificati: la flaminia è in grado di tenere in contatto due filamenti di actina e mantenerli con un angolo di 90 gradi formando strutture fondamentali per la migrazione cellulare.
Se la Flaminia dovesse essere mutata, nell’organismo vi sarebbero gravi difetti nello sviluppo dell’encefalo e, in quanto vi sono difetti nella migrazione delle cellule neuronali durante le prime fasi di sviluppo.
CITOSCHELETRO- MICROFILAMENTI DI ACTINA- migrazione cellulare
Migrazione cellulare: si può dividere il processo di migrazione cellulare in tre fasi:
1. Emissione di propaggini:
Spinte in avanti e la membrana cellulare, verso un fronte di migrazione, sia una polimerizzazione dell’actina verso l’estremità dove la cellula deve migliorare, quindi vengono messi dai lamellipodi
2. adesione:
I lamellipoidi poi si attaccano alla superficie tramite dei contatti focali. Questi contatti vengono mediati da proteine dette integrine che legano la membrana plasmatica e dall’altro la componente extracellulare dell’altro
3. Contrazione:
Grazie alle fibre contrattili la cellula si tirerà dietro la membrana plasmatica è presente dalla parte opposta ai fronti di migrazione
CITOSCHELETRO- MICROFILAMENTI DI ACTINA- GTPasi che regolano il processo dell’actina
Proteine GTPasi che regolano il processo dell’actina: le GTPasi sono interruttori molecolari, la loro attivazione dovuta da stimoli esterni che sono:
Rho: tutte le fibre contrattili sono create dall’attivazione di questa proteina
Rac: forma i lamellipodi
Cdc42: forma i filopodi
CITOSCHELETRO- MICROFILAMENTI DI ACTINA- CONTRAZIONE MUSCOLARE
La contrazione muscolare
Actina miosina: l’interazione tra actina e miosina ha un ruolo fondamentale all’interno del processo di contrazione muscolare. La prima è una proteina di forma globulare, i cui monomeri uniti tra di loro formano dei microfilamenti utili alla contrazione muscolare. La seconda è una proteina motrice ed è in grado, legando l’atp e idrolizzandolo, di spostarsi verso l’estremità positiva di actina. Sono due i principali tipi di miosina:
-miosina 1: presente in tutti i tipi di cellule, formata da una testa globulare che funge da motore e una lunga coda. Si può associare con le teste al filamento di actina mentre con la coda contatterà o una vescicola o la membrana plasmatica stessa.
Con l’ausilio di una molecola di ATP sarà in grado di spostarsi verso il polo positivo, e quando attaccata alla membrana sposterà il filamento stesso traslandolo a sinistra
-miosina 2: È specifica del tessuto muscolare e ha una funzione più complessa rispetto alla precedente. Essa è costituita da due catene leggere e da due pesanti, queste ultime a loro volta formate da un dominio globulare capace di legarsi alla actina e idrolizzare ATP e una coda che si avvolge a spirale con l’altra catena. Le code possono avvolgersi tra di loro formando una struttura molto stabile che non viene deformata. Tutte queste strutture si assemblano in un unico filamento spesso. Questi filamenti si intercalano fra quelli di actina mediando lo scorrimento.
Questi filamenti si intercalano fra quelli di actina mediando lo scorrimento e ognuna delle due teste globulari contatterà un filamento di actina, una testa verso l’altro verso il basso. Il risultato è far scorrere in senso opposto i filamenti di actina generando l’accorciamento muscolare.
Processo di contrazione muscolare: si compone di quattro fasi
1. Attacco: una testa di miosina si trova saldamente agganciata ad un filamento di actina
2. intervento ATP: la testa di miosina si stacca, successivamente la molecola di ATP viene idrolizzata ad ADP e la miosina si sposta a destra
3. distacco: si rilascia il gruppo fosfato facendo nuovamente spostare la mia Sila più avanti rispetto alla posizione precedente
4. rilascio: nella fase finale viene rilasciato anche l’ADP e così ritorna alla conformazione iniziale, spostando il filamento soprastante di actina.
Sarcomero: struttura specializzate delle miofibrille originate dalla fusione di cellule più piccole, i mioblasti. I mioblasti si fondono fra loro mettendo in comune la membrana e Il citoplasma e sposta nel nucleo e all’esterno del sarcomero, mentre all’interno avremo strutture di actina miosina.
I filamenti di actina sono attaccati con le estremità positiva alla banda Zeta, nel momento in cui la miosina in mezzo fa spostare l’actina tutto il sarcomero si comprime.
Reticolo sarcoplasmatico: struttura ramificata che avvolge completamente il sarcomero.
Tubo trasverso: struttura di membrana che dall’esterno si inserisce all’interno dei sarcomeri ed è in contatto con reticolo sarcoplasmatico. Esso è fondamentale perché su questi tubi vincerà un potenziale d’azione che sarà arrivato da una cellula del sistema nervoso, che stimolerà l’apertura dei canali voltaggio dipendenti per il rilascio del calcio.
Ruolo del calcio: il processo di contrazione muscolare è mediato dal calcio (come detto nelle prime lezioni a livello citosolico è praticamente assente, viene sempre tenuto al di fuori della cellula o immagazzinato nel reticolo endoplasmatico liscio, REL specializzato nell’accumulo di calcio necessario per la contrazione muscolare.)
In seguito al rilascio del calcio si avrà l’attivazione delle teste motorie della miosina.
E’ fondamentale il ruolo del tubo trasverso, ovvero della membrana plasmatica che dall’esterno si inserisce all’interno dei sarcomeri ed è in contatto col reticolo sarcoplasmatico. In questo luogo vigerà un potenziale d’azione che arriva da cellule nervose, il quale stimolerà l’apertura dei canali voltaggio-dipendenti per il rilascio del calcio. Quando il calcio arriva nei sarcomeri interagisce con altre due proteine accessorie:
* tropomiosina: in grado di legare in maniera stabile filamenti di actina e mascherare siti di legame per aggancio della miosina
* La troponina c che si lega agli ioni calcio, va a scalzare la tropomiosina liberando così il sito di legame.
CITOSCHELETRO- MICROTUBULI- composizione, struttura, legami, differenza con ATP
MICROTUBULI: strutture cave formate da lunghi dimeri di protofilamenti composti da alfa e beta tubulina, assemblati a formare un unico microtubulo. Costituiscono dei veri e propri binari che originano nella zona nucleare e si irradiano fino alla periferia della cellula. Formano:
* Formano il fuso mitotico
* funzionali al mantenimento allo spostamento di organelli e vescicole
* formazione di ciglia (adibite alla percezione del segnale extracellulare) e di flagelli (formati da nove coppie di microtubuli e funzionale alla mobilità della cellula).
Struttura: i microtubuli sono dei lunghi polimeri di Tubulina. La tubulina è un eterodimero di tubulina alfa e tubulina beta, due polipetti di globulari che si completano a vicenda per formare 13 protofilamenti lineari che si uniscono a creare una struttura cava cilindrica.
Esistono dei legami longitudinali tra le varie molecole di tubulina ma anche dei legami laterali tra Alfa e alfa e beta e beta dei protofilamenti. Si formano quindi strutture particolari con uno spazio al centro.
Ogni componente della topolina contiene al suo interno una molecola di GTP: quando contenuto nella tubulina Alfa non viene mai ironizzato per ottenere energia, contenuto nella tubulina Beta e responsabile della stabilità dei microtubuli perché viene idrolizzato a GDP destabilizzando l’intera struttura del microtubulo.
La tubulina si differenzia dall’actina grazie all’utilizzo di un nucleotide trifosfato diverso dall’ATP, in questo caso il GTP.
CITOSCHELETRO- MICROTUBULI- differenza di polarità all’interno microtubuli?
Differenza di polarità all’interno dei microtubuli? Sì all’interno di questi protofilamenti si trova l’alternanza di tubulina Alpha e tubulina Beta che crea una polarità all’interno del filamento. Il polo positivo è dovuto alle beta situate all’estremità periferica, il polo negativo è dovuto alla presenza dell’Alfa sulle estremità più centrale vicino al centro organizzatore dei microtubuli.
Tornando a paragonare microtubuli con filamenti di actina abbiamo anche qua una struttura polare e troviamo in entrambi i casi dei legami con delle molecole che sei idrolizzate possono portare alla destabilizzazione dell’intero complesso: la differenza è che nei microtubuli che possiedono dei legami laterali Alfa alfa e beta Beta rendono l’intera struttura più rigida e resistente e nello stesso tempo le rendono sature.
CITOSCHELETRO- MICROTUBULI- instabilità dinamica
Instabilità dinamica: come nel caso dell’actina anche microtubuli sono sottoposti a un’instabilità dinamica, cioè a momenti di polimerizzazione o crescita rapida in cui vengono aggiunte subunità di Alfa e beta-tubuline seguite da momenti di depolimerizzazione in cui il filamento viene accorciato.
* durante la crescita vengono aggiunti tanti dimeri di alfa e beta tubulina nella forma T, come per l’actina attivata. Questo processo va poi a formare un cappuccio di GTP con funzione di protezione del microtubulo dal di assemblamento. Può accadere che questo cappuccio di GTP venga perso oppure che nel corso del tempo venga igienizzato andando a creare un instabilità all’interno dei microtubuli: in questo caso vengono perse delle subunità di tubulina alfa e tubulina beta e ci sarà un rapido di assemblamento.
* ad un certo punto avviene un salvataggio da parte della tubulina legata al GTP, che si va a legare all’estremità in fase di accorciamento e le va’ a bloccare. Questo legame stabilizza di nuovo il microfono che entra in una fase di crescita rapida.
* questo processo avviene in continuazione nei microtubuli e in alcuni casi questo processo viene influenzato da alcune proteine accessorie
CITOSCHELETRO- MICROTUBULI- perchè la tubulina GDP dovrebbe diminuire la stabilità del microtubulo?
Perché la tubulina GDP dovrebbe diminuire la stabilità del microtubulo? Quando l’estremità del microtubulo ha un cappuccio GTP la conformazione strutturale dei legami porta ad avere una struttura stabile e lineare, dove vari eterodimeri sono legati gli uni agli altri in modo regolare.
Quando il GTP viene idrolizzato a GDP avviene un cambiamento conformazionale della tubulina e la struttura si incurva rompendo i regali laterali. Quindi il microtubulo cresce o decresce in funzione della quantità di GTP o GDP legato alla tubulina. Il filamento entra in una fase di catastrofe in seguito all’idrolisi della GTP.
Si può dire quindi che la concentrazione di tubulina legata al GTP e limitante: quando la tubulina informa T è disponibile, dopo una fase di latenza iniziale, viene aggiunta velocemente al microtubulo creando un grosso cappuccio di tubulina GTP. Se la sua concentrazione diminuisce, la velocità di aggiunta della tubulina diminuisce sino a un livello soglia di tubulina GTP in cui la velocità di idrolisi del GTP ad un estremo del microtubulo e superiore alla velocità di aggiunta della nuova topolina GTP, in forma di, risultando nella contrazione del cappuccio GTP
CITOSCHELETRO- MICROTUBULI- sostanze stabilizzanti e destabilizzanti
Sostanze stabilizzanti e destabilizzanti: come per l’actina, anche nei microtubuli esistono delle molecole naturali o sintetiche con la possibilità di legarsi al filamento per stimolarne la stabilità o la depolimerizzazione.
* Taxolo: si lega al microtubulo con capacità di stabilizzarlo punto rende difficile l’idrolisi del GTP a GDP e le tubuline non si smantellano
* Nocodazolo e la colchicina: Portano destabilizzazione che provoca lo smantellamento, in quanto dopo il loro legame con il microtubulo avviene l’idrolizzazione del GTP.
Queste sostanze possono essere utilizzate per impedire la mitosi
