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Citoscheletro, Appunti di Citologia

Descrizione del citoscheletro, sue componenti e interazioni con le dinamiche del ciclo cellulare.

Tipologia: Appunti

2015/2016

Caricato il 29/01/2016

lyrie256
lyrie256 🇮🇹

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CITOSCHELETRO
Formato da proteine. Non è presente nelle cellule batteriche a causa della scarsa
compartimentalizzazione. Si distingue in tre categorie:
MICROTUBULI
Polimeri di tubulina. Si aggregano in dimeri formando un tubo con un diametro di 25nm. Nella
cellula prendono origine da uan zona specifica, il centrosoma. Non è un organulo, ma una struttura
formata da due centrioli, formata da microtubuli, e materiale pericentriolare. Il centrosoma è
presente nella zona centrale della cellula in interfase. In mitosi I centrioli interverranno nella
formazione del fuso mitotico, formato da microtubuli, che aiuterà la cellula a stabilire una divisione
equa del materiale cellulare. I microtubuli del fuso depolimerizzano e vanno a far parte del
citoscheletro.
Sono implicati in movimenti di tipo ameboide della cellula, facendo da asse per speudopodi, o
rappresentando binari dove si muovono vescicole. Rappresentano la base strutturale di ciglia e
flagelli.
La tubuline è presente in tue varietà: alpha e beta. Si formano quasi esclusivamente eterodimeri,
elementi composti di tubulina alpha e tubulina beta. Il peso molecolare è simile. Entrambe
presentano un sito di legame per la GTP. Quando si uniscono due molecole, si legano anche due
molecole di GTP, ma solo uno dei due ha funzione GTP-asica. Sulla parte corrispondente al C-
terminale troviamo siti di legami per ioni calcio, ma anche siti di legame per MAPs, che possono
prendere contatto con il microtubulo e avere effetti diversi.
La colchicina ha la proprietà di bloccare la polimerizzazione dei microtubuli.
I microtubuli formano lamine di tredici protofilamenti. In seguito la lamine si richiude formando un
tubo. Si può riprodurre sperimentalmente la polimerizzazione della tubulina a partire da primers di
tubulina e a condizione di pH e temperatura specifici. In vitro l'accrescimento del microtubulo
sembra arrivare a una dimensione stazionaria. Dipende dal fatto che il microtubulo è sensibile a
quanta tubulina si è consumata per foramare il microtubulo rispetto alla tubulina libera rimasta in
vitro. La disposizione regolare degli eterodimeri fa sì che un'estremità del microtubulo sia diversa
dall'altra. La conseguenza è che si possono distinguere due estremità: le due estremità del
microtubulo sono diverse. Si distinguono sensibilmente nella capacità che hanno non tanto di
allungarsi e accorciarsi, ma nella velocità con cui questi processi avvengono. La velocità maggiore
si ha all'estremità +, mentre all'estremità - si nota la velocità minore.
Allo stato di mulinello si ha una costanza di lunghezza, perché si forma un equilibrio dinamico di
polimerizzazione e depolimerizzazione. Nella cellula una sola estremità è attiva. L'estremità –
(associata a un centrosoma), infatti, è inattiva. Il blocco è rappresentato da un complesso ad anello,
formato da tubulina gamma. Il treadmilling fa sì che il microtubulo termini con un cappuccio
formato da altre proteine, non dalla gamma tubulina. In vitro l'estremità meno è bloccata, mentre il
treadmilling avviene all'estremitò più. A seconda di quanta tubulina libera c'è ci aspetteremo che
l'estremità più polimerizzi o depolimerizzi. Alla concentrazione critica del microtubulo si forma il
treadmilling. In vitro, sebbene l'estremità meno sia bloccata, si rimane nelle condizioni di equilibrio.
Statico. Tuttavia, in cellula viva, un microtubulo qualsiasi va contemporaneamente in conto ad una
depolimerizzazione rapidissima seguita immediatamente da una ripolimerizzazione. Rimane da
spiegare come mai nella cellula pur essendoci una concentrazione di tubulina all'equilibrio vediamo
un continuo processo di polimerizzazione e depolimerizzazione. Evidentemente entra in gioco un
secondo fattore: intanto in vivo I microtubuli sono organizzati a partire dal centrosoma (MTOC,
microtubule organization centre). I microtubuli si angolano al centrosoma con l'estremità meno,
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CITOSCHELETRO

Formato da proteine. Non è presente nelle cellule batteriche a causa della scarsa compartimentalizzazione. Si distingue in tre categorie: MICROTUBULI Polimeri di tubulina. Si aggregano in dimeri formando un tubo con un diametro di 25nm. Nella cellula prendono origine da uan zona specifica, il centrosoma. Non è un organulo, ma una struttura formata da due centrioli, formata da microtubuli, e materiale pericentriolare. Il centrosoma è presente nella zona centrale della cellula in interfase. In mitosi I centrioli interverranno nella formazione del fuso mitotico, formato da microtubuli, che aiuterà la cellula a stabilire una divisione equa del materiale cellulare. I microtubuli del fuso depolimerizzano e vanno a far parte del citoscheletro. Sono implicati in movimenti di tipo ameboide della cellula, facendo da asse per speudopodi, o rappresentando binari dove si muovono vescicole. Rappresentano la base strutturale di ciglia e flagelli. La tubuline è presente in tue varietà: alpha e beta. Si formano quasi esclusivamente eterodimeri, elementi composti di tubulina alpha e tubulina beta. Il peso molecolare è simile. Entrambe presentano un sito di legame per la GTP. Quando si uniscono due molecole, si legano anche due molecole di GTP, ma solo uno dei due ha funzione GTP-asica. Sulla parte corrispondente al C- terminale troviamo siti di legami per ioni calcio, ma anche siti di legame per MAPs, che possono prendere contatto con il microtubulo e avere effetti diversi. La colchicina ha la proprietà di bloccare la polimerizzazione dei microtubuli. I microtubuli formano lamine di tredici protofilamenti. In seguito la lamine si richiude formando un tubo. Si può riprodurre sperimentalmente la polimerizzazione della tubulina a partire da primers di tubulina e a condizione di pH e temperatura specifici. In vitro l'accrescimento del microtubulo sembra arrivare a una dimensione stazionaria. Dipende dal fatto che il microtubulo è sensibile a quanta tubulina si è consumata per foramare il microtubulo rispetto alla tubulina libera rimasta in vitro. La disposizione regolare degli eterodimeri fa sì che un'estremità del microtubulo sia diversa dall'altra. La conseguenza è che si possono distinguere due estremità: le due estremità del microtubulo sono diverse. Si distinguono sensibilmente nella capacità che hanno non tanto di allungarsi e accorciarsi, ma nella velocità con cui questi processi avvengono. La velocità maggiore si ha all'estremità +, mentre all'estremità - si nota la velocità minore. Allo stato di mulinello si ha una costanza di lunghezza, perché si forma un equilibrio dinamico di polimerizzazione e depolimerizzazione. Nella cellula una sola estremità è attiva. L'estremità – (associata a un centrosoma), infatti, è inattiva. Il blocco è rappresentato da un complesso ad anello, formato da tubulina gamma. Il treadmilling fa sì che il microtubulo termini con un cappuccio formato da altre proteine, non dalla gamma tubulina. In vitro l'estremità meno è bloccata, mentre il treadmilling avviene all'estremitò più. A seconda di quanta tubulina libera c'è ci aspetteremo che l'estremità più polimerizzi o depolimerizzi. Alla concentrazione critica del microtubulo si forma il treadmilling. In vitro, sebbene l'estremità meno sia bloccata, si rimane nelle condizioni di equilibrio. Statico. Tuttavia, in cellula viva, un microtubulo qualsiasi va contemporaneamente in conto ad una depolimerizzazione rapidissima seguita immediatamente da una ripolimerizzazione. Rimane da spiegare come mai nella cellula pur essendoci una concentrazione di tubulina all'equilibrio vediamo un continuo processo di polimerizzazione e depolimerizzazione. Evidentemente entra in gioco un secondo fattore: intanto in vivo I microtubuli sono organizzati a partire dal centrosoma (MTOC, microtubule organization centre). I microtubuli si angolano al centrosoma con l'estremità meno,

tornando progressivamente a una situazione standard. Poi il microtubulo si riaccorcia e il ciclo continua. L'aggiunta di eterodimeri con GTP dà al microtubulo sulla sua estremità più una certa stabilità favorevole all'allungamento. Ma appena il GTP viene idrolizzato la forma dell'eterodimero diventa scombinata, irregolare: invece di essere adatta all'allungamento, determina una depolimerizzazione catastrofica. Questo evento richiama allora altri eterodimeri che stabilizzano il microtubulo. Dunque gli elementi di stabilità e instabilità si susseguono serialmente, stabilendo l'instabilità dinamica. MAPs dinamiche Le kinesin-like proteins fanno slidare particelle o vescicole verso l'estremità più. Il movimento è garantito dall'idrolisi dell'ATP. Le dynein-like proteins fanno slidare particelle o vescicole verso l'estermità meno. I centrioli sono formati da 27 microtubuli. Il centrosoma è il centro organizzatore dei microtubuli della cellula. Ciglia Una parte degli epiteli di rivestimento sono classificati come CBA. Sono epiteli accompagnati da ciglia. Le ciglia sono formate da microtubuli, in una costituzione detta 9+2. Sono espansione della membrana apicale negli epiteli ciliati. La loro funzione è convogliare materiale superficiale. Le ciglia presentano una parte anche interna alla membrana. Sono costituite da tre sezioni: l' assonema , la parte fuori dalla membrana, il corpuscolo basale , dove si radica il ciglio nel citoplasma, e le radici ciliari , che vanno fino alla profondità della cellula. L'assonema presenta una morfologia particolare, evolutivamente molto conservata. È costituito da nove coppie di microtubuli laterali e due microtubuli centrali. Il corpuscolo basale ha l'aspetto di un centriolo. I suoi microtubuli sono in connessione con i microtubuli dell'assonema. Delle nove triplette che costituiscono il centriolo, due microtubuli su tre della tripletta fanno parte dell'assonema; inoltre vengono a mancare i due microtubuli centrali che compongono l'assonema. Nell'assonema sono presenti proteine, che hanno un ruolo strutturale o dinamico (MAPs strutturali e MAPs dinamiche). Dalla parte del corpuscolo basale si trova l'estremità meno dei mcirotubuli, menter l'estremità più rimane sull'estremità dell'assonema, resa molto stabile. Il movimento ciliare risente di questo orientamento. I fue microtubuli che compongono la coppia non sono uguali. Il microtubulo A è completo, costituito da 13 protofilamenti; il microtubulo B è incompleto, costituito da 10/11 protofilamenti. Quando il ciglio è fermo questa coppia è staccata. Le MAPs strutturali dei microtubuli sono:

  • nexina : tengono attaccate due coppie di microtubuli contigui
  • raggi di connessione : tengono le coppie periferiche attaccati alla guaina centrale Per ogni microtubulo A osserviamo due bracci formati di dineina , uno verso l'esterno e uno verso l'interno, protesi verso il mictoubulo B successivo, senza che questo venga toccato. FASE 1: Il ciglio si piega nel colpo efficace. FASE 2: Il ciglio effettua il colpo di ritorno. FILAMENTI INTERMEDI Sono generalmente tessuto-specifici. Possono essere tonofilamenti di cheratina, neurofilamenti,

miofibrille... si trovano su tutto il volume cellulare e hanno un ruolo strutturale. I filamenti intermedi hanno un diametro di 10-11nm. Alcuni filamenti intermedi, le lamine si dispongono nella parte interna della membrana nucleare, la lamina. La funzione delle lamine è la frammentazione dell'involcuro nucleare in fase di preparazione alla mitosi. Sono dunque anche l'unico elemento citoplasmatico presenti a livello del nucleo. I filamenti intermedi sono costituititi da 8 tetrameri (o quattro ottameri). FILAMENTI ACTINICI Formati da actina , proteina obiquitaria. Si chiamano microfilamenti a causa delle dimensioni. Hanno un diametro di 7nm. Hanno un ruolo fondamentale nei contatti con proteine, in particolare con la miosina , che assicura lo svolgimento della contrattività , creando delle contrazioni interne che possono essere necessarie per il fluire di materiali, per creare correnti citoplasmatiche. Le molecole di actina vanno a formare filamenti sia in cellule differenziate – soprattutto in cellule muscolari per la loro fondamentale funzione contrattile – sia in cellule staminali. I filamenti di actina si formano con orientamento sfalsato. G-actina , actina globulare, polimerizza in F-actina , actina filamentosa. La molecola di actina prima aver idrolizzato l'ATP presenta una formazione chiusa non adatta a formare un filmento, ma dopo di aver idrolizzato ATP sono fortemente spinte a polimerizzare. La polimerizzazione può essere impedita attraverso proteine. In vitro osserivamo la polimerizzazione dell'actina. In un momento iniziale sono necessari dei primers che richiedono un certo tempo per far iniziare la nucleazione; è dunque una fase piuttosto lenta. Questa fase può essere evitata aggiungendo in vitro un cocktail di primers già pronti. Il filamento actinico non è molto diverso da un microtubulo. Lo stato finale si raggiunge quando si crea un equilibrio fra actina libera e actina polimerizzata. Anche in questo caso si forma un modello a treadmilling , individuate un'estremità più dove l'aggiunta e perdita dei monomeri avviene rapidamente e un'estremità meno dove questi eventi avvengono con velocità più bassa. A bassissime concentrazioni di actina libera abbiamo un accorciamento ad entrambe le estremità. La forma cellulare più comune è quella polimerizzata, poiché la F-actina è molto stabile. Non c'è necessità di stabilizzare il microtubulo a causa della prevalenza di forme polimerizzate. Ci sarà dunque bisogno di dinamizzare la depolimerizzazione, raggiunta grazie a proteine che permettono ai filamenti di raggiungere conformazioni che normalmente non avrebbero. Ci sono proteine incappuccianti, proteine che impediscono la polimerizzazione, proteine che formano dei fascetti, proteine che bloccano un'estremità, proteine che tagliano e incappucciano. I microvilli precesantano una debole resistenza meccanica dovuta alla presenza di fascetti di filamenti actinici, costituiti in questa forma grazie a proteine modificatrici. I fascetti di filamenti actini si prolungano formando un reticolo di filamenti actinici, che prende il nome di trama terminale , sulla parte apicale della cellula e sulla membrana. Queste fanno poi parte delle fasce di adesione, associate alle fasce di occlusione. Queste proteine sono proteine strutturali. La miosina è importante invece sotto un punto di vista funzionale. Esistono molte varietà di miosina. La miosina II è quella più attiva nelle cellule. È un esamero formato da sei catene proteiche, due delle quali sono di dimensioni maggiori – catene pesanti , che presentano una testa e una coda ; le code si avvolgono per superelica. Su ciascuna delle teste di ancorano quattro catene leggere. Analizzando la molecola morfologicamente si individuano punti importanti: uno posto a due terzi della coda, dove la coda può flettersi, individuabile sulla base di una particolare attività enzimatica determinata dalla tripsina , e permetta la suddivisione della molecola in due parti, ovvero la parte a monte – meromiosina pesante – e la parte a valle – meromiosina leggera ; nella meromiosina