Microfilamenti - Sintesi per la preparazione dell\'esame di Citologia e Istologia PDF

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Sintesi per la preparazione dell'esame di Citologia e Istologia...

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Microfilamenti I microtubuli, microfilamenti e filamenti intermedi hanno diametri diversi tra di loro, sono visibili al microscopio elettronico: Quindi: Microtubuli: dai 15 ai 25 nm Microfilamenti: dai 5 agli 8 nm Filamenti intermedi: dagli 8 agli 11 nm

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Cosa fanno i microtubuli? Le vescicole si possono muovere lungo un assone ad una velocità non troppo elevata, la vescicola si sposta perché ci sono dei motori proteici agganciati ad essa, e grazie a questo scorrono lungo i microtubuli (i microtubuli si trovano sulla componente microtubulare dal citoscheletro). Con questo fattore il citoscheletro diventa una via di transito per lo spostamento di alcuni organelli. Come si studiano le componenti microtubulari dei microfilamenti? Si utilizzano due sostanze: Colchicina: Interferisce con l’assembramento delle componenti microtubulari, viene usata per studiare il fuso mitotico durante la mitosi. Falloidina: Si lega ai microfilamenti è risulta fluorescente. È utilizzata per studiare le componenti più fini all’interno delle cellule.

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Microtubuli Possono essere: Più sviluppati o meno a seconda della cellula. Per esempio nelle cellule dove vengono trasportate sostanza in maniera più fine sono più sviluppati e devono rimanere ancorati alla componente micro tubulare.

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*Es: Mentre l’ovocita si sta formando succede che: Diventa una cellula gametica (cellula con metà corredo cromosomico) Si sta evolvendo il suo citoplasma. Il nucleo sta dividendo il suo corredo cromosomico diventerà aploide Stanno avvenendo modificazioni citoscheletriche che permetteranno agli mRNA di essere chiusi all’interno del citoscheletro. Questo avviene sui filamenti intermedi Le proteine si trovano bloccate sui microtubuli con i motori molecolari, con questo si spostano all’interno del citoplasma.

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Dove si trovano i microtubuli? I microtubuli si trovano nei: •

Fibroblasti: sono estesi largamente e formano una raggiera in una cellula molto estesa

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Neuroni: sono all’interno del corpo cellulare, sono direzionati in una posizione (dal nucleo verso l’assone). Trasportano le vescicole agli assoni oppure le vescicole recettoriali ai dendriti (c’è traffico di vescicole). Ciò che è rovinato ritorna tramite via endocitotica al corpo cellulare, dove si trova: L’apparato di Golgi (le sostanze di scarto vengono distrutte dai lisosomi), RER e liscio.

Da cosa è composto il microtubulo? È composto da: •

Un dimero: alfa e beta tubulina che sono due proteine ripiegate in maniera terziaria, con diversi beta foglietto e alfa elica e varie anse, così facendo diventano strutture globulari ripiegate.

Assembramento di alfa e beta • • • •

Si polimerizzano in maniera verticale e formano un proto filamento Nel protofilamento c’è la parte iniziale dove c’è il GDP che formerà una catena: GDP-alfa elica-GDPGTP-GDP. Si formeranno 13 protofilamenti che formano un microtubulo La struttura non è assemblata in maniera dritta, ci sono dei legami laterali che si formano tra alfa e beta, questi sono legami a idrogeno, e nella parte più interna ci saranno le forze di Van der Waals

Formazione microtubulo Sono presenti i dimeri alfa e beta tubulina ed in mezzo a questi c’è la GTP e sulla beta può esserci o GTP o GDP • •

GTP: si attaccherà ad altre tubulina e nel momento in cui si collega si idrolizza GDP: non si attaccherà

La prima tubulina beta che ha il GTP si aggancia sull’alfa e si idrolizza e polimerizza. Aggiungendosi formano il proto filamento, dove altri proto filamenti si aggiungono accanto e formano legami idrogeno con l’alfa, formando una struttura circolare. Il microtubulo ha due estremità: • •

Estremità positiva: c’è più associazione e meno dissociazione e si trova verso la periferia della cellula. Estremità negativa: c’è più dissociazione, si trova verso il nucleo.

Velocità di dissociazione e associazione Dipende da quanti ciaperoni portano le tubuline e quante componenti GTP ci sono a disposizione e dalla parte adesiva di GTP. La componente beta che ha il GTP determina l’associazione e ci deve essere la disponibilità di tubulina che sia caricata con GTP, la velocità di associazione è indipendente dalla concentrazione delle componenti della tubulina.Una volta che il microtubulo si è associato, questo diventa GDP e diventa dissociabile e quindi risulterà immodificabile, però mettendo un cappuccio proteico la struttura diventa più stabile e indissociabile. Come mai durante il processo di dissociazione avviene la forma a ventaglio?

Questo avviene perché durante la dissociazione il filamento tende a curvarsi perché il GDP rende la struttura più debole e tende a curvarsi, succede che si staccano singoli componenti di tubulina e piccoli tratti di protofilamenti. Il legame a idrogeno si allontana e la porzione si distacca. Legami tra tubulina e tubulina • • •

Legami a idrogeno Ci possono essere forze di Van der Waals I microtubuli possono essere orientanti a raggiera (nei fibroblasti), parallelamente (negli assoni)

Chi forma i microtubuli? I microtubuli vengono formati da una proteina speciale chiamata gamma tubulina, scoperta nella matrice pericentriolare, cioè nel centrosoma Il centrosoma si può evidenziare mettendo un anticorpo antitubulina, dal quale si vede che è presente una forte percentuale di tubulina intorno al materiale del centrosoma, cioè il materiale pericentriolare. Il centrosoma è formato da due centrioli, posizionati ortogonalmente nello spazio dove si vede tutta una zona chiamata materiale pericentriolare. Centriolo • • • •

Organizzato da 3 microtubuli Ogni microtubulo formato da 13 filamenti, alcuni di questi sono condivisi da due microtubuli Un microtubulo ne ha 13 e gli altri condividono una parte di questi proto filamenti 3 microtubuli formano una parte del centriolo, quindi è composto da 9 triplette di microtubuli

Chi li forma? Sono sviluppati dalla proteina gamma tubulina La gamma tubulina è formata da: • • •

Una struttura ad anello fatto ad elica Funge da stampo su cui si attaccano le varie componenti e consentono alla microtubuline laterali di fare legami a idrogeno Corredata da altre proteine, il complesso prende il nome di gamma TuRC.

Come avviene il movimento cellulare? Il movimento avviene quando viene aggiunto o sottratto una delle componenti di tubulina Tra le due estremità c’è una porzione centrale chiamata organizzatore centrale, ed è l’organizzatore che forma il microtubulo. Le cellule possono aumentare nello spazio, vengono poi bloccate e incappucciate da delle proteine chiamate MAP e possono essere di due tipi:

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MAP chinasi: hanno una funzione importante per l’assemblaggio e rimaneggiamento delle tubuline. Vengono chiamate anche MAP chinasi o motori proteici quelle che si muovono lungo i microtubuli MAP Tip: formano i cappucci

Queste proteine sono importanti in quanto allungano e determinano la velocità di allungamento in quanto le MAP trasportano la tubulina.

Funzioni delle MAP: • • •

Distruggono il cappuccio di GTP e quindi il microtubulo si accorcia. Le MAP o chiudono il cappuccio di GTP o lo rimuovono Provocano un taglio nel microtubulo e come conseguenza delle zone con GTP e GDP si apriranno. Le MAP tagliano i microtubuli e hanno il compito di rimaneggiarli nello spazio Le MAP possono portare i dimeri oppure rimuoverli

MAP Tip Funzioni: • •

Aiutano a tenere insieme le tubuline lateralmente mentre avviene la polimerizzazione dei vari protofilamenti nel microtubulo. Sono considerate parte integrante della classe delle MAP e quindi partecipano alla formazione del microtubulo.

La costituzione e formazione del microtubulo dipende dalle MAP, i microtubuli vengono nucleati dalle tubuline e una volta formati nella cellula vengono rimaneggiati, ricostruiti e spostati dalle MAP

Tra le Map abbiamo: • • • •

Tip: Aiutano ad assemblare tutte le parti dei proto filamenti Ciaperorinine: portano via o portano ai protofilamenti in costruzione le tubuline cariche e portano via quelle scariche Hanno la funzione di taglio del microtubulo: viene polimerizzato e spostato da un’altra parte Bloccano il cappuccio di GTP: sono proteine cappuccio che si ancorano alla parte corticale del citoplasma vicino la membrana plasmatica

Esistono due MAP importanti che determinano la lunghezza e il numero di microtubuli: • •

XMAP215: stabilizza la crescita ed il numero dei microtubuli MCAK: destabilizza, quindi accorcia il numero dei microtubuli. Responsabile della rimozione dei microtubuli.

Le MAP che stabilizzano e destabilizzano i microtubuli agiscono in coppie per determinare le dimensioni di una struttura di microtubuli. L’inattivazione di MAP destabilizzanti porta alla formazione di una struttura più grande con un maggior numero di microtubuli. L’inattivazione di MAP stabilizzanti ha l’effetto opposto.

Esistono due motori proteici: • •

Dineine: si muovono verso l’estremità negativa, quindi verso il nucleo Chinesine: si muovono verso l’estermità positiva, quindi verso la membrana plasmatica.

Struttura delle Dineine e delle Chinesine Dineine • • •

Hanno uno stelo che si attacca alla testa, la quale si collega con la tubulina Due teste per stabilizzare il contatto con la tubulina Uno stelo e una cosa, il complesso è fatto in modo che possa attaccarsi a un carico vescicolare o ancorarsi a delle proteine per far scorrere i microtubuli. Hanno una doppia valenza, cioè una è quella di muoversi lungo il microtubulo portando il carico, l’altra è quella di agganciarsi con la testa a una porzione fissa e far scorrere il microtubulo al di sotto

Chinesine • • •

Ha due teste che si attaccano alle tubuline Le due catene formano un’elica superavvolta, lo stelo Ha uno stelo è due code

I motori proteici come muovono due microtubuli? Due chinesine messe a X permettono lo scorrimento di due microtubuli facendoli spostare da una parte all’altra, in modo tale che scorrono uno su l’altro oppure possono stabilizzarli in una sola posizione bloccandoli. Quindi i due steli, tramite le cose, si stabilizzano tra loro legandosi e formando una conformazione a X. La chinesina usa due modi per muoversi: •

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Movimento strisciante (scorrimento): La chinesina ha uno scorrimento, un’apertura delle gambe, dove si allenta e si accorcia, quindi su una subunità alfa viene fissa una testa mentre l’altra viene idrolizzata si allunga e si appoggia alla successiva subunità, dopodiché scorre quella rimanente. Movimento testa contro testa: la testa si stacca, ruota, si appoggia ad alcune tubuline, si fissa e l’altra testa compie la stessa manovra.

Spostamento dei carichi proteici I canali proteici, spostano i carichi, come delle vescicole. Come agiscono per gli spostamenti Vengono utilizzati due spostamenti: • •

Tiro alla fune: a seconda della quantità di chinesina o dineina la vescicola si sposta dove c’è una maggior quantità di esse Coordinazione: il motore proteico è attivo solo in una porzione, o quello della chinesina o quello della dineina.

La dineina è in grado di portare in maniera autonoma piccoli carichi attaccandoli alla coda. Per i carichi più grandi si lega alla proteina dinactina che stabilizza il legame con la vescicola, dando più forza e resistenza alla Dineina. Da questo si

forma il complesso di dinactina che forma il carretto intorno alla vescicola. La dinactina è costituita da Arp1, simile a un microfilamento che si lega ad un’altra proteina, la spectrina in questo caso è doppia e arrotolata ed è fissata alle anchirine, legate a loro volta ad integrine di membrana vescicolare. C’è un consumo di ATP per ogni spostamento (almeno 3/4) Assonema L’assonema è un organizzatore delle componenti micro tubulari in un flagello Ha una struttura complessa composta da: • • • • •

9 coppie di microtubuli più 2 centrali Ci sono proteine braccio radiale che si ancorano sulla guanina e tengono fisse ed equidistanti le coppie di microtubuli dalle coppie centrali Le dineine sono fissate lateralmente, servono a dare resistenza e forza All’esterno c’è la seconda guanina, formata da membrana plasmatica, e riveste tutta la struttura All’interno del microtubulo c’è il citoplasma, enzimi che servono per risistemare i microtubuli.

Microfilamenti I microfilamenti sono composti da: • • •

Un monomero, la g-actina, una proteina globulare Vi è una fessura all’interno che è una molecola di ATP Sotto l’ATP c’è la cerniera

L’ATP serve per la polimerizzazione della g-actina, per farla legare ad un’altra g-actina per formare una struttura a doppia catena laterale da sopra. Nel filamenti l’actina polimerizza sia dal basso che dall’alto. La crescita di actina dipende dalle molecole di g-actina che possono essere aggiunte Funzioni della actina: •

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Si trova nei microvilli: escrescenze citoplasmatiche nell’intestino (5-8 nm). I microfilamenti si orientano parallelamente le une alle altre per formare la struttura delle escrescenze citoplasmatiche, così facendo la superficie di assorbimento intestinale aumenta. Stereociglia: si trovano negli organi di udito, formano impalcature di microfilamenti e sono fisse. Le ciglia o stereo cigli sono mobili formate dall’assonema.

Polimerizzazione dell’actina È un processo che si basa sulla velocità ed è attivato dal pH della cellula, quando la cellula diventa basica. Esistono due modi: • •

Per polimerizzazione di un complesso già presente, dato dall’enzima filamina che porta i componenti di tubulina al sistema Grazie al complesso ARP2 e ARP3 che mima la G-actina, a cui si legano una serie di proteine, questo complesso viene attivato dalle proteine G e SCAR, inibitore del recettore accoppiato dall’AMP ciclico, oppure da altre proteine di membrana come le WASP e WAVE.

Quando è fondamentale l’ATP per la polimerizzazione? La polimerizzazione è forte nel momento in cui è presente la ATP-actina. Nel momento in cui avviene la polimerizzazione le molecole di G-actina per essere attivate e aderite devono essere ATP-actina. L’ATP diventa ADP+P quando un monomero di G-actina aderisce. L’ATP serve per legare i monomeri di actina. Il processo è continuo. Per bloccare il tutto si usano delle proteine di servizio, quelle che controllano la stabilità dei filamenti di actina. Esistono diverse tipologie: • • • • • • • • •

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Profillina: come la MAP chinasi. Porta i monomeri di actina a un filamento pronto, funzione enzima. Complesso ARP2-ARP3: funzione di neo-filamenti, quindi la loro creazione Miosine di tipo 2: della concentrazione Miosine a “V”: motori molecolare Filamina: stabilizzatore a croce dei filamenti di actina, li ristabilizza a formare una maglia, funzione enzimatica e meccanica, perché funziona attraverso l’ATP. Fimbrina ed Avillina: proteine associate all’actina, mantengono paralleli i filamenti di actina Titina Nebulina Proteine dal cappuccio: stabilizzano la crescita e decrescita del filamento, bloccaggio del sito. Queste proteine sono importanti perché è presente una tipologia importante: la formina, proteine che legandosi alle code dell’actina non fanno passare la profillina. Cofilina: effetto enzimatico, si attacca in punti di actina per far sì che l’ADP+P diventi ATP, facendo staccare il pezzo

Proteine regolatrici di cappuccio Esistono due tipologie: • •

CAPZ: fanno parte della famiglia Gelsolisine, incappucciano la coda insieme ad altre gelso lisine. Funzionano grazie ad una molecola di membrana, il PP2 (fosfolipide di membrana) Tropomoduline: limitano la lunghezza dei filamenti di actina nel muscolo striato

La Miosina • •

Ha una coda/polpaccio, una testa di actina con legame per ATP, sito di legame per l’actina Intorno alla struttura dell’actina ci sono delle catene leggere che permettono alla testa di piegarsi senza spezzarsi, quindi aiutano il movimento fluido, può portare dei carichi e questo gli permette di scorrere lungo l’actina mediante l’idrolisi dell’ATP.

Filamenti Intermedi Hanno un diametro dagli 8 agli 11 nanometri sono intermedi tra i microfilamenti e i microtubuli. Non vengono polimerizzati e depolimerizzati nello stesso modo ma hanno proteine filamentose che hanno la capacità di rendere elastica la cellula, danno elasticità e resistenza meccanica alla cellula. Essi impartiscono forza fisica a cellule e tessuti: trazione, compressione ed elasticità.

Sono formati nella cellula e ci sono diverse tipologie di filamenti intermedi a seconda delle tipologie cellulari, possono avere forma diversa in base alla resistenza elastica della cellula. Ci sono filamenti più elastici o statici di altri Struttura dei filamenti intermedi È composta da: • • •

Una testa ammino-terminale Un bastoncino (parte di mezzo) Una coda carbossi-terminale di amminoacidi

Dove varia la lamina nucleare? •

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La coda è più lunga e la testa molto più corta, con pochi amminoacidi, La parte conservata è diversa, infatti testa e coda presentano la stessa porzione (entrambi di colore blu) conservata rispetto alla parte conservata nei filamenti intermedi citoplasmatici La parte conservata della testa e della coda si pensa siano dei domini, che rappresentano dei siti di blocco per l’azione di alcuni enzimi, per esempio gli enzimi che fosforilano si azionano solitamente sulla testa e sulla coda, nei filamenti intermedi citoplasmatici ci sono diversi siti di attivazione(per la fosforilazione) mentre per la lamina nucleare ci sono due siti: uno per la coda e uno per la testa.

Come si associano i filamenti intermedi? Si associano tra di loro due catene (complete con testa e coda) di filamenti intermedi si associano tra esse. Le due Teste e le due code si affiancano tra di loro e formano (una catenella) legami a idrogeno separatamente, in maniera tale da avere le due teste ad un’estremità e le due code all’estremità opposta, andando a formare un’unica catena composta da due filamenti. Successivamente un’unica catena di due filamenti si lega tramite legame a idrogeno con un’altra catena costituita sempre da due filamenti. Si legano sfalsatamente, in maniera tale che la testa della prima catena sia vicina alla coda della seconda, e così a seguire. Lateralmente si formano legami tra testa-testa e coda-coda mentre longitudinalmente tra testa-coda e coda-testa. Due catene associate tra loro formano un tubulo. Più tubuli costituiscono un filamento intermedio citoplasmatico. E invece come si associa la lamina nucleare? Invece per quanto riguarda le lamine la coda si va a sovrapporre sulla testa. È proprio questa diversa associazione che da più resistenza (meccanica) alle lamine piuttosto che ai filamenti intermedi citoscheletrici. Per questo motivo la barriera nucleo-citoplasma è garantita dalla presenza di queste lamine, soprattutto la lamina B (lungo il perimento della membrana nucleare, andando a formare la barriera), la barriera è attraversabile solo attraverso una fosforilazione accanita. Il fatto che ci sia questa legame così forte è perché ci sono molti legami a idrogeno con tante interazioni, ed è proprio questo che rende potente questa associazione Esistono 6 tipi di filamenti intermedi: TIPO I E TIPO II, SONO LE CHERATINE (K) 1. Quelle del tessuto cheratinizzato sono cheratine K1, K10 e K9 2. Nella parte mucosa (intermedia, quelle che accumuna le due tipologie di tessuto) sono espresse delle cheratine diverse, come K4, K13. 3. Le cellule basali, invece, sono uguali, ci sono la K5 e la K14 che sono espressione delle cellule basali staminali 4. Negli epiteli semplici, troviamo stesse cheratine nelle cellule basali, mentre nella parte differenziata ci sono le K8 e le K18, altre tipologie di cheratine.

TIPO III Sono le cheratine che troviamo in tante diverse tipologie di cellule, soprattutto nei fibro...