Proteine Contrattili - Riassunto Lehninger Principles of Biochemistry PDF

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riassunti su actina, miosina e contrazione muscolare...

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PROTEINE CONTRATTILI Si definiscono motori molecolari le proteine che permettono il movimento grazie ad attività ATPasica. A livello cellulare funzionano come singole unità, mentre per la contrazione muscolare agiscono come fibre. Sono collegate a proteine filamentose o a elementi del citoscheletro, che però non si considerano motori perché non consumano ATP. 

Motori molecolari: miosina, actina dipendente, contrazione cellulare; chinesina, microtubulo dipendente, trasporto e rimodellamento cellulare; dineina, microtubulo dipendente, trasporto e rimodellamento cellulare.

CONTRAZIONE MUSCOLARE Processo che coinvolge actina e miosina. Proteine organizzate in filamenti che, attraverso interazioni transitorie, scivolano gli uni sugli altri producendo la contrazione. ACTINA -

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Proteina monomerica, formata da 2 domini e 4 sottodomini, in forma globulare (G-actina) Presente in tutte le cellule eucariotiche Presenta dei siti di legame per la miosina, per la tropomiosina che la stabilizza e per ATP e uno ione bivalente metallico (Mg2+/Ca2+) che servono per il processo di polimerizzazione che produce filamenti di actina (F-actina) F-actina = polimero a catena doppia di monomeri di actina con orientamento testa-coda; nel filamento ogni monomero contiene ADP che è stato idrolizzato per favorire la sintesi del filamento. Si definisce treadmilling il processo di rigenerazione del filamento di actina mantenendo la sua lunghezza costante grazie all’equilibrio dinamico tra i processi di aggiunta di monomeri di actina all’estremità + e di dissociazione all’estremità -, che si realizza quando la concentrazione di Gactina è 0,1μM. Se la concentrazione è maggiore, il filamento si allunga (v di sintesi > v di dissociazione), se la concentrazione è minore, il filamento si accorcia. L’F-actina costituisce i filamenti sottili insieme a tropomiosina e troponina nel processo della contrazione muscolare

MIOSINA -

Proteina costituita da 6 subunità: 2 catene pesanti e 4 catene leggere Regione carbossiterminale: catene pesanti ad α elica superavvolte con andamento sinistrorso a formare la coda fibrosa Regione amminoterminale: le catene pesanti formano due domini globulari, con attività ATPasica e a cui sono associate 2 catene leggere (2 per dominio globulare) che hanno funzione di regolazione (teste) Vi sono due punti di snodo: uno nella coda fibrosa e uno tra la coda e le teste; sono sensibili all’azione idrolitica rispettivamente delle proteasi tripsina e papaina Le miosine interagiscono attraverso le code fibrose e si aggregano in strutture a bastoncello, i filamenti spessi, che presentano i domini globulari proiettati verso l’esterno con distribuzione sfalsata ad entrambe le estremità della struttura

MUSCOLO SCHELETRICO È organizzato in fasci paralleli di fibre muscolari, grandi cellule multinucleate derivanti dalla fusione di più cellule, che spesso hanno lunghezza pari a quella del muscolo. Le fibre sono costituite da miofibrille, formate da un gran numero di filamenti spessi e sottili organizzati in sarcomeri, le unità funzionali della struttura muscolare, e circondate da un sistema di vescicole membranose piatte, il reticolo sarcoplasmatico. Le fibre presentano un’alternanza di regioni a diversa densità: le bande A, al centro dei sarcomeri, sono formate da filamenti spessi al centro (zona H), che si dispongono con orientamento coda-coda verso il disco M, formato da paramiosina, proteina C e proteina M, e alle due estremità laterali dalla sovrapposizione dei frammenti spessi e di quelli sottili; le bande I, isotrope, formate solo da filamenti sottili, presentano al centro il disco Z, una struttura perpendicolare ai filamenti, formata da proteine α-actinina, vimentina e desmina, che ancorano i filamenti sottili. Si definisce sarcomero la struttura compresa tra due dischi Z, che funge da unità contrattile: si accorcia durante la contrazione muscolare con seguente scomparsa della zona H e diminuizione dimensioni banda A. l’accorciamento del sarcomero corrisponde macroscopicamente (?) alla contrazione dell’intero muscolo (può avere un’estensione di un terzo di quella a riposo) I filamenti sottili presentano delle molecole associate all’actina: -

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Tropomiosina, proteina a bastoncino formata da due subunità α e β che si avvolgono ad α-elica; è disposta sui due lati della F-actina e va a contatto con 7 monomeri di actina del filamento, bloccando i siti di legame per le teste della miosina, agendo così come regolatore dell’interazione actinamiosina e quindi della contrazione muscolare Troponina, proteina trimerica, formata dalle subunità I, inibitoria (inibisce le interazioni actina-miosina e l’attività ATPasica della miosina), C, che lega il calcio, e T, responsabile della formazione del complesso, lega tutte le molecole presenti

Tn-C ha 4 siti di legame per Ca2+: 2 all’estremità N-terminale con bassa affinità; 2 all’estremità C-terminale con alta affinità. I siti ad alta affinità, alle concentrazioni cellulari sono sempre saturi, mentre quelli a bassa affinità sono responsabili della regolazione della contrazione muscolare. PROPAGAZIONE DELL’IMPULSO -

Impulso nervoso del nervo motore Vescicole di neurotrasmettitori rilasciate dalle terminazioni assoniche Neurotrasmettitore interagisce con i recettori post-sinaptici/della placca motrice Depolarizzazione della membrana sarcoplasmatica, che presenta una struttura formata da tubuli, che permettono la propagazione dell’alterazione del potenziale di membrana, e penetra nelle fibre all’altezza del disco Z Apertura dei canali sarcolemmatici del Ca2+ Il Ca2+ dalle cisterne del reticolo va nel citoplasma dove ci sono le fibre muscolari Interagisce con i siti a bassa affinità (N-terminali) della troponina-C: la concentrazione di Ca è di circa 10-7M, con la propagazione dell’impulso passa a 10-5M per cui i siti a bassa affinità legano il calcio, avviando così una modificazione conformazionale: a riposo TnC, TnT, TnI e tropomiosina formano un complesso che copre i siti di legame dell’actina per la miosina; quando la TnC lega il calcio, si modifica e sposta tutto il complesso scoprendo i siti di legame, così la miosina può legare i filamenti di actina.

CONTRAZIONE MUSCOLARE 12345-

Attivazione attività ATPasica della testa della miosina, porta a idrolisi di ATP, grazie ad attacco nucleofilo di H 2O. ADP e Pi restano legati alla testa della miosina Avviene il primo ripiegamento, a livello della papaina, che porta la testa della miosina a legare il sito dell’actina Il Pi viene rilasciato e induce così un altro ripiegamento della miosina che avvicina le catene di actina alla linea M (=contrazione) Durante lo scorrimento delle catene viene rilasciato ADP Il legame di ATP fa ricominciare il ciclo, provocando la rottura dell’interazione tra actina e miosina e ristabilendo così le conformazioni di partenza

Il Ca2+ deve rientrare nel reticolo sarcoplasmatico perché il processo ritorni allo stadio iniziale: trasporto attivo contro gradiente grazie a pompa SERCA. La situazione in cui è stato sottratto il calcio ma non c’è ATP che vada a legare la miosina e a separare i due filamenti provoca il crampo o il rigor mortis in quanto il muscolo rimane contratto. POMPA SERCA -

ATPasi di tipo P Ogni ciclo trasferisce 2 ioni Ca2+ dal citosol al lume del reticolo Formata da: un dominio transmembrana multipasso; tre domini rivolti verso il citosol: dominio A-attuatore, dominio P-di fosforilazione, dominio N-di legame del nucleotide. Si può trovare in due conformazioni: E1, aperta, consente l’entrata degli ioni calcio, e E2, chiusa. 1- Si legano gli ioni calcio sul sito di riconoscimento nel dominio transmembrana e l’ATP sul dominio N 2- Il dominio N si sposta e fosforila (attività chinasica) il residuo di Asp 361 del dominio P 3- Il dominio P fosforilato subisce una modifica conformazionale (E2) che si trasmette a tutta la pompa e provoca il rilascio sul versante luminale degli ioni calcio 4- Il dominio A si sposta e provoca il rilascio di ADP, mentre il dominio P si defosforila (dominio A ha anche attività di fosfatasi) 5- Il dominio A ritorna alla posizione iniziale e a sua volta tutta la pompa torna in conformazione E1...