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Citoscheletro
Citoscheletro
• Densa rete di fibre proteiche
• Altamente dinamico
• Conferisce alla cellula:
– Resistenza meccanica
– Controllo della forma
– Permette ed indirizza il movimento
• 3 tipi di fibre:
– Unità Globulari
• Microtubuli
• Microfilamenti
– Unità Fibrose
• Filamenti Intermedi
Componenti
del
Citoscheletro
Componenti
del
Citoscheletro
Come appaiono i componenti del
citoscheletro in una cellula osservata
al TEM (fibroblasto)
Confronto tra i componenti
A forma di cavo
10nm
lunghi cilindri cavi
costitituiti da tubulina
25nm
2 polimeri di actina
avvolti a elica, flessibili,
7nm
Microtubuli
Microtubuli
• Sub-unità globulari
– Tubulina
• Sono i filamenti più grossi
– Diametro 25 nm
– Lunghezza diversi µm
• Strutture molto dinamiche
• Assemblano-disassemblano
• Ruolo strutturale
• Permettono movimenti
• Componenti di Ciglia e
Flagelli
Funzione dei Microtubuli
-sostegno e forma alle
cellule
-trasporto degli organelli e
organizzazione interna alle
cellule;
-formazione del fuso
mitotico e separazione dei
cromosomi;
-ciglia e flagelli
I microtubuli
•
La tubulina è un dimero, formato da due
subunità di sequenza aminoacidica simile,
chiamate tubulina α e tubulina ß.
•
I dimeri di tubulina polimerizzano a
formare lunghe catene chiamate
protofilamenti.
•
Nella cellula i protofilamenti sono
assemblati a gruppi di tredici in una
struttura che nel complesso forma il
microtubulo.
•
I protofilamenti si avvolgono a spirale di
passo sinistrorso e decorrono paralleli tra
di loro intorno all'asse del microtubulo
Formazione dei microtubuli
• Ogni volta che una molecola di tubulina si
lega al complesso polimerico il GTP è
idrolizzato a GDP.
GTP  GDP
I microtubuli sono polarizzati con una parte
negativa a crescita lenta e una parte positiva a
crescita rapida.
Centrosoma e Centrioli
• La formazione dei
microtubuli avviene in
un area denominata
MTOC: Centro
Organizzatore dei
MicroTubuli
• Nell’interfase il MTOC
prende il nome di
Centrosoma localizzato
vicino al nucleo e
associato con due
Centrioli circondati da
materiale
pericentriolare
Centrioli e Centrosoma
• Costituiti da triplette di
microtubuli disposti a
cerchio
• Questi rappresentano
centri di organizzazione
dei microtubuli (MTOC)
Centro Organizzatore dei
Microtubuli
• Il materiale pericentriolare
presenta due proteine
 -Tubulina
- Conformazione ad anello alla
base del microtubulo nascente
- Serve da stampo nella
nucleazione
- Pericentrina
La porzione negativa del microtubulo è collegata con il MTOC.
Dinamica dei Microtubuli
La vita media della tubulina è di circa un giorno. La
vita media di un microtubulo è di soli 10 minuti. Sono
in continuo stato di assemblaggio e disassemblaggio.
Questa caratteristica è detta “instabilità dinamica”.
La crescita dei microtubuli è influenzata da molti
fattori quali ad esempio la divisione cellulare e il
movimento. Ad esempio, la crescita di un microtubulo è
controllata dalla prsenza alla sua estremità di una
struttura come ad esempio una membrana.
Il movimento delle vescicole o degli organuli cellulari
all’interno della cellula dipende dai microtubuli e dalle
proteine ad essi associate (MAP)
Instabilità dinamica dei microtubuli
Video 9.1
Microtubuli, fuso
mitotico e centrioli
• Centrioli
"organizzano" i
microtubuli per la
divisione cellulare
Sostanze che bloccano la mitosi agendo sul
citoscheletro sono utilizzate per la cura del cancro
• Colchicina, colcemide, vincristina e
vinblastina
– Si legano alla tubulina e impediscono la
formazione dei microtubuli (polimerizzazione)
– Questo blocca la mitosi
• Taxolo
– Stabilizza i microtubuli,
– Anche questo blocca la mitosi
Proteine associate ai microtubuli
MAP (microtubules associated proteins)
proteine associate ai microtubuli
– Sono proteine ad alto peso molecolare
– Arrivano a costituire il
20 % della massa totale
Proteine associate ai microtubuli
•Due classi di MAP
– MAP non motrici
• In grado di coordinare l’organizzazione dei
microtubuli nel citoplasma
– MAP motrici
• Chinesina e Dineina
•Il movimento delle vescicole o degli organelli
cellulari all’interno della cellula dipende dai
microtubuli e dalle proteine ad essi associate
(MAP)
MAP di tipo I
Map1: mediano il legame dei
microtubuli con altri componenti
del citoscheletro o con proteine
di membrana
MAP di tipo II,
Map2 (dendriti), Map4
(ubiquitaria) e Tau (assoni):
stabilizzano i microtubuli
Video 9.2
Altri tipi di MAP,
Molte legano le estremità dei
microtubuli e ne regolano la
polimerizzazione.
Es.: catastrofina, include EB1,
EB2, EB3, CLIP170, CLIP115.
MAP Motrici
• Chinesina e Dineina
– Fanno da ponte fra i
microtubuli e le
vescicole intracellulari
– Si muovono in direzioni
opposte sui microtubuli,
che agiscono da binario,
trasportando le vescicole
intracellulari
Teste Globulari
– Catene pesanti
• Legano i microtubuli e l’ATP
MAP
Motrici
• Attività ATPasica
– Il legame e l’idrolisi
dell’ATP permettono il
movimento
Zona della coda
– Catene pesanti e leggere
• Legano gli organelli cellulari
o le vescicole da movimentare
Video 9.3 e 9.4
Movimento delle MAP Motrici
Video 9.1
MAP Motrici
• Chinesina
– Si muove verso
porzione positiva
la
• Dineina
– Si muove verso quella
negativa
Video 9.5
Trasporto assonico
Neurone
Dendriti
Assone
Vescicola
Trasporto
assonico
Chinesina
Dineina
Microtubulo
Trasporto Assonico
• Microtubuli orientati con
estremità + verso il
terminale assonico
• Autostrada per il
trasporto delle sostanze
sintetizzate nel corpo
cellulare (trasporto
anterogrado)
• Trasporto retrogrado
veicola materiale dal
terminale assonico al
corpo cellulare
Ciglia e Flagelli
Microtubuli raggruppati a formare
strutture per il movimento
– 9+2 coppie di microtubuli
– Associati alla Dineina
Ciglia
• Strutture mobili che si proiettano dalla
superficie libera di alcuni epiteli
– Trachea, Tube di Falloppio
• Lunghezza 7-10 µm
– Possono arrivare anche a metà
della lunghezza della cellula
• 300 ciglia per cellula
• Richiedono ATP per il
movimento
• Movimentano sostanze sulla superficie
Ciglia
Movimento utile per la pulizia delle superfici
Non fumatori
Fumatori
Movimento delle ciglia
MAP Motrici
Nel movimento di ciglia e flagelli avviene lo
scorrimento dei microtubuli per mezzo di MAP
motrici
Flagelli
• Disposizione dei microtubuli e
richieste di ATP simile a ciglia
• Movimento di singole cellule
• Molto lunghi
– 3-4 volte la lunghezza della cellula
• Uno per cellula
– Alcuni Batteri
– Protozoi
– Spermatozoi
Spermatozoi
• 9+2 coppie di microtubuli
• Dineina e altre proteine per movimento
Microfilamenti
Microfilamenti
• Filamenti di actina
sono sottili e
flessibili
• Accorpati piuttosto
che isolati
• Associati alla
membrana plasmatica
Microfilamenti
• Ubiquitari
– Movimento cellulare
– Supporto strutturale
– Producono la forza contrattile
interagendo con la Miosina
• Filamenti sottili 6-7 nm
• Actina
– Globulare (G) e Filamentosa (F)
Localizzazione Microfilamenti
Microvilli
Anima e
rete basale
Stress fibers
Appendici della
cellula in movimento
Anello
contrattile
durante
divisione
cellulare
I microfilamenti si associano alla membrana plasmatica
Es.: Spectrina: eritrociti; Distrofina: muscolo
Spectrina: eritrociti
Distrofina: muscolo
Diverse proteine interagiscono con l’actina
con fini differenti:
- Favorire la nucleazione (ARP2/3)
- Inibire la polimerizzazione (Timosina)
- Stabilizzare le estremità (Cap Z)
- Stabilizzare i filamenti (Filamina)
- Riorganizzare le fibre tagliandole
(Gelsonina e Cofilina)
Miosine
Il motore molecolare
dell’actina è la miosina.
Le miosine sono di due
tipi:
-miosina muscolare, si
trova nelle fibrocellule
muscolari;
-miosina non muscolare
si trova negli altri tipi
muscolari.
Contrattilità muscolare
Organizzazione dell’actina e della miosina muscolare
Esempi di contrattilità e motilità non muscolare
Citodieresi
Microfilamenti e movimento cellulare
• Cellula spinge prolungamenti in avanti
Lamellipodi e Filopodi
• Protrusioni aderiscono alla superficie
Contatti focali
• Il corpo della cellula
viene tirato a rimorchio
Lamellipodi
Filopodi
Contatti focali
Lamellipodi e Filopodi
Microfilamenti e movimento cellulare
I movimenti coordinati che le cellule compiono spostandosi
su una superficie sono in sequenza:
1) estensione del bordo avanzante,
2) attacco del bordo avanzante al substrato,
3) distacco dell’adesioni focali e retrazione del bordo
posteriore
Dinamicità della organizzazione
dei Microfilamenti
CDC42
Rac
Rho
Microvilli
• Digitazioni della membrana
plasmatica
• Porzione luminale degli epiteli
• Aumentano la superficie di una
cellula di circa 30 volte
• Lunghezza 0.5-1mm
• 3000 per cellula
Microvilli
• Rene ed Intestino
Tenue
• Rete di actina e
proteine associate
– Allungano ed
accorciano i microvilli
– Impediscono
intasamento della
superficie
Cellule capellute
della coclea:
stereociglia
Filamenti Intermedi
Filamenti Intermedi
• “Bastoncini” resistenti e
flessibili
– Circa 10 nm di spessore
– Protofilamenti
• Sub-unità proteiche arrotolate
l’una sull’altra
• Solo organismi pluricellulari
• Composizione proteica e
dimensioni variabili
• Sostegno meccanico
– Abbondanti in zone di stress
meccanico
Filamenti Intermedi
• Resistenza a stress meccanici
Video 9.6
Classi dei filamenti intermedi
• I classe
– Cheratine Acide
• II classe
– Cheratine Basiche o Neutre
• III classe
– Vimentina, Desmina e GFA
glia delle cellule nervose)
• IV classe
(proteina fibrillare acida della
– Proteine dei Neurofilamenti (NF)
• V classe
– Lamine nucleari A, B e C
• VI classe
– Nestina
Distribuzioni tissutale dei filamenti intermedi
• Cheratina in cellule epiteliali
• Vimentina in tessuto connettivo, muscolo
e cellule di sostegno del sistema nervoso
• Desmina in cellule muscolari
• GFA nelle cellule della glia
• Neurofilamenti in cellule nervose
• Nestina nei procursori neuronali
• Lamina è ubiquitaria
Cheratinociti
Desmosomi e Tonofilamenti
Rafforzano le zone sottoposte a stress meccanico
Epitelio di transizione
IFs
• Filamenti intermedi
particolarmente
importanti
• L’epitelio di
distende e ritrae
continuamente
• Vescica
Citoscheletro e Giunzioni
Cellulari