Microtubuli - Altervista

Il citoscheletro
• Definizione operativa: è l’insieme di
strutture filamentose, di natura
proteica, che restano nel citoplasma
della cellula eucariotica dopo
estrazione con detergenti non ionici.
ISTOLOGIA UNIPG
citoscheletro
RETE MICROTRABECOLARE
CITOSCHELETRO
È costituito da 3 classi di proteine del citosol che si
aggregano a formare filamenti specifici
Microtubuli di 25 nm di diametro, composti dalla
proteina globulare tubulina
Filamenti intermedi di 10 nm, formati da diverse
proteine fibrose, che variano nei diversi tipi cellulari
Microfilamenti di 5 nm, composti dalla proteina
globulare actina
A
Microtubuli
B Filamenti intermedi
ISTOLOGIA
C
Microfilamenti o filamenti sottili (di actina)
UNIPG
Schema
che
raffigura i
tre tipi di
elementi
citoscheletrici
CITOSCHELETRO
•Fornisce un supporto stabile per organuli e
macromolecole entro il citoplasma libero
•Presiede alla motilità cellulare (traffico
citoplasmatico di organuli e vescicole, raggruppamento
o clustering dei recettori di membrana, emissione di
pseudopodia, divisione cellulare, locomozione, ecc.)
•Contribuisce a definire la forma della cellula.
Due tipologie di citoscheletro
- Citoscheletro Statico
(microtubuli e filamenti intermedi)
- Citoscheletro Dinamico
(microfilamenti e proteine contrattili associate)
Citoscheletro Dinamico
• Nel citoplasma, ci sono molecole capaci di
variare attivamente la loro posizione reciproca
nello spazio e che, interagendo con
l’impalcatura, generano il movimento. Queste
macromolecole sono l’actina, le miosine, le
molecole miosina-simili e le proteine con
funzione di regolazione ad esse associate.
I microfilamenti
I microfilamenti sono
formati da una
proteina globulare,
l’actina-G (42 kD), che
polimerizza in filamenti
polarizzati di actina-F.
Sono presenti in tutte
le cellule e, in misura
maggiore, nelle cellule
contrattili.
IS
Formano una rete che
stabilizza la forma
cellulare e che può
anche permetterne il
cambiamento
G
P
I
N
U
A
I
G
O
L
TO
Si trovano anche nei microvilli e nelle stereociglia
L’actina
• E' una proteina globulare di p.m. 43.000 dalton.
• I monomeri sono indicati come actina G e sono capaci di
polimerizzare formando una struttura simile ad una collana
di perle detta di actina F.
• I filamenti polimerizzati si intrecciano a due a due a spirale
formando i microfilamenti, visibili al M.E. raggruppati in
fasci.
•
L'attività biologica dell'actina si esplica nel legame con la
miosina, attivando la capacità di quest'ultima di catalizzare
la scissione dell'ATP.
Microfilamenti di actina: assemblaggio
ISTOLOGIA UNIPG
Monomeri di actina G polimerizzano in lunghi filamenti di actina
F (spessore 7 nm circa)
Microfilamenti: la miosina
• La miosina ha un p.m. di 460.000 dalton, è un esamero
formato da due catene pesanti, di p.m. 200.000 dalton e
da quattro catene leggere uguali a due a due con p.m.
diversi secondo le cellule considerate (15-27 Kda).
• Due catene leggere sono dette essenziali è sono
indispensabili per lo svolgimento della catalisi nella
scissione dell'ATP (attività ATPasica), mentre le altre
due catene leggere sono dette regolatrici, e controllano
il rapporto con l'actina.
Attività
ATPasica
ISTOLOGIA UNIPG
Interazione actina-miosina
nella contrazione muscolare
I filamenti di actina formano fasci di varia
lunghezza in base alle funzioni da svolgere nelle
cellule non muscolari. Questi fasci si associano in
tre differenti tipi:
Reti gelificate in associazione alla filamina
(impalcatura della corteccia cellulare)
Fasci paralleli in associazione a villina e fimbrina
(impalcatura dei microvilli)
Fibrille contrattili in associazione alla miosina
(movimento di vescicole e organelli, eso- ed
endocitosi, migrazione cellulare)
1) RETI GELIFICATE: Corteccia cellulare
Membrana plasmatica
ISTOLOGIA UNIPG
actina
filamina
E’ composta da un fitto feltro di actina e proteine di collegamento, tra
le quali spicca la filamina. La proteina gelsolina (in presenza di Ca++
ed ATP) rompe i filamenti di actina diminuendo la viscosità della rete
gelificata, consentendo così variazioni di forma cellulare o la fusione
di vescicole e granuli di secrezione con il plasmalemma.
Strutture citoscheletriche all’interno del microvillo
ISTOLOGIA UNIPG
sezione
sezione
longitudinale
trasversale
ISTOLOGIA UNIPG
L’impalcatura citoscheletrica
dei microvilli si continua con il
terminal web (trama
terminale) una rete contrattile
di actina e spettrina.
La contrazione della trama
determina una espansione dei
microvilli e una loro maggiore
efficienza nell’assorbimento.
ISTOLOGIA UNIPG
Microfilamenti
della trama
terminale
ISTOLOGIA UNIPG
Ciglia e microvilli possono coesistere
nella stessa cellula
ISTOLOGIA UNIPG
3) FIBRILLE CONTRATTILI: associazioni con la miosina
ISTOLOGIA UNIPG
ACTINA
MIOSINA
ISTOLOGIA UNIPG
Il movimento
cellulare
ISTOLOGIA
Movimento
migratorio di
un
fibroblasto in
coltura
In azzurro: zone di
aggregazione di actina
UNIPG
Motilità cellulare actino-mediata: movimento
ameboide
1. L’estroflessione di uno pseudopodio è un movimento
propulsivo dovuto alla polimerizzazione di G-actina in Factina ma non comporta il movimento complessivo della
cellula.
2. In questa fase, lo psudopodio si ancora al substrato
tramite la formazione adesiva detta placca di adesione
3. Solo dopo la formazione della placca di adesione, la
retrazione attiva produce movimento dell’intera cellula
verso il punto di contatto dello pseudopodio con il
substrato. La retrazione è dovuta all’interazione contrattile
actina-miosina con consumo di ATP.
Microvilli
ISTOLOGIA
In sezione
longitudinale
UNIPG
zonula
occludens
Microvilli
In sezione
trasversale
FILAMENTI INTERMEDI (FI)
• Sono le strutture più stabili e insolubili del
citoscheletro
• Sono presenti solo negli organismi
pluricellulari
• Sono raggruppati in sei classi che sono
presenti a seconda del tipo di tessuto
Classi dei FI
• I classe
• II classe
• III classe
• IV classe
• V classe
• VI classe
cheratine acide
cherat. basiche o neutre
vimentina
desmina
GFAP*
prot. dei neurofilam. (NF)
lamìne nucleari A, B e C
nestina
(epiteli)
(epiteli)
(fibroblasti, cell. endotel.)
(cellule muscolari)
(astrociti, c. di Schwann)
(neuroni)
(involucro nucleare)
(in varie cellule staminali)
* proteina fibrillare acida della glia delle cellule nervose
Filamenti intermedi nei
desmosomi
ISTOLOGIA
Placca di
desmoplachina
desmogleine
Filamenti di
citocheratina
UNIPG
Filamenti intermedi
nel neurone:
I neurofilamenti
ISTOLOGIA
UNIPG
I microtubuli
• Nella cellula in interfase costituiscono una
impalcatura per gli organelli e per
mantenere la forma cellulare.
• Compongono il fuso mitotico e meiotico
(sono strutture labili)
• Sono presenti nelle ciglia e nel flagello
(come strutture stabili)
I microtubuli
I microtubuli sono formati da 13
protofilamenti di subunità alternate di
tubulina α e β (55 kD).
5-7 nm
+
Sono strutture polarizzate
Formano un’impalcatura di sostegno per gli
organuli cellulari
Costituiscono una via preferenziale di
movimento per le vescicole di secrezione e,
nell’assone, partecipano al trasporto
assonico.
Formano l’apparato del fuso (nella mitosi e
nella meiosi)
Formano l’assonema nelle ciglia e nei
flagelli, contribuendo al loro movimento.
-
13
1
Polarità dei microtubuli, che presentano un’estremità
(-) ed una estremità (+)
ISTOLOGIA
Microtubuli e proteine motore:
https://www.youtube.com/watch?v=QAmazVNphBw&list=
PLAOupnsiftwdaiyfsWrG2VsONuOELyQzW&index=2
Polarità dei microtubuli, che presentano un’estremità
(-) ed una estremità (+)
ISTOLOGIA
UNIPG
Microtubuli nella cellula in interfase
ISTOLOGIA
UNIPG
Immunofluorescenza con anticorpi anti-tubulina
MAP: chinesina e dineina citoplasmatica
CHINESINA
ISTOLOGIA
UNIPG
Molecole di chinesina e di dineina citoplasmatica
fungono da motori microtubulari, veicolando ipotetici
organelli lungo un microtubulo
DINEINA
CITOPLASMATICA
altre animazioni
• Molecular Motor Struts Like Drunken Sailor
• https://www.youtube.com/watch?v=-7AQVbrmzFw
• Molecular motors, built from proteins, are a kind of
transport service that keep us functioning by trafficking
essential chemical packages throughout the cell. To
understand how molecular motors work, some researchers
are creating animations. Here, each "leg" of a molecular
motor called dynein moves as it progresses along a cellular
structure called a microtubule. New data—collected by a
team led by Samara Reck-Peterson and published online
Jan. 8, 2012, in "Nature Structural & Molecular
Biology"—suggest that dynein's walk is even stranger than
the one modeled.
MAP: chinesina bipolare
ISTOLOGIA
La chinesina bipolare potrebbe mediare lo scorrimento reciproco dei
microtubuli (ad esempio, quelli dell’apparato mitotico)
Microtubuli del fuso mitotico colorati (in verde) con anticorpi fluorescenti antitubulina (i cromosomi sono in rosso).
ISTOLOGIA
UNIPG
CIGLIA E FLAGELLI
ISTOLOGIA
Le ciglia sono appendici
cellulari lunghe dai 5 ai 10
µm, di diametro pari a
circa 0,2 µm. Perciò, sono
al limite del potere
risolutivo del MO.
UNIPG
a
b
Spermatozoi di cavia (a) e umani (b). Il
flagello può raggiungere i 60 µm di
lunghezza nell’uomo.
Ciglia in sezione trasversale e longitudinale al ME
ISTOLOGIA
UNIPG
Organizzazione 9+2
dell’assonema
Struttura del ciglio
ISTOLOGIA
UNIPG
B1
ISTOLOGIA
B2
A
UNIPG
A
Fuso mitotico con microtubuli (A) e le due
coppie di centrioli (diplosomi, B1 e B2)
Centriolo dell’apparato mitotico: la
struttura del corpo basale è
identica a quella del centriolo
ISTOLOGIA
A
Spermatozoo in sezione longitudinale (A) e
trasversale, a vari livelli (B)
UNIPG
B
Scorrimento dei tubuli
ciliari
ISTOLOGIA
UNIPG