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Motilità e Citoscheletro

Motilità e Citoscheletro. MOVIMENTI INTRACELLULARI E MOTILITA ’ DELLE CELLULE STESSE Indispensabili per la sopravvivenza di molti organismi Spermatozoo, globuli bianchi, neuroni CITOSCHELETRO Impalcatura interna delle cellule Supporto alle proteine motrici

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Motilità e Citoscheletro

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Presentation Transcript

  1. Motilità e Citoscheletro • MOVIMENTI INTRACELLULARI E MOTILITA’ DELLE CELLULE STESSE • Indispensabili per la sopravvivenza di molti organismi • Spermatozoo, globuli bianchi, neuroni • CITOSCHELETRO • Impalcatura interna delle cellule • Supporto alle proteine motrici • Assemblaggio e disassemblaggio delle proteine del CS producono movimento

  2. CITOSCHELETRO:Sistema di filamenti che svolge funzioni spaziali e meccaniche nella cellula • organizzazione spaziale delle cellule • forma e movimento • riarrangiamento dei componenti interni durante la crescita e la divisione cellulare • mitosi • traffico intracellulare di organelli e molecole • sostegno alla membrana plasmatica • guida la crescita della parete cellulare vegetale

  3. La cellula è in grado di costruire grandi strutture citoscheletriche mediante assemblaggio di numerose piccole subunità • Assemblaggio/disassemblaggio permettono al citoscheletro di cambiare rapidamente forma • In questo modo le cellule possono subire rapide • riorganizzazioni strutturali disassemblando • filamenti in un sito e riassemblandoli in un altro • Formazione di filamenti da una piccola • Proteina • B) Rapida riorganizzazione del citoscheletro in • una cellula in risposta ad un segnale esterno

  4. LE TRE CLASSI DI ELEMENTI CITOSCHELETRICI: MICROTUBULI MICROFILAMENTI FILAMENTI INTERMEDI

  5. TUBULINE E ACTINE: LE PROTEINE PRINCIPALI DI MICROTUBULI E MICROFILAMENTI •TUBULINA •PESO MOLECOLARE 50 kDa •LEGA GTP O GDP •È IN GRADO DI IDROLIZZARE IL GTP •ACTINA •PESO MOLECOLARE 42 kDa •LEGA ATP O ADP •È IN GRADO DI IDROLIZZARE L’ATP Filamenti Intermedi Unità: famiglia eterogenea di proteine

  6. TUBULINE E ACTINE: LE PROTEINE PRINCIPALI DI MICROTUBULI E MICROFILAMENTI •TUBULINA •IL FILAMENTO È ASIMMETRICO E IN EQUILIBRIO DINAMICO •PROTEINE ACCESSORIE STABILIZZANO IL FILAMENTO •PROTEINE MOTRICI ATPASICHE CAMMINANO LUNGO IL FILAMENTO •ACTINA •IL FILAMENTO È ASIMMETRICO E IN EQUILIBRIO DINAMICO •PROTEINE ACCESSORIE STABILIZZANO IL FILAMENTO •PROTEINE MOTRICI ATPASICHE CAMMINANO LUNGO IL FILAMENTO

  7. ACTINA: L’unità di base è un monomero

  8. TUBULINA: L’unità di base è un dimero

  9. I microtubuli • La tubulina è un dimero di p.m. 110 kDa, formato da due subunità di sequenza amminoacidica 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

  10. + -

  11. Formazione dei microtubuli • Il primo stadio di formazione è detto nucleazione e richiede tubulina, magnesio ed energia (GTP). Questa fase è molto lenta fino all’inizio della formazione. La seconda fase è detta allungamento, e procede molto più rapidamente. • Durante la fase di nucleazione una molecola di alfa e una di beta tubulina si uniscono a formare un eterodimero. Questo si unisce ad altre molecole di tubulina a formare un oligomero che si allunga a formare i protofilamenti

  12. La crescita del microtubulo avviene più velocemente all’estremità positiva

  13. Se non intervengono proteine stabilizzatrici, i microtubuli alternano rapide fasi di allungamento e di accorciamento

  14. cappuccio di GTP GDP GTP • I dimeri di tubulina che si aggiungono al tubulo legano GTP. • Dopo la aggiunta, ma non immediatamente, il GTP viene idrolizzato a GDP. •Gli ultimi dimeri aggiunti formano quindi un “cappuccio di GTP” • Il legame dei dimeri leganti GTP è più stabile di quelli leganti GDP.

  15. Centrioli e corpibasali Nella cellula i microtubuli in genere originano da centri organizzatori,costituiti da triplette di microtubulidisposti a cerchio. IL CENTROSOMA, CENTRO DI ORGANIZZAZIONE DEI MICROTUBULI (MTOC), PUÒ CONTENERE UNA COPPIA DI CENTRIOLI, MA NON IN TUTTI GLI ORGANISMI.

  16. Centro Organizzatore dei Microtubuli • Il materiale pericentriolare presenta due proteine: - La tubulina g • La pericentrina • Le due proteine sono associate e la tubulina g assume una conformazione ad anello alla base dei microtubuli nascenti. • Questa proteina serve da stampo durante la nucleazione

  17. La struttura dei centrioli (e dei corpi basali di flagelli e ciglia)

  18. Organizzazione intracellulare dei MICROTUBULI Microtubuli responsabili del traffico intracellulare Aiutano la separazione dei cromatidi durante la divisione cellulare

  19. Sostanzechebloccano la mitosiagisconosulcitoscheletroutilizzati per la cura del cancro • Colchicina, colcemide, vincristina e vinblastina • Si leganoallatubulina e impediscono la formazionedeimicrotubuli (polimerizzazione) • Questoblocca la mitosi • Taxolo • Stabilizzaimicrotubuli, • Anchequestoblocca la mitosi

  20. SEZIONI TRASVERSALI DI ASSONI: Sono evidenti numerosi microtubuli e neurofilamenti (filamenti intermedi) I MICROTUBULI (O NEUROTUBULI) SONO ALLA BASE DEL TRASPORTO ASSONICO. I NEUROFILAMENTI HANNO FUNZIONE STRUTTURALE

  21. Proteine associate ai microtubuli: MAP • Sono proteine definite come MAP (microtubules associated proteins) o proteine associate ai 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 ovviamente influenzata da molti fattori quali ad esempio la divisione cellulare e il movimento. Un modo per controllare la crescita di un microtubulo è porre alla sua estremità 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)

  22. Proteine associate ai microtubuli • Le MAP sono proteine ad alto p.m. compreso tra 290 kDa dalton (MAP1) e 350 kDa dalton (MAP2) e arrivano a costituire il 20% della massa totale. • Le MAP appartengono a due classi di proteine: le MAP motrici, e le MAP non motrici. Le MAP motrici comprendono la chinesina e la dineina, le MAP non motrici sono in grado di coordinare l’organizzazione dei microtubuli nel citoplasma.

  23. microtubules actin filaments microtubules

  24. Movimento intracellulare Due MAP motrici sono ad esempio le chinesine e la dineina, due proteine che fanno da ponte fra i microtubuli e le vescicole intracellulari. La chinesina e la dineina sono capaci di muoversi sui microtubuli che agiscono da binario in direzioni opposte, trasportando le vescicole intracellulari. PROTEINE MOTRICI CAMMINANO LUNGO I TUBULI IDROLIZZANDO ATP. Una vescicola legata ad un microtubulo da proteine motrici.

  25. STRUTTURA DELLA CHINESINA

  26. Microtubuli e proteine motrici determinano il traffico di vescicole nella cellula eucariote

  27. I microtubuli formano la struttura interna di ciglia e flagelli e, insieme a proteine motrici, generano il loro movimento

  28. Sezione trasversale di ciglia: un sistema ordinato di microtubuli è circondato da membrana plasmatica

  29. ALLE BASE DI FLAGELLI E CIGLIA SI TROVA UN CORPO BASALE, FORMATO DA 9 GRUPPI DI TRE TUBULI, IDENTICO AI CENTRIOLI PRESENTI NEI CENTRI ORGANIZZATORI DEI TUBULI I tubuli A e B di ogni terzetto del corpo basale si continuano nei tubuli A e B delle doppiette periferiche del ciglio.

  30. actin filaments (F-actin) (rhodoamin-phaloidin) intermediate filaments (IF) (anti-vimentin) Microtubules (MT) (anti-tubulin)

  31. L’ACTINA PERMETTE IL MOVIMENTO AMEBOIDE DELLE CELLULE

  32. I FILAMENTI DI ACTINA SONO CONCENTRATI AL MARGINE GUIDA DI UNA CELLULA MOBILE

  33. Actina 6 geni nell’uomo: 4 diverse α-actine (muscolo) β e γ-actina (non muscolare) 2-10% proteine totali L’actina è la più abbondante proteina nelle cellule: - 2% del totale delle proteine nelle cellule - 10-20% nelle cellule muscolari

  34. Struttura del filamento di actina (F-actina) Ogni filamento è costituito da due protofilamenti, che si avvolgono l’uno sull’altro con un giro che si ripete ogni 37 nm. Tutte le subunità all’interno del filamento hanno lo stesso orientamento. Ogni singola subunità di actina è una singola catena polipeptidica globulare (G-actina) che presenta un sito di legame per ATP. Ogni filamento è polarizzato: E+: polimerizza più velocemente (crescita rapida) E-: polimerizza meno velocemente (crescita lenta)

  35. I filamenti di actina fanno assumere alla cellula una grande varietà di forme e compiere funzioni diverse. A) microvilli, B) fasci contrattili citoplasmatici (stress fibers), C) espansioni fogliformi (lamellipodi) e digitiformi (filopodi), D) anello contrattile durante la divisione cellulare

  36. POLIMERIZZAZIONE DELL’ACTINA • Ogni monomero di actina (actina globulare, [G]) ha siti di legame forti • che mediano le interazioni testa-coda con due altri monomeri • Perciò i monomeri di actina polimerizzano formando filamenti • (actina filamentosa [F]) • Poiché tutti i monomeri di actina sono orientati nella stessa direzione, • i filamenti di actina hanno una polarità distinta nelle loro estremità: • Estremità a barbigli (“barbed”), estremità più (+) • Estremità appuntita (“pointed”), estremità meno(-).

  37. Assemblaggio e struttura dei filamenti di actina (A) I monomeri di actina (actina G) polimerizzano formando filamenti di actina (actina F). Il primo passo è la formazione di dimeri e trimeri, che in seguito si accrescono mediante l’aggiunta di monomeri ad entrambe le estremità. (B) Struttura di un monomero di actina. (C) Modello “space-filling” della F actina. Sono rappresentati 14 monomeri di actina in colori diversi (da Chen et al., J Struct Biol 139:82, 2002).

  38. Actina

  39. Polimerizzazione reversibile dei monomeri di actina. • La polimerizzazione dell’actina è un processo reversibile in cui i monomeri possono sia associarsi che dissociarsi dalle estremità dei filamenti di actina. • La velocità di associazione delle subunità è proporzionale alla concentrazione di monomeri liberi ed è data da • C x kon (C= concentrazione dei monomeri liberi). • La velocità di dissociazione delle subunità (koff) è indipendente dalla concentrazione dei monomeri [Per Smith & Wood forse dipende dalla concentrazione di monomeri]. • Si raggiunge un equilibrio apparente ad una concentrazione critica di monomeri (Cc), per la quale koff=CcxKon. La concentrazione di subunità libere in soluzione all’equilibrio è detta concentrazione critica, Cc. Cc = Koff/Kon

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