Citoscheletro, matrice extracellulare e giunzioni cellulari Le distrofie muscolari Malattie come la distrofia muscolare di Duchenne determinano la mancanza di proteine (come la distrofina) coinvolte nei sistemi giunzionali tra citoscheletro, proteine di membrana e matrice extracellulare. Questa mancanza determina la progressiva necrosi delle cellule e conseguente paralisi muscolari. Lezione 6: citoscheletro, matrice extracellulare e giunzioni Biologia e Genetica aa 2014/2015
Il citoscheletro della cellula è un impalcaltura 3D dinamica di fibre proteiche Microfilamenti Filamenti intermedi Microtubuli
Il Citoscheletro Fitta rete di fibre proteiche che solca il citoplasma Altamente dinamico Fornisce supporto meccanico alla cellula e consente il movimento Interagisce con strutture extracellulari, ancorando la cellula È coinvolto nel trasporto di materiali all interno della cellula È coinvolto nella divisione cellulare
I filamenti intermedi sono costituiti da subunità proteiche fibrose (+ stabili) I microtubuli e i microfilamenti sono costituiti da subunità proteiche globulari che sono continuamente assemblate e disassemblate
Microfilamenti o filamenti di actina Cortex cellulare Fibrille muscolari
Specializzazioni cellulari con citoscheletro di actina: i microvilli La mucosa intestinale è sollevata a formare i villi intestinali I villi intestinali sono rivestiti da un epitelio le cui cellule presentano microvilli a livelli della membrana
i microvilli sono immobili; il loro scopo è di aumentare la superficie di assorbimento dell epitelio
I filamenti intermedi Funzioni: Sostegno meccanico Stabilizzazione forma cellulare Esempi di filamenti intermedi Cheratine nelle cellule epiteliali Neurofilamenti nelle cellule nervose Nella sclerosi laterale amiotrofica (SLA, o morbo di Lou Gehrig) ci sono mutazioni di geni per le proteine dei neurofilamenti dei neuroni motori Diverse popolazioni cellulari esprimono diverse proteine che compongono diversi filamenti intermedi. I FI sono quindi utilizzati come marcatori tumorali Diverse citocheratine identificano diversi carcinomi La vimentina identifica tumori derivanti da cellule mesodermiche, es. sarcomi
I microtubuli I microtubuli sono coinvolti - Nel movimento dei cromosomi - Nel movimento delle cellule (flagelli e ciglia) - Nel movimento di componenti cellulari (es. vescicole di trasporto)
Instabilità dinamica dei microtubuli
Centrosomi e centrioli sono importanti nella divisione cellulare I microtubuli sono ancorati con estremità meno a centri di organizzazione dei microtubuli (MTOC) MTOC principale è il centrosoma, che contiene da 2 centrioli (strutture 9X3 di microtubuli)
Specializzazioni cellulari: ciglia e flagelli
Il movimento di ciglia e flagelli
I microtubuli fungono da binari per il movimento di vescicole
Specializzazioni anatomiche con ciglia e flagelli Il movimento delle ciglia dell epitelio della trachea consente la rimozione del muco con intrappolato pulviscolo e batteri Lo spermatozoo, una cellula semplice e efficace, tutta mitocondri e microtubuli
La matrice extracellulare Le cellule sono rivestite da un glicocalice Molte cellule sono circondate da una matrice extracellulare (gel di carboidrati e proteine fibrose; principale proteina strutturale è il collagene)
Le integrine sono proteine di membrana che mediano il contatto con le proteine della ECM
Cellule con citoscheletro estremamente organizzato La cellula muscolare e la contrazione Unità morfologica: FIBRA MUSCOLARE STRIATA
CELLULA (O FIBRA) MUSCOLARE SCHELETRICA cellule polinucleate (sincizi) nuclei allungati posti sotto la membrana (sarcolemma) citoplasma ricco di strutture filamentose dette miofibrille. Le miofibrille sono composte da 2 tipi di miofilamenti (sottili e spessi) organizzati in sarcomeri bandeggiatura trasversale Incapaci di replicarsi
Il citoscheletro della cellula muscolare Il sarcomero è l unità funzionale della contrazione ed è costituito da proteine del citoscheletro
IL SARCOMERO bande scure dette BANDE A, quelle chiare BANDE I. Nel mezzo della banda A una zona più chiara detta Banda H tagliata a metà da una linea (Linea M). Ogni banda I è divisa in due parti uguali da una sottile linea detta LINEA Z o DISCO Z La porzione di miofibrilla che si estende da una linea z all altra è detta SARCOMERO e rappresenta l UNITA FUNZIONALE del muscolo scheletrico
I FILAMENTI SOTTILI Sono costituiti da: 2 catene di F-ACTINA avvolte ad elica molecole di TROPOMIOSINA (proteina lineare) che maschera il sito attivo di legame per la miosina presente sull actina una molecola di TROPONINA (proteina globulare formata da tre unità : TnT= lega la Tropomiosina, TnC= lega il Ca, TnI=lega l actina).
I FILAMENTI SPESSI Filamento spesso Costituito da 200-300 molecole di MIOSINA ognuna delle quali è composta da: 2 catene pesanti costituite da una porzione allungata (coda) e due estremità globose (teste) a livello delle quali troviamo il sito di legame per l ATP e per l actina 2 catene leggere associate ad ogni testa delle catene pesanti
Disposizione dei filamenti spessi e sottili nel sarcomero
LA CONTRAZIONE MUSCOLARE 1) IMPULSO NERVOSO 2) FUORIUSCITA DI Ca dal reticolo sarcoplasmatico 3) LEGAME degli ioni Ca alla troponina e si ha un cambiamento conformazionale 4) SPOSTAMENTO della tropomiosina ed esposizione del sito di legame actinamiosina 5) l actina scatena l attività ATP-asica della miosina: ATP si trasforma in ADP e viene rilasciato P i. La testa della miosina si lega all actina 6) viene rilasciato ADP e si ha uno slittamento del filamento dell actina rispetto a quello di miosina 7) Un nuovo ATP si lega alla miosina che si stacca dall actina
Specializzazioni: Miofibrille di proteine citoscheletriche organizzate in sarcomeri Giunzioni miotendinee: aggancio tra proteine del citoscheletro, della membrana plasmatica e della matrice extracellulare
Le giunzioni cellulari F-actin
Le giunzioni serrate (o strette o ancoranti) tight junctions
I desmosomi Mantengono saldamente unite cellule adiacenti Lasciano spazi tra le membrane attraverso cui possono passare sostanze Costituiti da materiale proteico denso che dal lato citoplasmatico prende contatto con filamenti intermedi (trasmissione delle forze meccaniche a tutto il tessuto)
Le giunzioni comunicanti - gap junctions