Citoscheletro Per funzionare correttamente le cellule devono organizzarsi nello spazio ed interagire meccanicamente con il loro ambiente; esse devono avere una forma corretta ed essere strutturate internamente in modo appropriato; molte di esse devono essere in grado di cambiare forma e di muoversi; tutte devono essere in grado di riorganizzare i loro componenti interni mentre crescono e si dividono. Tutte queste funzioni sia spaziali che meccaniche dipendono da un notevole sistema di filamenti chiamato citoscheletro
Alcune funzioni del citoscheletro -Esercita una trazione sui cromosomi allontanandoli durante la mitosi e quindi taglia la cellula in divisione in due cellule -Spinge e guida il traffico intracellulare di organelli e vescicole trasportando materiali da un punto all altro della cellula -Sostiene la fragile membrana plasmatica e fornisce collegamenti meccanici che permettono alla cellula di sopportare stress e tensioni senza lacerarsi -Permette ad alcune cellule di nuotare (spermatozoi) e ad altre (come fibroblasti e globuli bianchi del sangue) di strisciare su superfici -Fornisce il macchinario alla cellula muscolare per la contrazione e al neurone per estendere assoni e dendriti -Guida la crescita della parete cellulare vegetale -Controlla la diversità delle forme delle cellule eucariotiche
Il Citoscheletro 1)Il citoscheletro della cellula eucariotica è una intelaiatura interna di filamenti che comprende microtubuli, filamenti di actina (microfilamenti), filamenti intermedi. Questi filamenti creano una struttura interna più rigida che stabilisce la forma della cellula; ad esempio le cellule epiteliali possono avere una forma cubica, mentre i neuroni possono avere molti assoni sottili di notevole lunghezza Quindi possiamo dire che la forma di una cellula eucariotica è determinata dal suo citoscheletro *
Cellula in coltura fissata e colorata per evidenziare due dei suoi principali componenti citoscheletrici, i microtubuli (verdi) ed i filamenti di actina (rossi); il DNA è colorato in blu Figure 16-1 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Consideriamo i microtubuli in cellule estremamente diverse come i fibroblasti ed i neuroni (vedi immagini successive) *
I fibroblasti sono cellule mobili che si spostano all interno dell organi smo. Da un singolo punto vicino al nucleo i microtubuli si irradiano con una configurazio ne a stella
I lunghi processi rappresentati da assoni e dendriti che emergono dal corpo cellulare di un neurone sono estesi per mezzo di fasci paralleli di microtubuli che decorrono per l intera lunghezza Essi sono sia elementi strutturali sia elementi utilizzati come binari lungo i quali i motori molecolari trasportano proteine ed altri materiali
dinamicità Cambiamenti nell organizzazione del citoscheletro sono in relazione a cambiamenti nella forma della Cellula La formazione di filamenti proteici da subunità proteiche molto più piccole permette l assemblaggio e il disassemblaggio regolato per dare nuove forme al citoscheletro Figure 16-7 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Quando la cellula si divide si ha un cambiamento della sua morfologia dovuto soprattutto al fatto che i microtubuli subiscono un cambiamento drastico dell organizzazione, con una completa riorganizzazione (vedi immagine successiva): nel corso della divisione cellulare (mitosi) la rete di microtubuli posseduti da una cellula si dissocia completamente e si riorganizza nella costituzione del fuso mitotico, che è la struttura che permette durante la divisione cellulare la segregazione dei cromatidi
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microtubuli cromosomi centrioli *
Cellula prima della divisione Quando la cellula si divide non si ha un riarrangiamento solo dei microtubuli (verdi), ma anche dei microfilamenti (filamenti di actina) (rossi); questi formano un anello contrattile al centro della cellula, che divide la cellula in due dopo che i cromosomi si sono separati. Una volta divise le due cellule figlie riorganizzano sia il citoscheletro di actina che quello dei microtubuli Fuso mitotico Anello contrattile cromosomi Cellule figlie Figure 16-2 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Organizzazione del citoscheletro in cellule epiteliali polarizzate Tutti i componenti del citoscheletro cooperano per produrre le caratteristiche forme delle cellule specializzate, incluse le cellule epiteliali che rivestono l intestino tenue. Alla superficie apicale (superiore), che si affaccia al lume intestinale, fasci di filamenti di actina (rossi) formano microvilli; appena sotto ai microvilli una banda di filamenti di actina che corre lungo la circonferenza della cellula contribuisce a formare giunzioni cellula-cellula. Filamenti intermedi (blu) sono ancorati ad altri tipi di strutture adesive (desmosomi ed emidesmosomi) che connettono le cellule epiteliali in modo da formare un robusto foglio e le attaccano alla matrice extracellulare sottostante al lato basale della cellula. I microtubuli (verdi) corrono verticalmente dall apice alla base della cellula e forniscono un sistema coordinato che permette alla cellula di dirigere componenti di nuova sintesi verso le loro porzioni appropriate. Figure 16-5 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
2) Nella cellula il mantenimento della localizzazione delle strutture cellulari è importante così come il loro spostamento verso specifici siti intracellulari ; ciò è garantito dal citoscheletro, un insieme di proteine che formano dei binari del sistema intracellulare di trasporto e che agiscono insieme ai motori proteici che si spostano lungo di essi Possiamo quindi dire che il citoscheletro non determina solo la forma della cellula ma anche organizza la sua struttura interna stabilendo l organizzazione generale del citoplasma *
Alcuni esempi di spostamenti di organelli, vescicole, cromosomi (mediate dal citoscheletro), che devono avvenire per permettere il funzionamento della cellula: 1) Le vescicole secretorie devono lasciare l apparato del Golgi, che si trova in prossimità del centro della cellula, e venire poi trasportate verso la membrana plasmatica dove svuotano il loro contenuto nello spazio extracellulare (vedi immagini precedenti su apparato di Golgi). 2) D altro canto le vescicole portate all interno della cellula a livello della membrana plasmatica devono venire trasportate verso gli endosomi (vedi argomento svolto precedentemente) 3) I mitocondri si spostano costantemente nella cellula 4) Nel corso della vita di una cellula il reticolo endoplasmatico si distende e si riorganizza 5) Durante la divisione cellulare i cromosomi si allineano e poi si muovono verso i poli opposti della cellula Lo spostamento dei cromosomi, delle vescicole e degli organelli viene effettuato al momento giusto dal citoscheletro
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3) Il citoscheletro permette inoltre il movimento delle cellule Molti tipi di cellule si muovono o all interno del corpo (cellule animali) o attraverso l ambiente (organismi unicellulari ed alcuni gameti) Ad esempio i globuli bianchi che inseguono e distruggono i batteri patogeni strisciando lungo una superficie Altre cellule, come gli spermatozoi nuotano attraverso un fluido per raggiungere la loro destinazione. Il citoscheletro guida queste forme di motilità cellulare *
Il movimento è in relazione ai filamenti di actina o microfilamenti, i quali, oltre ad attraversare la cellula, si estendono in strutture specializzate che protrudono dalla superficie e permettono alla cellula di muoversi *
Filamenti di actina sul bordo di un fibroblasto permettono al fibroblasto di muoversi
Per riassumere La cellula eucariote ha un complesso di strutture fibrillari che costituiscono una sorta di ossatura interna (citoscheletro) IL citoscheletro permette alla cellula di: Mantenere o modificare la propria forma Migrare Mantenere gli organelli nelle sedi appropriate Muovere gli organelli e le vescicoleverso siti specifici della cellula Dividersi e segregare in maniera corretta i cromosomi alla mitosi Come fa il citoscheletro a garantire queste funzioni? E necessario analizzare la sua struttura per capire la funzione *
* Le principali strutture del Citoscheletro Microtubuli Filamenti di Actina Filamenti intermedi
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Microtubuli Strutture tubulari cave (diam.25 nm) Polimeri del dimero α-tubulina+β tubulina Strutture rigide Si organizzano attorno ad un MTOC (microtubules organizing center) nel centrosoma Costituiscono le fibre del fuso mitotico, i neurotubuli dell assone dei neuroni, ciglia e flagelli (9 coppie di microtubuli esterni più una coppia centrale, 9+2) Si degradano e si ricostituiscono velocemente (INSTABILITA DINAMICA) Ogni microtubulo presenta una estremità positiva, che si ritiene porti la tubulina β ed una negativa con la tubulina α. Il microtubulo possiede quindi una polarità
Un singolo microtubulo può contenere decine o centinaia di migliaia di molecole di tubulina e può estendersi per molti micrometri occupando più della metà della lunghezza di una cellula Le cellule in interfase contengono centinaia di lunghi microtubuli che attraversano tutto il citoplasma *
In particolare i microtubuli sono polimeri polari di α e β tubulina Tredici catene lineari di subunità,chiamate protofilamenti, si associano lateralmente formando un microtubulo I microtubuli sono polimeri polarizzati: l estremità + è formata da subunità di β tubulina e si assembla più velocemente mentre la subunità è costituita da subunità di α tubulina e si assembla più lentamente *
I filamenti formati da protofilamenti multipli hanno proprietà vantaggiose (vedi immagine successiva)
Figure 16-8 (part 1 of 2) Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Questa organizzazione del microtubulo conferisce al microtubulo stesso due proprietà 1) Le due estremità di un microtubulo sono strutturalmente diverse e possono comportarsi in modo diverso 2) Ciascun microtubulo ha una polarità ossia una direzione e può essere considerato rivolto verso un punto e verso un altro, pertanto i microtubuli rappresentano delle corsie direzionali per i motori proteici (vedi più avanti); tale polarità è quindi fondamentale per organizzare l ambiente interno cellulare *
L assemblaggio e il disassemblaggio dei microtubuli avvengono attraverso un processo unico chiamato instabilità dinamica I microtubuli si alternano costantemente tra la fase di allungamento e quella di accorciamento; una estremità del microtubulo subisce episodi alternati di crescita e di accorciamento A seconda delle necessità le cellule possono rendere i microtubuli più o meno dinamici
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tutti i microtubuli sono disposti con le loro estremità (-) situate in prossimità del centro della cellula e le loro estremità (+) poste vicino alla periferia i microtubuli sono orientati in modo parallelo e decorrono dalla parte superiore della cellula a quella inferiore tutti con le estremità (-) rivolte verso l alto e le estremità (+) rivolte verso il basso tutti i microtubuli di un assone puntano in una stessa direzione Nell ambito di ogni specifica cellula tutti i microtubuli hanno la stessa polarità, così la polarità di un microtubulo può essere utilizzata come un preciso indicatore citoplasmatico di direzione *
La disposizione dei microtubuli in vari tipi di cellule In un fibroblasto (o altri tipi di cellule a disposizione radiale dei microtubuli) tutti i microtubuli sono disposti con le loro estremità (-) situate in prossimità del centro della cellula e le loro estremità (+) poste vicino alla periferia (vedi immagine precedente) Nelle cellule epiteliali i microtubuli sono orientati in modo parallelo e decorrono dalla parte superiore della cellula a quella inferiore tutti con le estremità (-) rivolte verso l alto e le estremità (+) rivolte verso il basso (vedi immagine precedente). In modo analogo tutti i microtubuli di un assone puntano in una stessa direzione (vedi immagine precedente) *
La polarità dei microtubuli è essenziale per l organizzazione e funzione della cellula. Se prendo in considerazione un punto qualsiasi della superficie di un microtubulo, è possibile stabilire quale direzione porta all estremità (+) e quale invece conduce all estremità (-). I microtubuli rappresentano così delle corsie direzionali per i motori proteici (vedi avanti) *
Quasi sempre i microtubuli funzionano insieme ai motori proteici, che generano forze e spostano vescicole e altri complessi lungo la superficie dei microtubuli Le ciglia ed i flagelli sono organelli specializzati, formati da microtubuli e motori proteici, che fanno avanzare la cellula attraverso un fluido o muovono un fluido sulla superficie cellulare *
I motori proteici associati ai microtubuli -Quasi tutte le funzioni cellulari che dipendono dai microtubuli richiedono dei motori proteici ad essi associati -I motori proteici sono enzimi che generano una forza e camminano lungo i microtubuli verso le estremità (+) o ( ) del microtubulo. -I motori proteici hanno il dominio della testa che si lega al microtubulo e genera una forza ed il dominio della coda che si lega alla membrana di una vescicola o di un organello o ad un altro carico di trasporto Tra i motori proteici ricordiamo: le chinesine che camminano verso l estremità (+) dei microtubuli le dineine che camminano verso l estremità (-) dei microtubuli Il movimento è orientato quindi in una direzione precisa Esistono anche motori proteici che si associano ai filamenti di actina, un altro componente del citoscheletro dotato di polarità(vedi più avanti); i filamenti intermedi, invece, (terzo componente del citoscheletro), sono privi di polarità e non sono stati identificati motori proteici che utilizzano i filamenti intermedi come piste per il proprio spostamento
I motori proteici interagiscono con i microtubuli, (ma anche con i microfilamenti, vedi piu avanti) utilizzando ATP. Essi traducono l energia derivata dall idrolisi di ATP in una forza che permette il movimento *
Il motore piu conosciuto che agisce a livello di microtubuli e la chinesina La chinesina è importante per il posizionamento del Reticolo Endoplasmatico all interno della cellula; il RE si estende dalle aree comunicanti con l involucro nucleare ed arriva quasi al limite della cellula raggiungendo la membrana plasmatica; esso deve ai microtubuli e alle chinesine questa sua collocazione Le chinesine si attaccano all esterno della sua membrana e lo tirano lungo i microtubuli in direzione centrifuga distendendolo come una rete *
Le Dineine, invece, sospingono lungo i microtubuli l apparato del Golgi verso il centro della cellula L apparato del Golgi si trova, infatti, molto all interno In questo modo si creano delle differenze di localizzazione tra i differenti organelli ed anche su questo si basa l efficacia del loro funzionamento *
Modalità di funzionamento della chinesina per il movimento delle vescicole o degli organelli (per es. il reticolo endoplasmatico)
F:\Cell Biology Interactive\media\animations\16.7- kinesin.mov *
Le cellule hanno bisogno di spostare carichi diversi verso specifiche regioni citoplasmatiche Come vengono indirizzati questi carichi verso specifiche regioni del citoplasma? Il carico si deve accoppiare con lo specifico motore proteico. Il legame del carico con il motore proteico è mediato dal dominio della coda del motore proteico. Nel caso ad esempio dei motori appartenenti alla famiglia delle chinesine i domini della coda sono diversi da proteina a proteina e rendono ciascun motore proteico unico. In genere il dominio della coda non si attacca proprio direttamente al carico, ma c è una specifica proteina adattatrice che si lega sia al carico da trasportare sia alla coda del motore In questo modo i domini della coda dei motori proteici sono come dei rimorchi specifici che vengono caricati da specifici carichi
Come si originano i microtubuli? Le cellule utilizzano i centri organizzatori dei microtubuli per nucleare i microtubuli I centri organizzatori dei microtubuli (MTOC) nucleano i microtubuli all interno delle cellule La posizione dei MTOC determina l organizzazione dei microtubuli all interno delle cellule Il centro di organizzazione dei microtubuli piu comune nelle cellule animali è il centrosoma I centrosomi sono formato da una coppia di centrioli circondati dalla matrice pericentriolare La matrice pericentriolare contiene γ tubulina; è la γ tubulina che nuclea i microtubuli agendo in un complesso formato da parecchie altre proteine Le cellule animali mobili contengono un secondo centro di organizzazione dei microtubuli detto corpo basale
* Il centro di organizzazione dei microtubuli I microtubuli si organizzano attorno al MTOC che controlla la nucleazione e la crescita orientata dei microtubuli
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I centrioli Sono posizionati vicino al MTOC nel centrosoma immersi in una matrice proteica Sono piccoli organelli a forma di barile disposti ad angolo retto l uno rispetto all altro nel centro del centrosoma Sono costituiti da particolari strutture di microtubuli chiamate triplette di microtubuli 9delle quali sono disposte simmetricamente in modo da formare le pareti del barile (oltre alla a e β tubulina, i centrioli contengono anche la tubulina δ e ε *
Durante ogni ciclo cellulare i centrosomi si duplicano in preparazione della mitosi.innanzi tutto avviene la duplicazione dei centrioli che è contemporanea alla duplicazione del DNA Il centriolo si duplica prima della Mitosi e probabilmente è connesso con la segregazione dei cromosomi e la corretta divisione cellulare (vedi argomento Mitosi) *
Microfilamenti (Filamenti di Actina) filamenti ubiquitari resistenti e flessibili costituiti da catene di actina avvolte fra loro a spirale Distribuiti al di sotto della membrana plasmatica (cortex cellulare) Formano strutture caratteristiche come: l anello contrattile nella divisione cellulare ( in particolare nella citodieresi o divisione del citoplasma); le miofibrille delle cellule muscolari; i microvilli che formano l orletto a spazzola delle cellule intestinali
Le cellule sono capaci di notevole motilità, ad esempio durante lo sviluppo embrionale nei vertebrati alcune abbandonano il sistema nervoso in sviluppo e migrano per tutto l embrione dando origine a formazioni diverse come le cellule pigmentate della cute, i denti, la cartilagine delle mascelle; i leucociti perlustrano i tessuti del corpo alla ricerca di detriti o microorganismi. D altra parte il movimento puo anche interessare solo alcune specifiche parti di una cellula, ad esempio alcune parti di una cellula possono espandersi come nel caso degli assoni che estendono i propri margini ed esplorano il substrato guidando la cellula verso una sinapsi.tutti questi processi di motilità dipendono dalla presenza di microfilamenti
I microfilamenti sono anche coinvolti nei processi mobili all interno della cellula come nei movimenti delle vescicole nel traffico vescicolare, nella fagocitosi, nella citocinesi o citodieresi (divisione del citoplasma) I microfilamenti hanno un diametro di 8 nm e sono composti di subunità globulari della proteina actina; in presenza di ATP i monomeri di actina polimerizzano formando un filamento flessibile Un filamento di actina è sostanzialmente una struttura a doppio filamento I termini filamento di actina microfilamento e F actina sono tutti sinonimi *
Poiché ogni subunità di actina (G actina) ha una sua polarità e tutte le subunità di un filamento sono orientate nella stessa direzione, l intero microfilamento risulta avere una sua polarità *
I filamenti di actina formano diverse strutture cellulari I filamenti di actina formano i microvilli dell orletto a spazzola delle cellule intestinali, le stereociglia dell orecchio interno, i lamellipodi, i filopodi (estroflessioni citoplasmatiche di cellule migranti),i coni di accrescimento dei neuroni,le fibre da stress(fasci contrattili di actina in cellule non muscolari) e i sarcomeri
A differenza di quanto avviene per i microtubuli dove i protofilamenti si associano in senso trasversale direttamente fra loro, i filamenti di actina non si associano direttamente tra loro in senso trasversale, ma utilizzano vari tipi di proteine, che si legano all actina regolando la polimerizzazione e l organizzazione dell actina
Le proteine che formano legami crociati interagiscono con i filamenti di actina formando fasci di filamenti paralleli o reticoli
Il motore proteico dei filamenti di actina è la MIOSINA Formata da 2 catene pesanti e 4 catene leggere Le catene pesanti sono formate da TESTA globulare e CODA lunga A livello della coda le 2 catene pesanti si intrecciano in una struttura coiled-coil Le teste contengono: Il sito di legame e idrolisi di ATP Il sito di legame per actina testa coda *
La miosina e il movimento dei microfilamenti In tutte le cellule i filamenti di actina interagiscono con alcune proteine (MIOSINE) per generare forze di movimento Si conoscono 7 classi diverse di Miosine *
Tutte possono legare actina e idrolizzare ATP Il legame sequenziale di miosina a singole subunità di actina nei filamenti promuove lo scorrimento della miosina lungo il filamento di actina Poiché i filamenti di actina sono polarizzati si generano forze di contrazione nella cellula La maggior parte di queste forze di contrazione è transitoria (es. durante la separazione delle cellule figlie dopo la mitosi) Nei tessuti muscolari specializzati per la contrazione il sistema dei filamenti di actina e miosina è altamente specializzato *
La Miosina II e la contrattilità muscolare
Un muscolo scheletrico consiste di fibre muscolari (cellule) che contengono miofibrille disposte longitudinalmen te; le miofibrille sono gli apparati contrattili e sono costituiti da unità ripetute chiamate sarcomeri
Le estremità di ciascun sarcomero sono definite da un disco Z a cui i filamenti di ACTINA si attaccano tramite una proteina (CapZ); i filamenti spessi di MIOSINA sono connessi ai dischi Z tramite un altra proteina (titina) e si intercalano con i filamenti di actina
La contrazione muscolare avviene quando i filamenti spessi di miosina si attaccano ai filamenti di actina e li trascinano in modo da avvicinare i dischi Z, diminuendo la lunghezza dei sarcomeri *
Riepilogo sulle funzioni dei microfilamenti 1. Movimenti di trasporto e di contrazione. In tutte le cellule i filamenti di actina interagiscono con le miosine generando forze motrici Cellule muscolari: contrazione Altre cellule: trasporto vescicole e organelli sui microfilamenti *
2. Strato corticale I microfilamenti insieme ad altre proteine, formano uno strato sotto la membrana plasmatica che costituisce una rete resistente a forze deformanti Le rete permette variazioni di forma della cellula mediante modificazioni promosse da proteine che tagliano i microfilamenti (es. gelsolina) Implicato in numerosi processi (endocitosi, esocitosi, contrazione dei microvilli, migrazione cellulare) 3. Supporto meccanico alla membrana plasmatica mediante proteine di ancoraggio (es. spectrine e anchirina dei globuli rossi)
4. Formano strutture rigide di stabilizzazione per i microvilli. Nei microvilli l actina si associa a piccole proteine di collegamento (fimbrina, fascina, α-actinina) 5. Responsabili delle forze che controllano la migrazione cellulare: protrusione locale di citoplasma evidenti nelle cellule migranti (fillopodi, lamellipodi) *
Interazioni dell actina L actina si lega ad una grande varietà di proteine accessorie in tutte le cellule eucariotiche. Questo schema mostra la maggior parte delle interazioni che sono state dimostrate, usando tecniche genetiche o biochimiche nel lievito Saccharomyces cerevisiae. Le proteine accessorie che operano nello stesso processo intracellulare sono mostrate nello stesso colore, come indicato nella legenda Figure 16-18 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
La Falloidina, tossina dell Amanita Phalloides, si lega e stabilizza i monomeri di actina causando un netto decremento della polimerizzazione dei microfilamenti e di fatto la progressiva perdita dell intera funzione citoscheletrica *
FILAMENTI INTERMEDI classe molto eterogenea di filamenti a differenza delle altre strutture citoscheletriche sono stabili In genere sono costituite da subunità proteiche fibrose ad α-elica
Sono un sistema diverso dai microtubuli e microfilamenti Hanno un diametro Ø 10 nm Sono formati da fibre proteiche resistenti e durevoli Sono particolarmente presenti nelle cellule soggette a stress meccanici: epiteli, cellule nervose (assoni), cellule muscolari Sono ancorati alla membrana plasmatica in siti specifici (desmosomi e emidesmosomi)
I filamenti intermedi possono essere citoplasmatici o nucleari Citoplasmatici: Cheratine negli epiteli; Vimentina e Vimentino-simili nel tessuto connettivo, muscolare e neurogliale Neurofilamenti, nelle cellule nervose Nucleari: le lamine nucleari in tutte le cellule animali Si possono anche trovare nelle connessioni intercellulari (desmosomi), nel tessuto epiteliale: Caderine *
Filamenti di cheratina: Presenti in tutte le cellule epiteliali Eterogenei (composti da cheratine diverse: acide, basiche, neutre), con funzioni simili Partono da regione nucleare e raggiungono le membrana plasmatica dove si associano a strutture specializzate: Desmosomi (aree di giunzione tra cellule adiacenti) Funzioni: difesa contro abrasioni, perdita di acqua, perdita di calore *
Filamenti di vimentina e desmina: Presenti in molte cellule diverse di origine mesenchimale Desmina: abbondante nelle cellule muscolari dove forma strutture specializzate (linee Z-muscolo scheletrico, dischi intercalari-muscolo cardiaco, corpi densi-muscolo liscio) Funzione dei filamenti di desmina: ancoraggio dei filamenti contrattili di actina legandoli alla membrana plasmatica e fissandoli in registro nei sarcomeri *
Neurofilamenti: Citoscheletro dei neuroni è costituito da microtubuli e neurofilamenti I neurofilamenti determinano la forma allungata dei neuriti e dendriti e li rinforzano *
Un forte filamento formato da subunità fibrose allungate con forti contatti laterali I filamenti intermedi si formano in questo modo e sono di conseguenza particolarmente resistenti a forze di stiramento, sebbene si pieghino facilmente Figure 16-9 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Proprietà simili a quelle di una corda
Sostanze che interferiscono con i filamenti di actina e con i microtubuli Table 16-2 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Matrice Extracellulare (MEC) Negli eucarioti pluricellulari le cellule dei vari tessuti secernono sostanze che vanno a costituire la MEC. Essa ha una importante funzione di sostegno, soprattutto nel tessuto osseo dove appare calcificata e rigida e nel tessuto cartilagineo. La MEC influisce anche sulla flessibilità dei tessuti e sui meccanismi di adesione intercellulari. La MEC è costituita da: Collageni, Proteoglicani,Glicoproteine di collegamento *
Collageni Componenti preponderanti della MEC. Elaborati da cellule dei tessuti connettivi Una molecola di collagene è costituita da tre catene polipeptidiche ad alto contenuto di glicina (catene α), avvolte ad elica fra loro e tenute insieme da legami a ponte H. Varie molecole di collagene si associano e formano una fibrilla. Più fibrille costituiscono una fibra di collagene dotate di resistenza meccanica
Le catene α sono sintetizzate nel RER e portano amminoacidi aggiuntivi alle estremità. Le catene α formano triple eliche (procollagene). Esse tramite traffico vescicolare arrivano al Golgi, lo attraversano e sono poi introdotte in vescicole di secrezione e secrete per esocitosi; nello spazio intercellulare il procollagene tramite rimozione degli amminoacidi aggiuntivi diviene collagene; esso si associa in fibrille e poi in fibre *
Proteoglicani Le fibre di collagene sono avvolte da una matrice costituita in prevalenza da proteoglicani, glicoproteine che risultano da una proteina di peso molecolare molto vario (da 10 000 a 500 000 dalton), che costituisce l asse della molecola (core), cui sono legate catene laterali di carboidrati detti glicosaminoglicani (GAG); essi sono in media costituiti da 800 residui di monosaccaridi. Il peso del proteoglicano può superare il milione di dalton. I proteoglicani si legano alle fibre del collagene costituendo il complesso fibroreticolare della MEC. I proteoglicani sono in grado di trattenere elevate quantità di acqua e da questa caratteristica dipende la compattezza ed elasticità del tessuto cartilagineo.
Glicoproteine di collegamento Esse presentano una struttura a domini multipli e collegano il complesso fibroreticolare della MEC alle cellule a livello della membrana plasmatica direttamente tramite i proteoglicani o tramite recettori specifici situati sulla membrana plasmatica. Le glicoproteine di collegamento comprendono le fibronectine e le laminine. Le fibronectine sono presenti nel tessuto connettivo e nel circolo sanguigno essendo implicate nel processo di coagulazione del sangue. Le laminine sono costituite da tre polipoeptidi e si trovano soprattutto a livello della lamina basale, una sottile struttura extracellulare che si trova tra le cellule epiteliali e il tessuto connettivo sottostante. Le laminine possono così svolgere un ruolo di molecole di ancoraggio delle cellule suddette alla lamina basale. Le proteine di collegamento si possono legare alle cellule per la presenza sulla membrana plasmatica di recettori transmembrana detti integrine. Dal lato citoplasmatico della membrana le integrine si legano alle strutture del citoscheletro, mentre all estremità opposta si legano ad una molecola della MEC come il collagene, la laminina o la fibronectina. Le integrine svolgono importanti ruoli nell ancoraggio, nella migrazione, nella motalità cellulare