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BIOLOGIA Lezione del 19/11/20 Professoressa Crisafulli I MICROFILAMENTI DI ACTINA Dopo aver parlato di filamenti intermedi e microtubuli, l’ultima componente del citoscheletro sono i microfilamenti di actina. Questa componente citoscheletrica ha un diametro che varia dai 5 ai 7-8 nm (nanometri) e si tratta di monomeri composti da subunità di G-actina (proteina globulare) che si auto- assemblano a formare dei filamenti di F- actina. Due filamenti di F-actina formano un microfilamento completo che presenterà delle scanalature elicoidali che coprono tutta la lunghezza del filamento. Anche i microfilamenti di actina, come i microtubuli, sono filamenti dinamici e questo vuol dire che sono in grado di polimerizzarsi e depolimerizzarsi (allungarsi e accorciarsi). La velocità dei monomeri che si aggiungono (velocità di polimerizzazione) dipende dalla concentrazione dei monomeri presenti: più monomeri saranno presenti maggiore sarà la velocità di polimerizzazione. Anche in questo caso sono presenti due estremità che nei microfilamenti sono chiamate barbed end e pointed end, rispettivamente estremità barbuta ed estremità a punta, ossia le estremità di accrescimento o estremità più (barbed end) ed estremità di accorciamento o estremità meno (pointed end). Questo vuol dire che abbiamo una maggiore velocità di accrescimento all’estremità più e una maggiore velocità di accorciamento all’estremità meno. A concentrazioni intermedie di monomeri anche in questo caso, come nei microtubuli, si parla di treadmilling ciò significa che il filamento in
sé non si accorcia né si allunga anche se viene continuamente polimerizzato e depolimerizzato (velocità di polimerizzazione=velocità di depolimerizzazione). Allungamento e accorciamento avvengono in maniera simile a quello dei microtubuli sempre grazie a una molecola energetica che però stavolta non è il GTP ma l’ATP: quindi i monomeri legati all’ATP si assoceranno perché hanno un’alta affinità nei confronti della barbed end, poi avverrà l’idrolisi dell’ATP in ADP e il monomero legato all’ADP perde l’affintà dissociandosi all’estremità meno. Ricordiamo che i monomeri vengono aggiunti a due alla volta perché i microfilamenti sono composti da due unità di F-actina. I microfilamenti di actina hanno una proteina motrice associata che è la miosina [Le proteine motrici sono 3: dineina, chinesina e miosina ma le prime due riguardano i microtubuli]. Ci sono due gruppi di miosine: ⮚ Le miosine convenzionali ossia le miosine di tipo II →hanno attività contrattile e sono quelle che andranno a formare il sarcomero; ⮚ Le miosine non convenzionali→ sono di XVII tipi (classi) e hanno dei ruoli molto importanti all’interno delle nostre cellule in particolar modo sono quelle di tipo I e poi quelle che vanno dal tipo III al tipo XVIII (in particolare la miosina non convenzionale VIII e XI si trovano solo a livello delle piante mentre nell’uomo ci sono circa 40 tipi di miosina appartenenti a XII classi differenti). Tutte le miosine hanno in comune il fatto di avere un dominio motorio, la testa, che è quella parte della proteina che contiene sia il sito di legame per l’actina sia il sito di legame e di idrolisi dell’ATP. Inoltre i domini testa sono tutti simili tra loro mentre la coda no. Questo perché la testa idrolizza l’ATP ed è normale che avendo la stessa funzione in tutti i tipi di miosine siano tute simili tra loro, mentre la coda reagisce con cose diverse e quindi sarà specifica per ogni miosina in base alla sua funzione. [La stessa cosa avviene con le altre proteine motrici nei microtubuli: ad esempio le chinesine hanno tutte una testa simile ma una coda diversa proprio perché sono vari gli organuli o le vescicole che possono trasportare] Miosina convenzionale (miosina II) Struttura:
● È formata da sei catene polipeptidiche differenti: un paio di catene pesanti e due paia di catene leggere; ● Nel complesso sono delle proteine altamente asimmetriche; ● Ci sono due teste globulari che contengono sia il sito di legame che quello catalitico; ● Ci sono dei colli che formano un’α-elica continua ininterrotta con associate le catene leggere (si forma la coda). La porzione della coda ha un ruolo strutturale particolarmente importante perché consente alle miosine di formare dei filamenti come i filamenti spessi del sarcomero. Le code in questo caso interagiscono con altre code perché si assemblano in modo che le estremità delle code siano rivolte verso l’interno del filamento e le teste rivolte verso l’esterno. Alla fine questo filamento spesso viene descritto come bipolare proprio perché ha le teste all’esterno e le code all’interno (si può dire che in un certo senso è un po’ un bilayer come lo è la membrana). Le teste sono legate all’actina ossia il filamento sottile del sarcomero. Ovviamente nel sarcomero sono associate altre proteine come la nebulina, la titina, i siti di legame per gli ioni calcio, troponina e tropomiosina e molte altre. Siccome le teste sono legate ai filamenti di actina, quando l’ATP viene idrolizzato abbiamo un cambio conformazionale delle miosine che corrisponde a una sorta di ripiegamento delle teste verso il centro del sarcomero (verso la linea M). Queste però sono legate all’actina e quindi, quando fanno questo ripiegamento, trascinano anche i microfilamenti verso l’interno. Il risultato è una contrazione del sarcomero. La miosina II è quella che è anche presente nell’anello di actina che troveremo nella citodieresi: l’anello di citodieresi è l’anello actinico che si posiziona nel solco di divisione alla fine della mitosi per far sì che la cellula si divida in due. Questo si forma perché in anafase B le cellule polari si sono allontanate fra loro e si è creato lo spazio di divisione (grazie anche a microtubuli e numerosissime proteine associate) e a livello di questo solco si forma un anello di actina associato
alla miosina II e proprio l’associazione contrattile di miosina e actina che farà si che l’anello si comporti come una sorta di cappio che si stringe fino a strozzare la cellula dividendola in due. Miosine non convenzionali Queste non si riuniscono in filamenti a formare filmanti spessi come le convenzionali, ma lavorano in proprio e sono in grado di camminare sui filamenti di actina (come chinesina e dineina che si muovono sui microtubuli). Un esempio tipico di miosine non convenzionali è la numero V che è una delle più studiate per il suo movimento sui microfilamenti di actina ed è una proteina che ha la caratteristica di avere dei colli molto lunghi il che è fondamentale perché l’actina è un’elica con delle scanalature che corrono per tuto il filamento e se i colli fossero corti camminerebbe “storta” mentre avendo i colli lunghi riesce a muoversi in maniera rettilinea senza deviare il suo percorso (anche se la torsione dell’actina è a 360°). Tra le miosine che “camminano” sui microfilamenti ci sono la I, la V e la VI e sono associate a vari tipi di vescicole e organelli citoplasmatici motivo per cui a livello delle code abbiamo dei domini differenti. Questa funzione delle miosine di muoversi sull’actina è importante perché i microfilamenti formano dei binari molecolari periferici: Es. in un neurone i microtubuli formano i binari principali mentre i microfilamenti formano dei binari periferici. Le chinesine trasportano il carico (es. neurotrasmettitori) lungo i microtubuli e poi lo cedono alle miosine che camminano su questi microfilamenti di actina. Questo vuol dire che a livello degli organuli e delle vescicole possiamo avere dei siti di legame sia per le proteine motrici associate ai microtubuli, sia per le miosine associate ai microfilamenti. Parlando di proteine non convenzionali, queste sono importanti anche nelle stereociglia che hanno un ruolo fondamentale nell’organizzazione di questi microfilamenti di actina.