Microtubulo

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Polimerizzazione dei microtubuli

I microtubuli sono strutture intracellulari costituite da una classe di proteine chiamate tubuline. Sono complessi rigidi, labili e polari, formati da eterodimeri allineati in tubuli cavi con un diametro apparente di circa 25 nm. I microtubuli costituiscono assieme ai microfilamenti e ai filamenti intermedi il citoscheletro La loro funzione principale è l'organizzazione e trasporto intracellulare, ma assicurano anche una certa stabilità meccanica alla cellula.

Storia[modifica | modifica sorgente]

Le prime osservazioni dei microtubuli risalgono agli inizi del XX secolo, quando furono osservate strutture filamentose, chiamate col termine generico di fibrillae nei flagelli e nei fusi mitotici; bisognerà attendere però fino al 1953 perché due ricercatori, Eduardo De Robertis e C.Franchi, tramite l'uso dei primi microscopi elettronici, osservino distintamente nell'assonema di fibre mieliniche tali filamenti e, nel 1963, Myron C.Ledbetter e Keith R.Porter approfondirono gli studi affermando l'ubiquità e dando una descrizione accurata dei microtubuli, nonché il nome attuale.

Struttura[modifica | modifica sorgente]

Monomero, dimero e polimero di tubuline

I microtubuli sono costituiti da eterodimeri di due polipeptidi globulari di dimensioni 4 nm×5 nm×8 nm e 55.000 Da di peso molecolare; le due subunità fanno parte entrambe della famiglia delle tubuline e sono l'α-tubulina e β-tubulina. I dimeri polimerizzano in tredici protofilamenti affiancati, sfasati a spirale, formando un cilindro cavo con diametro esterno di 25 nm e diametro interno di 15 nm circa. La polimerizzazione segue uno schema secondo polarità, orientandosi testa-coda con la subunità α verso un'estremità, il terminale -, la subunità β verso l'opposto terminale +, determinando una diversità strutturale e chimica tra le due estremità.

Tale disposizione è dovuta ad una terza proteina, la γ-tubulina: l'interazione fra le subunità γ e β, chiamata nucleazione produce una reazione di polimerizzazione. La nucleazione avviene nei "MicroTubules Organization Centre" (MTOC), cioè principalmente i centrosomi e i fusi mitotici, dove la γ-tubulina è presente in strutture circolari chiamate "γ-tubulin ring complex" (γTuRC). I microtubuli si polimerizzano e depolimerizzano in continuazione all’interno della cellula, determinando la capacita cinetica di tali strutture. Quest'evento avviene quasi continuamente, tramite l'aggiunta di tubulina all'estremità + e sottrazione dall'estremità -, producendo un fenomeno di rinnovamento centripeto continuo chiamato "Treadmilling" o "Mulinello". Il treadmilling è un evento autonomo, causato dall'affinità dei microtubuli per la tubulina libera nel citoplasma, legata all'associazione della tubulina polimerizzata ad un ribonucleotide guaninico: avanzando verso il terminale -, le molecole di tubulina idrolizzano la molecola di GTP (che crea maggior affinità) in GDP, a minor affinità; l'equilibrio tra le due estremità provoca la velocità di crescita o decrescita. Sebbene l'evento sia autonomo, diversi fattori posso influenzare la polimerizzazione o depolimerizzazione: la maggior concentrazione di Ca2+, le basse temperature o alcuni composti favoriscono uno sfaldamento dei microtubuli. Esistono inoltre altri composti capaci di stabilizzare i microtubuli.

Funzioni[modifica | modifica sorgente]

I microtubuli hanno una serie di funzioni di natura trofica e meccanica: costituiscono l'impalcatura interna di flagelli e ciglia e sono i responsabili del transito di organuli e vescicole all'interno della cellula. Durante la divisione cellulare i microtubuli presiedono la costituzione del fuso dove saranno distribuiti i cromosomi, durante la citocinesi e il trasporto delle vescicole[1]. Svolgono un ruolo importante nella secrezione degli ormoni della tiroide e del pancreas.

Classificazione[modifica | modifica sorgente]

Esistono diversi isotipi di tubulina con diverse funzioni; le isoforme umane della tubulina sono 6 per α-tubulina e 7 per β-tubulina, espresse da altrettanti geni a vari livelli in differenti tessuti e cellule. In base al ruolo si possono identificare quattro tipi di microtubuli:

Gruppo Ruolo
Stabili MT costituenti ciglia, flagelli e centromeri.
Stabilizzati MT che concorrono, nelle cellule differenziate, a mantenere una disposizione dei restanti organi cellulari confacente alle necessità e attività cellulari.
Instabili MT che si ritrovano nelle cellule appena uscite dalla fase M del ciclo cellulare e che, per il processo dell'instabilità dinamica, come braccia che si allungano e ritraggono velocemente, riorganizzano la morfologia cellulare.
Labili MT che organizzano il fuso mitotico e rientrano a far parte dell'apparato riproduttivo della cellula; posseggono due doppiette.

Proteine associate[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Proteine associate ai microtubuli.

Le diversità funzionali dei microtubuli sono dovute a diverse caratteristiche, fra le quali la presenza di proteine associate ai microtubuli (MAPs), che convertono la rete instabile di microtubuli in una ossatura relativamente permanente con proteine che incapsulano l’estremità crescente della tubulina impedendone la depolimerizzazione, Vi sono molti MAPs, come pure diverse proteine che regolano i microtubuli come ad es. la dineina, che permette il moto lungo i microtubuli verso il centro della cellula, e la chinesina, che promuove il movimento ameboide lungo il microtubuli verso la periferia cellulare. Alcune di queste differenze predominano in certe cellule tumorali ed alcune sono associate allo sviluppo della resistenza al farmaco.

Azione di farmaci[modifica | modifica sorgente]

Alcuni farmaci agiscono alterando la dinamica dei microtubuli; essi comprendono i farmaci della classe del taxolo usati nella lotta contro il cancro, quali ad esempio il paclitaxel.

Note[modifica | modifica sorgente]

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