I microtubuli

I microtubuli sono filamenti proteici che hanno una struttura tubolare e insieme all'actina e ai filamenti intermedi formano il citoscheletro delle cellule eucariotiche. Stabilizzano la cellula e partecipano anche ai trasporti e ai movimenti all'interno della cellula.

Cosa sono i microtubuli?

I microtubuli sono polimeri tubolari le cui strutture proteiche hanno un diametro di circa 24 nm. Insieme ad altri filamenti, formano il citoscheletro, che conferisce alle cellule forza e forma. Inoltre, svolgono anche un ruolo essenziale nel movimento cellulare e sono anche elementi importanti di ciglia, flagelli, centrioli e fusi nucleari. I microtubuli sono anche molto importanti per la terapia del cancro. Alcuni principi attivi che hanno un'influenza sulla divisione delle cellule tumorali sono già utilizzati sotto forma di agenti chemioterapici o citostatici.

Anatomia e struttura

I microtubuli sono costituiti da dimeri di tubulina alfa e beta (eterodimeri). Gli eterodimeri sono le subunità dei microtubuli, noti anche come protofilamenti. I protofilamenti costruiscono il corpo cavo sotto forma di una spirale essendo sovrapposti, con solo unità alfa-tubulina a un'estremità e solo subunità beta-tubulina all'altra estremità. L'alfa e la beta tubulina hanno la capacità di legare 1 molecola di GTP. Il GTP è irreversibilmente legato all'alfa tubulina.

Gli eterodimeri sono preferibilmente posizionati all'estremità più, quindi un microtubulo cresce in questa direzione, mentre l'estremità meno forma il lato stabile. Un microtubulo ha una lunghezza compresa tra un micrometro e diverse centinaia di micrometri. I microtubuli sono disposti come singoletto, doppietto o tripletto. I filamenti provengono normalmente dal centro di organizzazione dei microtubuli, inclusi, ad esempio, i centrioli o corpi basali. Inoltre, viene fatta una distinzione tra due diverse popolazioni: microtubuli dinamici, di breve durata e stabili, di lunga durata. I microtubuli stabili rappresentano la struttura di flagelli, ciglia e centrioli.

Inoltre, i microtubuli longevi si trovano anche negli assoni dei neuroni o nei flagelli degli spermatozoi. Lì garantiscono flessibilità, stabilità e mobilità. I microtubuli dinamici possono anche essere trovati dove è richiesta una rapida ricostruzione. Inoltre, assicurano la distribuzione dei cromosomi nelle cellule figlie. I microtubuli vengono costruiti o scomposti alternativamente, con l'accumulo e la rottura che avvengono principalmente all'estremità positiva. Un microtubulo cresce fino a quando non ci sono più eterodimeri sufficienti.

Quindi inizia la depolimerizzazione, per cui la concentrazione di tubulina aumenta di nuovo e inizia una nuova crescita. Diverse sostanze impediscono la depolimerizzazione o la polimerizzazione, queste vengono utilizzate per curare malattie.

Funzione e compiti

I microtubuli hanno compiti multifunzionali. Influenzano la disposizione dei cromosomi e il movimento delle vescicole, che funziona come un sistema ferroviario. L'attività delle vescicole è il prerequisito per il trasporto delle proteine ​​del motore. Il trasporto avviene grazie alle proteine ​​chinesina e dineina, che si trovano sulla superficie della vescicola. Le vescicole ricoperte di dineina vengono trasportate dall'estremità positiva a quella negativa, mentre le vescicole ricoperte di chinesina vengono trasportate nella direzione opposta.

Se i singoli microtubuli si accumulano, si formano strutture complesse. Questi includono i centrioli e i corpi basali. I centrioli sono costituiti da nove triplette di microtubuli, che consistono in due microtubuli incompleti e uno completo. I corpi basali hanno la stessa struttura dei centrioli. Si trovano sotto la superficie cellulare e hanno il compito di ancorare flagelli e ciglia. Kinocilia è composta da una coppia centrale di microtubuli e nove doppietti di microtubuli. La Kinocilia si verifica principalmente sulle cellule epiteliali e trasporta piccole particelle sulla superficie della cellula. Le ciglia sono costituite da una membrana plasmatica e si trovano sulla superficie delle cellule eucariotiche.

Il loro centro è costituito da microtubuli stabili disposti sotto forma di un fascio. Le ciglia sono responsabili del movimento del fluido attraverso la superficie cellulare. Ad esempio, alcuni protozoi li usano per raccogliere particelle di cibo. Molte ciglia si trovano sulle cellule epiteliali, dove trasportano strati di muco con cellule morte o particelle di polvere fino alla gola in modo che possano essere escreti in seguito.

Inoltre, le ciglia creano una corrente sulla parete della tuba di Falloppio in modo che gli ovociti possano essere trasportati attraverso la tuba di Falloppio. I flagelli (flagelli) hanno la stessa struttura delle ciglia del cinema, ma sono molto più lunghi e vengono utilizzati per la locomozione cellulare. Ciò include, ad esempio, il movimento dello sperma e il trasporto dei protozoi.

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Malattie

Nella displasia ciliare primaria, la cinocilia viene costruita in modo errato e il numero di molecole di dineina viene ridotto. La displasia ciliare primaria è una malattia ereditaria molto rara in cui il meccanismo di trasporto che trasporta i batteri e le particelle inalati non funziona correttamente. Di conseguenza, il movimento della kinocilia è mancante o è molto scoordinato.

Per questo motivo le particelle di sporco non possono essere adeguatamente trasportate via con il muco bronchiale o la secrezione dei seni paranasali, che porta a bronchiectasie (dilatazione bronchiale irreversibile), bronchite cronica o sinusite cronica. Se il battito dei flagelli dello sperma è disturbato negli uomini, si verifica infertilità. Nel contesto della malattia di Alzheimer, i microtubuli alterati si trovano nel cervello del paziente. In questa malattia, l'enzima MARK2 influenza la proteina tau. Nelle cellule normali, la tau è legata ai microtubuli, stabilizzandoli in tal modo. Tuttavia, quando MARK2 agisce sulla tau, si verificano instabilità scheletrica e un'interruzione nel sistema di trasporto cellulare, che è uno dei tratti distintivi della malattia di Alzheimer.