Microtubuli: cosa sono, composizione e a cosa servono?

Le cellule sono costituite da una moltitudine di strutture che, come in un orologio, le fanno svolgere le loro funzioni con assoluta precisione.

Uno di quelli che possiamo trovare all'interno di questo complesso macchinario organico sono microtubuli. Andiamo ad approfondire le caratteristiche di questi elementi e quali sono le funzioni che svolgono nel nostro corpo.

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Cosa sono i microtubuli? Caratteristiche di queste strutture

I microtubuli sono tubi microscopici trovati in ciascuna delle nostre cellule, che inizia nel MTOC o centro organizzatore dei microtubuli e si estende in tutto il citoplasma della cellula. Ciascuno di questi piccoli tubi ha uno spessore di 25 nanometri, con un diametro interno di soli 12 nanometri. Per quanto riguarda la lunghezza, possono raggiungere qualche micron, una distanza che può sembrare piccola ma che a livello cellulare e in proporzione alla loro larghezza li rende lunghi.

A livello strutturale, i microtubuli sono composti da polimeri proteici e sono composti da 13 protofilamenti, che a loro volta sono costituiti da monomeri di tubulina a e b disposti alternativamente, creando cioè una catena di dimeri a-b. I 13 protofilamenti si dispongono uno contro l'altro fino a formare la struttura cilindrica, lasciando la parte del centro cavo. Inoltre, tutti e 13 hanno la stessa struttura, tutti aventi un'estremità -, che inizia con la tubulina a, l'altra essendo l'estremità +, della tubulina b.

Nei microtubuli delle cellule batteriche ci sono alcune differenze rispetto al resto delle cellule eucariotiche. In questo caso, le tubuline sarebbero specifiche per i batteri e formerebbero 5 protofilamenti invece dei soliti 13 che abbiamo visto prima. In ogni caso, questi microtubuli funzionano in modo simile agli altri.

Instabilità dinamica

Una delle qualità che caratterizza i microtubuli è la cosiddetta instabilità dinamica. È un processo costante in questa struttura mediante il quale polimerizzano o depolimerizzano continuamente. Ciò significa che per tutto il tempo stanno incorporando dimeri di tubulina per aumentare la lunghezza o al contrario li eliminano per accorciarli.

Infatti, possono continuare ad essere accorciati fino al completo disfacimento per ricominciare il ciclo, tornando a polimerizzare. Questo processo di polimerizzazione, cioè la crescita, avviene più frequentemente all'estremità +, cioè all'estremità b della tubulina.

Ma come avviene questo processo a livello cellulare? I dimeri di tubulina si trovano nella cellula allo stato libero. Sono tutti attaccati a due molecole di guanosina trifosfato o GTP (un nucleotide trifosfato). Quando arriva il momento in cui questi dimeri aderiscono a uno dei microtubuli, si verifica un fenomeno noto. come idrolisi, per cui una delle molecole GTP viene trasformata in guanosina difosfato, o PIL (un nucleotide difosfato).

Tieni presente che la velocità del processo è essenziale per capire cosa può succedere dopo. Se i dimeri si legano ai microtubuli più velocemente dell'idrolisi stessa, questo è significa che ci sarà sempre il cosiddetto cap o cap dei GTP al più estremo dei dimeri. Al contrario, nel caso in cui l'idrolisi sia più veloce della polimerizzazione stessa (perché questo ha reso più lento il suo processo), ciò che otterremo all'estremo sarà un dimero GTP-GDP.

Quando uno dei nucleotidi trifosfato è passato a un nucleotide difosfato, si genera un'instabilità nell'adesione tra i protofilamenti stessi, che provoca un effetto a catena che termina con una depolimerizzazione dell'intero insieme. Una volta scomparsi i dimeri GTP-GDP che causavano questo squilibrio, i microtubuli tornano alla normalità e riprendono il processo di polimerizzazione.

I dimeri tubulina-GDP che si sono allentati diventano rapidamente dimeri tubulina-GTP, quindi sono nuovamente disponibili per legarsi nuovamente ai microtubuli. In questo modo si verifica l'instabilità dinamica di cui abbiamo parlato all'inizio, che fa crescere e diminuire i microtubuli senza fermarsi, in un ciclo perfettamente bilanciato.

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Caratteristiche

I microtubuli hanno un ruolo fondamentale per vari compiti all'interno della cellula, di natura molto varia. Ne analizzeremo alcuni in modo approfondito di seguito.

1. Ciglia e flagelli

microtubuli costituiscono gran parte di altri importanti elementi della cellula come ciglia e flagelli, che sono fondamentalmente microtubuli ma circondati da una membrana plasmatica. Queste ciglia e flagelli sono la struttura che la cellula usa per potersi muovere e anche come elemento sensibile per acquisire diverse informazioni dell'ambiente fondamentale per determinati processi telefono cellulare.

Le ciglia differiscono dai flagelli in quanto sono più corte ma anche molto più abbondanti. Nel loro movimento, le ciglia guidano il fluido che circonda la cellula in una direzione ad essa parallela, mentre i flagelli fanno lo stesso perpendicolarmente alla membrana cellulare.

Sia le ciglia che i flagelli sono elementi complessi che possono ospitare 250 tipi di proteine. In ogni ciglio e in ogni flagello troviamo l'assonema, un insieme centrale di microtubuli ricoperti dalla membrana plasmatica che abbiamo indicato in precedenza. Questi assonemi sono costituiti da una coppia di microtubuli situati al centro e circondati da altre 9 coppie all'esterno.

L'assonema si estende dal corpo basale, un'altra struttura cellulare, in questo caso formata da 9 insiemi, in questo caso tripli microtubuli, disposti circolarmente in modo da lasciare vuota la cavità centrale tra tutti essi.

Tornando all'assonema, va notato che le coppie di microtubuli che lo compongono sono aderite tra loro grazie all'effetto della proteina nexina e dai raggi proteici. Allo stesso tempo, in queste coppie esterne troviamo anche la dineina, un'altra proteina, la cui utilità in questo caso è quella di generare il movimento dei cilindri e dei flagelli, poiché è di tipo motorio. Internamente ciò avviene grazie ad uno scorrimento tra ciascuna coppia di microtubuli, che finisce per generare un movimento a livello strutturale.

2. Trasporto

Un'altra funzione chiave dei microtubuli è quella di trasportare gli organelli all'interno del citoplasma cellulare., e possono essere vescicole o di altro tipo. Questo meccanismo è possibile perché i microtubuli agirebbero come una sorta di corsie attraverso le quali gli organelli si spostano da un punto all'altro della cellula.

Nel caso specifico dei neuroni, questo fenomeno si verificherebbe anche per il cosiddetto trasporto assoplasmatico. Tenendo conto che gli assoni possono misurare non solo centimetri, ma metri in alcune specie, ci permette di avere un'idea della capacità di crescita dei microtubuli stessi per poter sostenere questa funzione di trasporto, così essenziale nei ritmi telefono cellulare.

Per quanto riguarda questa funzione, i microtubuli sarebbero un mero percorso per gli organelli, ma non si genererebbe un'interazione tra i due elementi. Al contrario, il movimento sarebbe ottenuto attraverso proteine ​​motorie, come la dineina, che abbiamo già visto, e anche la chinesina. La differenza tra entrambi i tipi di proteine ​​è la direzione che prendono nei microtubuli, poiché vengono utilizzate le dineine per il movimento che va verso l'estremità meno, mentre la chinesina è usata per andare verso l'estremo Di Più.

3. Mandrino acromatico

I microtubuli costituiscono anche un'altra delle strutture fondamentali della cellula, in questo caso il fuso acromatico, mitotico o meiotico. È costituito da vari microtubuli che collegano i centrioli e i centromeri dei cromosomi mentre avviene il processo di divisione cellulare, sia per mitosi che per meiosi.

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4. Forma delle cellule

Sappiamo già che esistono molti tipi di cellule, ognuna con le proprie caratteristiche e disposizione. I microtubuli aiuterebbero a fornire alla cellula la forma determinata di ciascuno di questi tipi, per esempio nel caso visto sopra di una cellula allungata, come un neurone con il suo lungo assone e dendriti.

Allo stesso tempo Sono anche fondamentali affinché alcuni elementi della cellula si trovino nel luogo in cui devono trovarsi per svolgere correttamente le loro funzioni. È il caso, ad esempio, di organelli fondamentali come il reticolo endoplasmatico o l'apparato di Golgi.

5. Organizzazione del filamento

Un'altra delle funzioni essenziali dei microtubuli è quella di essere responsabili della distribuzione dei filamenti in tutto il citoscheletro (la rete di proteine ​​che sono presente all'interno della cellula e che nutre tutte le strutture al suo interno), formando una rete di vie sempre più piccole che va dai microtubuli (il più grande) verso i filamenti intermedi e terminando con il più stretto di tutti, i cosiddetti microfilamenti, che possono essere miosina o actina.

Riferimenti bibliografici:

• Desai, A., Mitchison, T.J. (1997). Dinamica di polimerizzazione dei microtubuli. Revisione annuale della biologia cellulare e dello sviluppo.
• Mitchison, T., Kirschner, M. (1984). Instabilità dinamica della crescita dei microtubuli. Natura.
• Nogales, E., Whittaker, M., Milligan, R.A., Downing, K.H. (1999). Modello ad alta risoluzione del microtubulo. Cellula. ScienceDirect.