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Actina |
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Molecola del mese di gennaio 2026 (e luglio 2001) Le cellule sono sostenute da un citoscheletro di filamenti proteici di actina  Infrastruttura
molecolareI filamenti di actina sostengono la complessa struttura interna delle cellule e aiutano i loro movimenti. Un groviglio di filamenti incrociati di actina, chiamato citoscheletro, riempie il citoplasma delle cellule di animali, vegetali e funghi conferendo forma e struttura alla cellula. I filamenti di actina possono aggregarsi in fasci che forniscono una solido sostegno anche per l'estrusione di strutture dalla superficie della cellula, come i pseudopodi che le amebe usano per muoversi e i microvilli simili a dita delle cellule intestinali che assorbono i nutrienti nell'intestino tenue. L'actina forma anche la scala sulla quale la miosina (mdm 6-2001) può salire, e quindi fornisce l'infrastruttura per la contrazione muscolare consentendo i movimenti che sperimentiamo nella nostra vita quotidiana. L'actina è abbondante in tutte le cellule del nostro corpo: in una cellula generica costituisce circa il 5% delle proteine totali, ma questa percentuale può arrivare fino al 20% nelle cellule muscolari. Una molecola dinamica L'actina mostra una rara combinazione di forza e sensibilità. I filamenti di actina vengono utilizzati nei compiti strutturali più gravosi, ma, allo stesso tempo, devono poter essere smontati con facilità. Una delle caratteristiche più evidenti dell'actina è il suo carattere dinamico. I filamenti di actina vengono continuamente costruiti e distrutti seguendo i bisogni della cellula che possono cambiare velocemente. In alcuni casi speciali, però, come nell'actina muscolare o nei fasci di actina delle microvilli, un insieme di proteine specializzate nel legare l'actina stabilizza il filamento formando una struttura più permanente. La maggior parte dell'actina nelle cellule, però, è in continuo cambiamento, cioè forma nuovi filamenti e poi subito li distrugge per affrontare nuovi compiti. Il carattere dinamico dell'actina è controllato da una molecola di ATP legata a ciascun monomero di actina. L'actina libera contiene una molecola di ATP e così si lega saldamente al filamento in crescita. Dopo che si è legata, l'ATP viene spezzato diventando ADP e l'actina cambia leggermente forma. Questa nuova forma, che ora lega ADP, è meno stabile nel filamento e si distacca più facilmente. Una conseguenza insolita di tutto questo è che il filamento di actina si comporta come un "tapis roulant". Continua a crescere a un'estremità, dove i nuovi complessi actina-ATP si stanno legando, ma contemporaneamente si disfa all'estremità opposta, dove la forma actina-ADP è legata più debolmente. Il filamento così cresce da un lato e si disfa dall'altro, e tutta la struttura si sposta lentamente attraverso la cellula, senza mai diventare più lunga o più corta.  Crescita
ControllataOvviamente, le cellule non possono avere filamenti di actina che crescono fuori controllo nel citoplasma. Il veleno del fungo Amanita phalloides, ci dimostra cosa succederebbe se ciò accadesse. Questo veleno provoca una crescita incontrollata dell'actina che alla fine intasa la cellula con filamenti rigidi causando danni mortali al fegato e ai reni in chi non è stato attento nel raccogliere i funghi. Nelle cellule, ci sono varie proteine che tagliano l'actina e controllano la crescita dei filamenti, assicurando che crescano solo quando è necessario. Due di questi guardiani dell'actina sono mostrati qui a fianco, con l'actina in azzurro, l'ATP in verde e la proteina legante l'actina in rosso e arancione. La gelsolina, qui a lato sulla sinistra (file PDB 1yvn), spezza i filamenti di actina in segmenti più corti quando il livello di calcio aumenta e poi rimane legata all'estremità del segmento, bloccandone la crescita ulteriore. La profilina, a destra (file PDB 1hlu), si lega all'actina libera e impedisce che si aggiunga ai filamenti, inibendo così la loro crescita. Entrambe le proteine si legano al monomero di actina in una posizione simile, bloccando una parte del sito che lega tra loro le molecole di actina adiacenti in un filamento. Esplorando la Struttura  I
filamenti di actina sono grandi complessi proteici elicoidali e sono difficili
da studiare con la cristallografia ai raggi X perché i filamenti
non sono tutti uguali e quindi non formano cristalli perfetti. Le strutture di actina che si trovano negli archivi PDB (Protein Data Bank) sono sempre legate a qualcosa che impedisce la formazione del filamento, quindi le strutture contengono solo una singola molecola di actina, non un intero filamento. Il file PDB 1atn, mostrato qui a fianco sulla sinistra, contiene un enzima che taglia il DNA (rosa) che si è legato all'actina. L'actina è la molecola a forma di U con l'ATP (sfere colorate) al centro legato in profondità nella scanalatura della molecola. Il file PDB 1alm, sulla destra, mostra la miosina (rossa e arancione) che si muove lungo un breve filamento di actina formato da cinque molecole (nei toni del blu). Questo complesso è stato ricostruito in base ai dati di microscopia elettronica. Il file iniziale conteneva solo le posizioni dei carboni alfa della proteina, quindi la struttura è stata completata al computer.  Il file PDB 1atn è mostrato anche qui a fianco rapperesentato con Chimera. Nella scanalatura dell'actina (blu) si vede una molecola di ATP (sfere colorate) stabilizzata da uno ione calcio (verde). La catena verde in alto è l'enzima che taglia il DNA. Il file PDB 1alm è mostrato anche qui sotto (rappresentato con Chimera). Si vede la miosina (nei toni del blu) sulla destra che scorre lungo un filamento di actina (colori più caldi) sulla sinistra. Poichè si tratta di una ricostruzione basata su dati di microscopia elettronica, le catene proteiche sono mostrate solo con filamenti colorati. All'interno di ogni unità di actina si vede un molecola ATP (sfere colorate). .   BibliografiaWolfgang Kabsch and Joel Vandekerckhove (1992): Structure and Function of Actin. Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure 21, pp. 49-76.
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