microtubulo

fig.

In biologia, struttura tubulare composta dalla proteina tubulina, presente nelle cellule degli eucarioti. I m. partecipano alla costituzione del citoscheletro, responsabile della struttura e della forma delle cellule, alla motilità cellulare, alla formazione del fuso mitotico e alla traslocazione intracellulare dei lisosomi e di altri organelli. Sono bastoncelli cavi di varia lunghezza, il diametro esterno è di 24 nm, quello interno di 14 nm. Sono composti da due tipi di proteine globulari, la α-tubulina e la β-tubulina, ciascuna di peso molecolare 55.000, associate in dimeri αβ. I dimeri si legano in sequenze testa-coda e formano un lungo protofilamento; 13 protofilamenti paralleli si dispongono uno accanto all’altro per formare il singolo microtubulo. Le ciglia e i flagelli sono le strutture microtubulari meglio caratterizzate, la loro unità funzionale è l’assonema, un insieme ordinato di 9 coppie di m. interconnessi da legami e disposti in circolo attorno a una coppia centrale. Ogni coppia presenta due protuberanze costituite dalla proteina dineina. Le coppie di m. sono collegate da sottili fibre, i ponti di nexina, lunghi 30 nm ma che possono stirarsi fino a 8 volte la loro lunghezza. Le coppie esterne di m. sono unite, tramite raggi di connessione, alla guaina centrale costituita da due paia di prolungamenti che fuoriescono dalla coppia centrale di m. singoli (fig.). I m. centrali sono collegati fra loro da ponti accoppiati. Alla base delle ciglia e dei flagelli, la coppia centrale di m. dell’assonema termina in una piastra basale. Le coppie di m. esterni proseguono nel corpuscolo basale dove a ciascuna coppia si aggiunge un terzo tubulo. Il corpuscolo basale è perciò costituito da 9 triplette di microtubuli. Difetti genetici possono dare origine ad assonemi difettosi, privi di motilità.

A differenza dei m. delle ciglia e dei flagelli, i m. citoplasmatici sono strutture dinamiche, cambiano la loro lunghezza e la loro dislocazione intracellulare mediante aggregazione o disaggregazione di molecole di tubulina. In vitro, aggiungendo frammenti di m. a una soluzione di dimeri αβ di tubulina, si nota che l’aggregazione e la disaggregazione dei m. proseguono in continuazione. I dimeri di tubulina si attaccano a una estremità del m. (estremità di aggregazione A) e si distaccano da quella opposta (estremità di disaggregazione D) con la stessa velocità. La velocità netta del flusso è di circa 0,9 μmol ogni ora. Il riciclaggio dei dimeri di tubulina attraverso il m. si chiama flusso stazionario; esso è il risultato della differenza fra le concentrazioni critiche di tubulina delle estremità A e D di un microtubulo. La concentrazione critica di un’estremità si definisce come la concentrazione di tubulina libera, alla cui presenza le velocità globali di aggregazione e disaggregazione a quella data estremità si compensano. Non è chiaro se il flusso stazionario abbia luogo anche nella cellula in vivo.

I m. possiedono un’altra proprietà dinamica, messa in evidenza da esperimenti in cui si passa da alte a basse concentrazioni di tubulina; si osserva la scomparsa di alcuni m. e l’allungamento di altri, fenomeno spiegato con un modello detto dell’instabilità dinamica: il m. ha un cappuccio di tubulina legata al GTP che lo rende stabile. Quando viene incorporata una molecola di tubulina, il GTP viene idrolizzato da un enzima (GTPasi) in presenza di Mg²⁺ e viene rilasciato fosforo inorganico. La molecola di GTP residua rimane legata alla tubulina, i m. privi di cappuccio sono instabili e vanno incontro a depolimerizzazione. Che un m. abbia o no il cappuccio dipende dal rapporto tra la velocità con cui la tubulina-GTP si aggrega al m. e la velocità con cui il GTP viene idrolizzato dopo l’aggregazione. Le fibre del fuso si rinnovano a una velocità di gran lunga troppo elevata (vita media 30″) per poter essere spiegata dal modello del flusso stazionario, mentre è in accordo con l’ipotesi della instabilità dinamica.

Sono state isolate numerose proteine associate ai m. (MAP) coinvolte nelle specifiche funzioni di essi. Vari agenti possono promuovere o inibire l’aggregazione dei m.; la disaggregazione è promossa, per es., dalla colchicina che, inibendo la formazione dei m., blocca tutti i processi cellulari legati alla loro dinamicità e la divisione cellulare.