As actinas son unha familia de proteínas globulares que forman os microfilamentos, un dos tres compoñentes fundamentais do citoesqueleto das células dos organismos eucariotas. A actina pode encontrarse como monómero en forma libre, denominado actina G, ou formando parte de polímeros lineares denominados microfilamentos ou actina F, que son esenciais para funcións celulares tan importantes coma a mobilidade e a contracción da célula durante a división celular. En vertebrados, identificáronse tres grandes grupos de isoformas da actina, chamadas alfa, beta, e gamma. As alfa encóntranse nos tecidos musculares, e son un dos constituíntes principais do aparato contráctil do músculo. As beta e as gamma coexisten na maior parte dos tipos celulares como compoñentes do citoesqueleto, e como mediadores da mobilidade celular interna.
A importancia da actina reflíctese na elevada porcentaxe que esta proteína supón no contido proteico total da célula e en que a súa secuencia está moi conservada, é dicir, que cambiou moi pouco ao longo da evolución, polo que se pode dicir que a súa estrutura foi optimizada. Presenta dúas características peculiares: é un encima que hidroliza ATP, a molécula enerxética biolóxica, e faino de maneira moi lenta, e ademais é a proteína que establece máis interaccións con outras proteínas de todas as coñecidas, o que lle permite realizar as máis variadas funcións, que afectan a case todos os aspectos da vida celular. A miosina é un exemplo de proteína que se une á actina. Outro exemplo é a vilina, que pode entrelazar a actina en feixes ou ben cortar os filamentos de actina, dependendo da concentración do catión calcio no medio.
A actina, ao formar microfilamentos nun proceso dinámico proporciona unha andamiaxe que lle dá á célula a posibilidade de remodelar a súa forma rapidamente en resposta á súa contorna ou a sinais enviados polo organismo, por exemplo, aumentando a superficie celular para a absorción ou dando soporte á adhesión das células para formar tecidos. Sobre esta andamiaxe poden ancorarse outros encimas, orgánulos como os cilios, e dirixirse a deformación da membrana plasmática para permitir a endocitose ou a citocinese. Tamén pode producir movemento, por ela mesma ou axudada por motores moleculares. Dese xeito contribúe a procesos como o transporte intracelular de vesículas e orgánulos e á contracción muscular, ou a migración celular, importante no desenvolvemento embrionario, curación de feridas ou na invasividade do cancro. A orixe evolutiva desta proteína pode rastrearse nas células procariotas, nas cales existen equivalentes. Por último, é importante no control da expresión xénica.
Hai moitas doenzas que teñen a súa base en alteracións xenéticas en alelos dos xenes encargados da produción de actina ou das súas proteínas asociadas, e é tamén esencial no proceso de infección dalgúns microorganismos patóxenos. As mutacións nos distintos xenes de actina presentes en humanos ocasionan miopatías, variacións no tamaño e a función cardíaca e xordeira. Os compoñentes do citoesqueleto tamén teñen relación coa patoxenicidade de bacterias intracelulares e virus, especialmente en procesos relacionados coa evasión da resposta do sistema inmune.
Estrutura
A actina é unha das proteínas máis abundantes nos eucariotas e está presente por todo o citoplasma. Nas fibras musculares representa o 20% en peso da proteína celular total e, noutras células animais, oscila entre o 1 e o 5%. Porén, non existe un único tipo de actina, senón que os seus xenes codificantes forman unha familia multixénica (familia que, en plantas, comprende máis de 60 elementos, entre xenes e pseudoxenes e, en humanos, máis de 30). Isto significa que a información xenética de cada individuo posúe instrucións para xerar variantes da actina (denominadas isoformas) que posuirán funcións lixeiramente distintas. Deste modo, os organismos eucariotas expresan distintos xenes que dan lugar a: a actina α, que se encontra en estruturas contráctiles; a actina β, no bordo en expansión das células que empregan a proxección de estruturas celulares como método de mobilidade; e a actina γ, nos filamentos das fibras de estrés. Ademais das similitudes existentes entre as isoformas dun organismo, tamén existe unha conservación evolutiva en canto á estrutura e función entre organismos do dominio eucariota, e mesmo en bacterias, na que se coñece o homólogo MreB, unha proteína que pode polimerizarse en microfilamentos, e en arqueas, nas que existe un representante (Ta0583) aínda máis semellante ás actinas de eucariotas.Futoshi Hara, Kan Yamashiro, Naoki Nemoto, Yoshinori Ohta, Shin-ichi Yokobori, Takuo Yasunaga, Shin-ichi Hisanaga, and Akihiko Yamagishi. (2007): An Actin Homolog of the Archaeon Thermoplasma acidophilum That Retains the Ancient Characteristics of Eukaryotic Actin . Journal of Bacteriology, p. 2039-2045, Vol. 189, No. 5 doi:10.1128/JB.01454-06
A actina preséntase na célula en dúas formas: como monómeros globulares denominados actina G e como polímeros filamentosos denominados actina F (que son filamentos compostos de moitos de monómeros de actina G). A actina F pode denominarse tamén microfilamento. A cada febra de actina únese unha molécula de adenosín trifosfato (ATP) ou de adenosín difosfato (ADP), que á súa vez está asociada a un catión Mg2+. Das distintas combinacións posibles entre as formas de actina e o nucleótido trifosfato, na célula predominan a actina G-ATP e a actina F-ADP.
Actina G
En canto á súa estrutura molecular, a actina G posúe unha aparencia globular vista co microscopio electrónico de varrido; non obstante, por cristalografía de raios X pode apreciarse que está composta por dous lóbulos separados por unha fenda; a estrutura conforma o pregamento ATPase, un centro de catálise encimática ao que pode unirse o ATP e Mg2+ e pode hidrolizar o ATP a ADP e fosfato. Este pregamento é un motivo estrutural conservado que tamén está presente noutras proteínas que interaccionan con nucleósidos trifosfato como a hexoquinase (un encima do metabolismo enerxético) ou as proteínas Hsp70 (unha familia de proteínas que contribúen a que outras proteínas posúan estruturas funcionais). A actina G só é funcional cando posúe ADP ou ATP na súa fenda; porén, na célula predomina o estado unido a ATP cando a actina está libre.
miniatura|300px|Modelo molecular de fitas da actina de músculo esquelético de coello segundo Graceffa e Domínguez, 2003. Salientáronse os catro subdominios, así como os extremos N e C-terminal e o lugar de unión do ATP. A molécula está orientada segundo a convención que se adopta normalmente, polo que queda na parte superior o extremo - (punta de frecha) e na inferior o extremo + (barbado).
A actina cristalizada por Kabsch, que é a máis utilizada como modelo en estudos estruturais, porque foi a primeira que se purificou, procede do músculo esquelético de coello. Ten unhas dimensións aproximadas de 67 x 40 x 37 Å, unha masa molecular de 41785 Da e un punto isoeléctrico estimado de 4,8. A súa carga neta a pH 7 é de -7.
Estrutura primaria
A secuencia de aminoácidos completa deste tipo de actina determinárona Elzinga e colaboradores en 1973, e afinouse en traballos posteriores do mesmo autor. Contén 374 residuos de aminoácidos. O seu extremo N-terminal é moi ácido. Comeza cun aspartato acetilado no seu grupo amino, mentres que o seu C-terminal é básico, formado por unha fenilalanina precedida por unha cisteína de certa importancia funcional. Ambos os extremos sitúanse nunha posición moi próxima dentro do subdominio I. Presenta tamén algúns aminoácidos anómalos, como unha Nτ-metilhistidina en posición 73.
Estrutura terciaria-dominios
Está formada por dous dominios coñecidos como grande e pequeno, separados por unha fenda que leva no seu centro ao lugar para a unión do ATP-ADP+Pi. Por debaixo deste existe unha greta de menor profundidade chamada "suco". Cando están na súa forma nativa, malia os seus nomes, ambos os dous dominios teñen un tamaño similar.
Nos estudos topolóxicos, por convención, a proteína oriéntase de maneira que o dominio maior queda á esquerda, mentres que o menor se sitúa á dereita. Nesta posición, o dominio pequeno divídese á súa vez no subdominio I (posición inferior, residuos 1-32, 70-144 e 338-374) e subdominio II (posición superior, residuos 33-69). O dominio maior tamén se divide noutros dous, o subdominio III (inferior, residuos 145-180 e 270-337) e o subdominio IV (superior, residuos 181-269). A zona exposta dos subdominios I e III denomínase extremo "barbado", mentres que á dos subdominios II e IV se lle chama extremo "en punta de frecha". Esta denominación fai referencia ao feito de que debido á pequena masa do subdominio 2, a actina adquire polaridade, que se discutirá posteriormente ao falar da dinámica de ensamblaxe. Algúns autores nomean os subdominios como Ia, Ib, IIa e IIb, respectivamente.
Outras estruturas salientables
A estrutura supersecundaria máis salientable é unha lámina beta de cinco cadeas que se compoñen dun meandro β e unha unidade β-α β dextroxira. Está presente en ambos os dominios. Isto suxire que a proteína xurdiu por duplicación xénica. O lugar de unión para o nucleótido de adenosina está entre dúas estruturas en forma de forquita β pertencentes aos dominios 1 e 3. Os residuos implicados son Asp11-Lys18 e Asp154-His161, respectivamente. Xusto debaixo do nucleótido encóntrase o lugar de unión para o catión divalente, que in vivo é con maior probabilidade o Mg2+ ou o Ca2+ mientres que in vitro é o formado por unha estrutura quelante na que contribúen a Lys18 e dous oxíxenos dos fosfatos α e β do nucleótido. Este calcio está coordinado con seis moléculas de auga que se encontran retidas polos aminoácidos Asp11, Asp154, e Gln137. Xunto co nucleótido forma un complexo que restrinxe os movementos dunha rexión chamada bisagra, situada entre os residuos 137 e 144, mantendo desta maneira a forma nativa da proteína, ata o punto de que a súa retirada desnaturaliza o monómero de actina. Esta rexión tamén é importante, porque determina as conformacións "aberta" ou "pechada" da fenda da proteína. Case con seguridade existen tamén polo menos outros tres centros con menor afinidade (intermedia) e outros de baixa afinidade para catións divalentes. Especulouse sobre o papel destes centros na polimerización da actina na fase de activación. No subdominio 2 existe unha estrutura, chamada bucle-D o D-loop debido a que se une á DNase I, situada entre os residuos His40 e Gly48 que aparece como un elemento desordenado na maioría dos cristais e como unha lámina β cando está formando complexo coa DNase I. Segundo Domínguez et al., o episodio clave da polimerización sería a propagación dun cambio conformacional desde o centro de unión para o nucleótido ata este dominio, que pasaría de ser dun bucle a unha hélice. Esta teoría parece ser refutada por outros traballos.
Actina F miniatura|270px|Actina F; representación da superficie dunha repetición de 13 subunidades baseada no modelo de Ken Holmes do filamento de actina (ver microfilamento).