Proteine FTS, piano di divisione e morfologia cellulare

Diverse proteine, chiamate proteine Fts, sono essenziali per la divisione cellulare. L'acronimo Fts sta per proteine filamentose sensibili alla temperatura, e tale denominazione descrive le caratteristiche di mutanti con alterazione nei geni che codificano le proteine Fts; queste cellule si dividono con grande difficoltà. L'interazione delle proteine Fts porta alla formazione nella cellula di un apparato di divisione chiamato divisoma (nei mutanti Fts si formano lunghi filamenti senza setti ma con i nucleotidi regolarmente distribuiti in tutta la lunghezza della cellula) . All'interno di questo gruppo di proteine , un ruolo chiave è svolto dalla proteina FtsZ che nelle cellule bastoncellari, formano il divisoma, disponendosi ad anello nel preciso centro della cellula; tale punto diventerà infine il piano di divisione cellulare (mutanti FtsZ formano batteri lineari senza setto). In una cellula di Escherichia Coli, circa 10000 molecole di FtsZ polimerizzeranno per formare un anello completo capace poi di richiamare altre proteine della divisione cellulare, quali FtsA e la ZipA. La prima è un enzima che idrolizza l'ATP, generando così l'energia per l'assemblaggio di molte proteine del divisoma (mutanti FtsA formano batteri lineari con un setto iniziale). ZipA è, invece, una proteina d'ancoraggio che lega le proteine dell'anello FtsZ alla membrana citoplasmatica. Il divisoma contiene anche proteine implicate nella sintesi del peptidoglicano, quali la FtsI, che è anche chiamata proteina legante la penicillina, perché la sua attività è bloccata da questo antibiotico (mutanti FtsI vanno incontro a lisi).Altre proteine importanti per il setto sono FtsQ, nei cui mutanti non si ha neanche l'inizio della formazione del setto, FtsA, dove nei mutanti si nota una strozzamento nella posizione di divisione mediana, e il gene envA, nei cui mutanti il setto è formato ma non si ha distacco delle cellule figlie (quindi envA sintetizza un enzima che taglia le cellule).
La replicazione del DNA avviene prima della formazione dell'anello di proteine FtsZ e sembra che sia proprio il completamento della sintesi del DNA il segnale per la formazione di questo setto nello spazio fra i nucleotidi appena duplicati. La localizzazione delle proteine FtsZ proprio nella parte centrale della cellula è mediata da una serie di proteine denominate Min, in particolare delle proteine MinC e MinE. Il primo è un inibitore della divisione cellulare che previene la formazione dell'anello FtsZ fino a che il preciso centro della cellula non è stato trovato. MinE è, invece, un inibitore della MinC in grado di legarsi al punto centrale della cellula; questo evento innesca il reclutamento delle FtsZ e l'avvio del divisoma (mutanti Min generano minicellule). Con il procedere dell'allungamento cellulare, i due cromosomi sono infine separati ognuno nella propria cellula figlia, grazie alla partecipazione di numerose proteine e in particolare FtsK. Successivamente, sempre le proteine FtsZ, essendo dotate d'attività enzimatica, impiegano la loro energia per la distruzione dell'anello e la divisione delle cellule. Per quanto riguarda la morfologia dei procarioti, invece, oggi è chiaro che sono presenti specifiche proteine responsabili della definizione della forma cellulare e che il peptidoglicano svolge un ruolo minore. La principale di queste proteine è MreB, che partecipa alla formazione di un citoscheletro actina-simile. Quest'ultime si dispongono proprio al di sotto della membrana citoplasmatica, a formare bande filamentose spiraliformi che percorrono l'intero perimetro interno della cellula generando, presumibilmente, una qualche forza contro la membrana. E' interessante notare che i batteri a forma di cocco sembrano essere privi sia della proteina MreB sia del gene corrispondente. Tale dato indica che la “mancanza” di forma conferisce ad un batterio una morfologia sferica.