Lactina és la proteïna globular que forma els microfilaments, un dels tres components fonamentals del citoesquelet de les cèl·lules eucariotes. L'expressen totes les cèl·lules dels organismes multicel·lulars, especialment en les fibres musculars, on participa en la contracció muscular. Pot trobar-se en forma lliure, anomenada actina G, o formant part de polímers lineals anomenats microfilaments o actina F, que són essencials per a funcions cel·lulars tan importants com la mobilitat i la contracció de la cèl·lula durant la divisió cel·lular.
La importància capital de l'actina s'entén pel fet que un elevat percentatge del contingut proteic d'una cèl·lula és d'actina i que la seva seqüència està molt conservada, és a dir, ha canviat molt poc al llarg de l'evolució. Per ambdues raons es pot dir que la seva estructura ha estat optimitzada. Se'n poden destacar dos trets peculiars: és un enzim que hidrolitza ATP, la "moneda universal de l'energia" dels processos biològics, fent-ho molt lentament, però al mateix temps necessita aquesta molècula per mantenir la seva integritat estructural. Adquireix la seva forma eficaç en un procés de plegament gairebé dedicat. A més, és la proteïna que estableix més interaccions amb altres proteïnes de totes les conegudes, fet que li permet exercir funcions molt variades que arriben a gairebé tots els aspectes de la vida cel·lular. La miosina és un exemple de proteïna que uneix actina; un altre exemple és la vil·lina, que pot entrellaçar l'actina en feixos o bé pot tallar els filaments d'actina, depenent de la concentració de catió calci en el seu entorn.
L'actina forma microfilaments en un procés dinàmic que proporciona una bastida que dota la cèl·lula d'una forma amb possibilitat de remodelar-se ràpidament en resposta al seu entorn o senyals de l'organisme, per exemple, augmentant la superfície cel·lular per a l'absorció o proporcionant suport a l'adhesió de les cèl·lules per a formar teixits. Sobre aquesta bastida es poden ancorar altres enzims, orgànuls com el cili, dirigir la deformació de la membrana cel·lular externa que permet la ingestió cel·lular o la citocinesi. També pot generar moviment, ja sigui per ella mateixa o ajudada per motors moleculars. D'aquesta manera contribueix a processos com el transport intracel·lular de vesícules i orgànuls i la contracció muscular, o la migració cel·lular, important en el desenvolupament embrionari, en la reparació de ferides o en la invasivitat del càncer. L'origen evolutiu d'aquesta proteïna es remunta a les cèl·lules procariotes, on poden trobar equivalents. Finalment, també és important en el control de l'expressió gènica.
Un bon nom de malalties tenen com a base alteracions genètiques en al·lels dels gens que governen la producció de l'actina o de les seves proteïnes associades, i també són essencials en el procés d'infecció d'alguns microorganismes patògens. Les mutacions en els diferents gens d'actina presents en humans ocasionen miopaties, variacions en la grandària i la funció cardíaca i sordesa. Els components del citoesquelet també tenen relació amb la patogenicitat de bacteris intracel·lulars i virus, especialment en processos relacionats amb l'evasió de la resposta del sistema immunitari.
Història miniatura|El premi Nobel Szent-Györgyi, codescobridor amb Brunó Straub de l'actina.
L'actina va ser observada experimentalment per primera vegada el 1887 per William D. Halliburton (1860-1931), que va extraure una proteïna muscular que coagulava preparacions de miosina i la denominà «ferment de la miosina». No obstant això, Halliburton va ser incapaç de caracteritzar les seves observacions, i per això el descobriment s'atribueix a Brunó Ferenc Straub (1914-1996), que en aquells moments era un jove bioquímic que treballava al laboratori d'Albert Szent-Györgyi a l'Institut de química mèdica de la Universitat de Szeged a Hongria.
El 1942, Straub va desenvolupar una nova tècnica per a l'extracció de proteïnes musculars que li permetia aïllar quantitats substancials d'actina relativament pura. Aquest mètode és el mateix que essencialment s'utilitza en els laboratoris de l'actualitat. Szent-Györgyi havia descrit prèviament una forma més viscosa de miosina, produïda per extraccions lentes en músculs, com «miosina activada» i, ja que la proteïna de Straub produïa l'efecte activador, la va denominar «actina». La viscositat disminuïa si s'afegia ATP a la barreja d'ambdues proteïnes, coneguda com a actomiosina. El treball d'ambdós no va poder ser publicat en els països occidentals a causa de l'ambient bèl·lic de la Segona Guerra Mundial, i va sortir a la llum el 1945 quan va ser publicat com a suplement dActa Physiologica Scandinavica.Szent-Gyorgyi, A. (1945) Studies on muscle. Acta Physiol Scandinav 9 (suplement. 25) Straub va continuar treballant amb l'actina fins al 1950, publicant que podia unir-se a l'ATP i que, durant la polimerització de la proteïna per a formar microfilaments, s'hidrolitzava a ADP + Pi, el qual romania unit al microfilament. Straub va suggerir que aquesta reacció ocupava un paper en la contracció muscular, però això només és cert en el cas del múscul llis i no va ser verificat experimentalment fins al 2001.
La seqüència d'aminoàcids va ser completada per Elzinga i col·laboradors el 1973, i l'estructura cristal·logràfica de l'actina G va ser determinada el 1990 per Kabsch i col·laboradors, tot i tractar-se d'un cocristall en el qual formava un complex amb la desoxirribonucleasa I; es proposà un model el mateix any per a l'actina F per Holmes i els seus col·laboradors. Aquest procediment de cocristal·lització amb diferents proteïnes va ser emprat repetidament durant els següents anys, fins que el 2001 s'aconseguí cristal·litzar la proteïna aïllada juntament amb ADP. Va ser possible gràcies a l'ocupació d'un conjugat de rodamina que impedia la polimerització bloquejant l'aminoàcid cys-374. Aquell mateix any es va produir la defunció de Christine Oriol-Audit, la investigadora que el 1977 va aconseguir cristal·litzar per primera vegada l'actina en absència d'ABPs. Els cristalls van resultar massa petits per a la tecnologia de l'època.
Tot i que actualment no existeix un model d'alta resolució de la forma filamentosa, l'equip de Sawaya va dur a terme el 2008 una aproximació més exacta basant-se en múltiples cristalls dels dímers d'actina que contacten en diferents llocs. Aquest model va ser refinat pel mateix autor i per Lorenz. Altres enfocaments, com l'ús de microscopia crioelectrònica o radiació per sincrotró han permès recentment augmentar el nivell de resolució i comprendre amb més profunditat la naturalesa de les interaccions i els canvis conformants implicats en la formació dels filaments d'actina.
Estructura L'actina és una de les proteïnes més abundants entre els eucariotes i éscpresent en tot el citoplasma. De fet, en les fibres musculars representa els 20% en pes total de les proteïnes, i en altres cèl·lules animals està entre l'1 i el 5%. No obstant això, no existeix un únic tipus d'actina, sinó que els seus gens codificants estan definits per una família multigènica (família que, en plantes, alberga més de 60 elements, entre gens i pseudogens i, en humans, més de 30). Això significa que la informació genètica de cada individu té instruccions per generar variants de l'actina (anomenades isoformes) que posseeixen funcions lleugerament diferents. D'aquesta manera, els organismes eucariotes expressen diferents gens que donen lloc a: l'actina α, que es troba en estructures contràctils; l'actina β, a la vora en expansió de les cèl·lules que empren la projecció d'estructures mòbils com a mètode de mobilitat; i l'actina γ, en els filaments de les fibres d'estrès. A més de les similituds existents entre les isoformes d'un organisme, també hi ha una conservació evolutiva pel que fa a estructura i funció entre organismes de dominis diferents de l'eucariota: en bacteris es coneix l'homòleg MreB, una proteïna que és capaç de polimeritzar en microfilaments, i en arqueus hi ha un representant (Ta0583) encara més semblant a les actines d'eucariotes.Futoshi Hara, Kan Yamashiro, Naoki Nemoto, Yoshinori Ohta, Shin-ichi Yokobori, Takuo Yasunaga, Shin-ichi Hisanaga i 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
L'actina es presenta a la cèl·lula en dues formes: com a monòmers globulars denominats actina G i com a polímers filamentosos anomenats actina F (és a dir, filaments compostos de multitud de monòmers d'actina G). L'actina F també es pot denominar microfilament. A cada bri d'actina s'uneix una molècula d'adenosina trifosfat (ATP) o d'adenosina difosfat (ADP) al seu torn associada a un catió Mg2+. De les diferents combinacions possibles entre les formes d'actina i el nucleòtid trifosfat, en la cèl·lula predominen l'actina G-ATP i l'actina F-ADP.
Actina G Pel que fa a l'estructura molecular, l'actina G té una aparença globular al microscopi electrònic de rastreig, no obstant això, mitjançant la cristal·lografia de raigs X es pot apreciar que està composta de dos lòbuls separats per una esquerda, l'estructura conforma el plec ATPasa, un centre de catàlisi enzimàtica capaç d'unir l'ATP i Mg² i hidrolitzar el primer a ADP més fosfat. Aquest plec és un motiu estructural conservat que també és present en altres proteïnes que interaccionen amb nucleòtids trifosfat com l'hexoquinasa (un enzim del metabolisme energètic) o les proteïnes Hsp70 (una família de proteïnes que contribueixen que altres proteïnes tinguin estructures funcionals). L'actina G només és funcional quan posseeix o bé ADP o bé ATP en la seva esquerda, no obstant això, en la cèl·lula predomina l'estat unit a l'ATP quan l'actina es troba lliure. lang=ca|miniatura|Model molecular de cintes d'actina de múscul esquelètic de conill segons Graceffa i Domínguez, 2003. Es destaquen els quatre subdominis, així com els extrems N i C terminal i el lloc d'unió a ATP. La molècula està orientada segons la convenció que s'adopta normalment, quedant en la part superior l'extrem - (punta de fletxa) i en la inferior l'extrem + (barba). L'actina cristal·litzada per Kabsch, que és la més utilitzada com a model en estudis estructurals (ja que va ser la primera a ser purificada) procedeix del múscul esquelètic del conill. Té unes dimensions aproximades de 67 x 40 x 37 Å, una massa molecular de 41785 UMA i un punt isoelèctric estimat en 4,8. La seva càrrega neta a pH = 7 és de -7.
Estructura primària
La seqüència d'aminoàcids completa d'aquesta mena d'actina va ser determinada per Elzinga i col·laboradors el 1973 i afinada en treballs posteriors pel mateix autor. Conté 374 residus d'aminoàcids. El seu extrem N-terminal és molt àcid. Comença amb un aspartat acetilat en el seu grup amina, mentre que el seu C-terminal és bàsic, format per una fenilalanina precedida per una cisteïna de certa importància funcional. Ambdós extrems són en una posició molt propera dins del subdomini I. Pel que fa a aminoàcids anòmals, cal destacar una Nτ-metilhistidina en la posició 73.
Estructura terciària-dominis
Està formada per dos dominis coneguts com a gran i petit, separats per una esquerda en el centre se situa el lloc d'unió a l'ATP-ADP + Pi. Per sota d'aquest hi ha una escotadura de menor profunditat anomenada solc. Quant es troben en forma nativa, malgrat el seu nom, tots dos tenen una mida equiparable.