Reticolo endoplasmatico Apparato del Golgi Lisosomi

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1 Reticolo endoplasmatico Apparato del Golgi Lisosomi

2 NELLA CELLULA eucariotica: Il Nucleo controlla le funzioni cellulari Il Citoplasma è sede di attività sintetiche e metaboliche della cellula

3 Citoplasma Matrice citoplasmatica o citosol Non organizzata in strutture Formata da acqua (85%), RNA, zuccheri, aa, ioni, proteine del citocheletro, enzimi per il metabolismo cellulare (glicolisi anaerobia, simntesi proteica, etc) Organuli e inclusioni strutture orgnizzate con una specifica morfologia e specifiche funzioni EPATOCITI: struttura EPATOCITI: ultrastruttura

4 Ingrandendo riconosciamo alcune strutture di diversa morfologia

5 ORGANULI della cellula eucariotica La cellula eucariotica è suddivisa in compartimenti distinti, sia morfologicamente sia funzionalmente. Tali compartimenti, detti organuli, sono circondati da membrane e contengono molecole e enzimi che conferiscono funzioni specifiche a ciascun organulo Per comprendere il funzionamento di una cellula eucariotica è essenziale sapere che cosa accade in ogni organulo e in che modo le molecole si possono muovere dall uno all altro. Reticolo endoplasmatico Apparato di Golgi Lisosomi Mitocondri Perossisomi

6 Il sistema di endomembrane della cellula è costituito da un insieme di cavità comunicanti e rivestite di membrana: INVOLUCRO NUCLEARE RETICOLO ENDOPLASMATICO APPARATO DI GOLGI LISOSOMI Ogni compartimento costituisce uno spazio acquoso separato dal citosol Ogni organulo è dotato di funzioni e reazioni specifiche Continuità funzionale Ruolo della esistenza di compartimenti distinti: confinare le reazioni chimiche per una maggiore efficienza

7 Reticolo endoplasmatico IL RE si estende per tutta la cellula ma prevalentemente nelle porzioni interne del citoplasma ( ENDO ) Rappresenta ca. il 50% del totale delle membrane cellulari Il RE è costituito da una rete di sacchi appiattiti, e tubuli, vescicole, rivestiti da membrana Le membrane delimitano delle cavità (lume dell ER) che formano un sistema continuo.

8 Reticolo endoplasmatico Funzioni generali Sintetizza quasi tutti i lipidi della cellula e tutte le proteine destinate: - al ER - al Golgi - ai lisosomi - alla membrana plasmatica - alla secrezione Distinguiamo il RER e SER

9 RE rugoso e liscio Il reticolo endoplasmatico ruvido (ER ruvido) ha in genere la forma di foglietti appiattiti ed ha la faccia esterna costellata di ribosomi FUNZIONE principale: sintesi di proteine Il reticolo endoplasmatico liscio (ER liscio) ha in genere una forma più tubulare e non ha ribosomi attaccati. Funzione importante nel metabolismo dei lipidi.

10 RER Le cisterne del RER sono spesso addossate e disposte parallelamente Localizzazione perinucleare.

11 Le membrane del RER si continuano con l involucro nucleare

12 MAPPA DEL TRAFFICO DELLE PROTEINE BIOSINTETICHE Le proteine sintetizzate sui ribosomi sono convogliate alle loro specifiche localizzazioni I poliribosomi del CITOSOL sintetizzano proteine per il citosol, il nucleo e i mitocondri, perossisomi. Il RER sintetizza proteine per: - il RE - il Golgi - i lisosomi, - la membrana plasmatica - la secrezione

13 TRAFFICO DELLE PROTEINE BIOSINTETICHE Nella cellula esistono meccanismi molecolari che permettono di convogliare le proteine a diverse destinazioni Sequenze segnale delle proteine sono necessarie per indirizzarle alla loro destinazione

14 I primi amminoacidi sintetizzati, sequenza segnale, si legano a una particella di riconoscimento del segnale SRP e la sintesi si ferma. La SRP legata alla sequenza e al ribosoma è riconosciuta da un recettore specifico sulla membrana del reticolo. La presenza di un recettore per il ribosoma e di un canale proteico fanno legare il ribosoma al ER e ripartire la sintesi proteica.

15 TRASFERIMENTO DELLE proteine nel RER PORO Rilascio di una proteina nel lume RER Peptidasi del segnale Segmento idrofobico Inserimento di una proteina nella membrana del RER: ) un segmento idrofobico blocca il trasferimento della proteina e la ancora alla membrana (proteine transmembrana)

16 Come avviene il trasferimento dal RER agli altri compartimenti? trasporto vescicolare Sulla superficie del compartimento donatore si forma una vescicola che si stacca e si va a fondere con il compartimento successivo (bersaglio) Le vescicole portano da un compartimento all altro le molecole delle membrane e molecole solubili contenute all interno RE Golgi

17 Nucleo RE rugoso RE liscio Membrana nucleare

18 Nucleo RE rugoso cis Golgi Vescicole trasporto trans Golgi

19 Nucleo RER REL Membrana Nucleare cis Golgi Vescicole trasporto lisosomi trans Golgi membrana

20 RER: funzioni Reticolo endoplasmatico rugoso Sintesi proteine Modificazioni posttraduzionali delle proteine Sintesi dei lipidi (prevalentemente nel REL) Sintesi di nuova membrana (poiché sintetizza proteine e lipidi) proteine secretorie ghiandole, proteine della matrice, enzimi lisosomiali - acquisizione struttura II, III e IV - controllo qualità proteine - glicosilazione iniziale - formazioni di legami disolfuro (disolfuro isomerasi) - idrossilazione di residui di prolina e lisina (es. collagene) - fosfatazione (es. enzimi lisosomiali) - solfatazione

21 RER Il RER è presente in tutte le cellule Molto sviluppato nelle cellule impegnate in una intensa attività sintetica: Alcuni esempi: Cellule esocrine del pancreas plasmacellule cellule nervose L RNA conferisce basofilia citoplasmatica (affinità per coloranti basici: Blu di metilene, blu di toluidina) Componente basofila del citoplasma è stata definita ergastoplasma (dal greco elaborare) per sottolineare i processi di sintesi nelle cellule che si colorano intensamente basofilia in posizione basale

22 RER Alcuni esempi: Cellule esocrine del pancreas plasmacellule cellule nervose Basofilia diffusa Neuroni

23 RER Localizzazione variabile Cellula polarizzata pancreatica Granuli zimogeno Golgi Cellula non polarizzata plasmacellula RER Disposizione polarizzata degli organuli in relazione al percorso dei prodotti di secrezione

24 REL Non ha ribosomi aderenti alla sua superficie Generalmente POCO ESTESO, costituito da un insieme di tubuli e canali anastomizzati che trasportano materiale dal RER al Golgi MOLTO ESTESO in cellule specializzate nel metabolismo dei lipidi: - Epatociti che producono lipoproteine - Cellule che producono ormoni steroidei - corticale surrene - cellule interstiziali testicolo

25 REL: funzioni Funzioni generali Reticolo endoplasmatico liscio Sintesi di lipidi di membrana (fosfolipidi, colesterolo) Formazione di vescicole di trasporto dal RER al Golgi Funzioni specifiche di tipi cellulari specializzati Sintesi di lipidi Detossificazione Immagazzinamento del Calcio (reticolo sarcoplasmatico nella cellula muscolare) ormoni steroidei in cooperazione con i mitocondri metabolismo di farmaci (fegato, ossigenasi) Contrazione muscolare Metabolismo dei carboidrati Regolazione della glicemia

26 REL MOLTO SVILUPPATO in cellule specializzate nel metabolismo dei lipidi: Cellule a secrezione endocrina steroidea (corticale surrene, gonadi) che producono ormoni steroidi dal colesterolo (estrogeni, testosterone, cortico-surrenalici) Cellule epatiche: produzione di particelle lipoproteiche che portano i lipidi nel sangue La Sintesi di ormoni steroidei avviene in cooperazione con i mitocondri Cellula surrene secernenti cortisolo Steroidi secreti per diffusione

27 Apparato di Golgi Messo in evidenza per la I volta nelle cellule nervose, nel 1898, attraverso la reazione nera (impregnazione di Golgi) (bicromato di potassio e nitrato di argento): apparato reticolare interno Considerato per molti anni un artefatto della tecnica di colorazione secondo alcuni ricercatori L avvento della microscopia elettronica nella metà degli anni 50 ha permesso di confermarne la esistenza e chiarirne la ultrastruttura Neuroni di gangli spinali Camillo Golgi

28 APPARATO DI GOLGI TEM

29 APPARATO DI GOLGI Proviamo a descriverlo dal punto di vista morfologico? TEM

30 Apparato di Golgi Cis convessa Trans concava Un tipico apparato del Golgi (TEM) consiste di una serie di sacculi appiattiti (cisterne) rivestiti da membrana, dilatate alle estremità, e vescicole Normalmente 5-6 cisterne, ma il numero può variare da cellula a cellula

31 Apparato di Golgi L organizzazione è un po più complessa... Rivolta verso il nucleo Reticolo del Golgi cis: tra RE e Cis Golgi c è un compartimento intermedio di vescicole e tubuli derivanti dalla fusione delle vescicole del RE Reticolo del Golgi trans network: Nella regione del Golgi trans c è un compartimento costituto di vescicole e tubuli

32 Apparato di Golgi: funzioni di trasporto E una stazione di transito dei prodotti cellulari derivanti dal RE Direzione degli spostamenti Il Golgi trasporta e dirige i prodotti cellulari alle loro destinazioni finali (lisosomi, ambiente extracellulare) Il Golgi è anche sede di processi biosintetici, specifiche reazioni biochimiche che completano la elaborazione dei prodotti cellulari sintetizzati nel RE E quindi dotato di un proprio e specifico sistema di enzimi

33 Apparato di Golgi: funzioni biosintetiche - completamento della glicosilazione della proteine (iniziata nel RER) N-Glicosilazione su N di Asn (enzimi dei lisosomi) inn cooperazione con il RER - Sintesi di polisaccaridi (GAG dei PG, la mucina delle cellule caliciformi) O-glicosilazione su O di Ser - Aggiunta di gruppi fosfato (es. enzimi lisosomiali) e solfato di proteine PRINCIPALI MODIFICAZIONI DELLE PROTEINE 1. N-GLICOSILAZIONE 2. O-GLICOSILAZIONE 3. FOSFORILAZIONE 4. SOLFATAZIONE - Sintesi di lipidi Alcuni Fosfolipidi come la Sfingomielina Glicolipidi: aggiunta di polisaccaridi

34 RER: funzioni N-glicosilazione iniziale (aspecifica) delle proteine Molte proteine solubili e di membrana sintetizzate nel RER sono glicosilate La N-glicosilazione comincia in RER e continua nel Golgi L oligosaccaride iniziale legato a un lipide di membrana (DOLICOLO FOSFATO) viene trasferito alla proteina su un atomo di N (Asparagina) OLIGOSIL-TRANSFERASI N-acetilglucosammina mannosio glucosio Blocco di 14 zuccheri poi modificato nel RER dove 3 glu e 1 man sono rimossi e successivamente nel Golgi

35 RERe Golgi completamento della glicosilazione iniziale (aspecifica) delle proteine Rimossi: 3 gluc, 1 man Possono essere rimossi altri mannosi ma non vengono aggiunti zuccheri nel Golgi NB: enzimi lisosomiali GLICOSIL-TRANSFERASI Sono aggiunti N-acetilglucosammina galattosio Acido sialico

36 Apparato di Golgi: O-glicosilazione Nel Golgi: Aggiunta di gruppi saccaridici legati ad O su Serina (GAG dei PG, muco) Sono aggiunti: Un tetrasaccaride di collegamento Catene di zuccheri (N-acetilglucosammina N- acetilgalattosamina, etc) aggiunti progressivamente da GLICOSIL-TRANSFERASI

37 Apparato di Golgi trasporto vescicolare Le vescicole che si originano da un compartimento cellulare si fondono solo con le membrane del compartimento successivo. TRASPORTO DIREZIONALE Così le proteine del RER devono attraversare tutti i compartimenti del Golgi. Inoltre viene impedito un flusso retrogado (dal Golgi al RER)

38 Apparato di Golgi VIA BIOSINTETICA SECRETORIA (2, 3) Il GOLGI svolge un ruolo fondamentale nello SMISTAMENTO di molecole alle destinazioni finali: - Lisosomi (idrolasi) - Membrana plasmatica - Vescicole secretorie (accumulo e rilascio) (ghiandole, cellule nervose) La via di trasporto selettivo più nota è quella delle idrolasi acide che dal trans golgi sono trasportate ai lisosomi in vescicole rivestite di clatrina

39 SECREZIONE COSTITUTIVA E REGOLATA 2 percorsi di secrezione COSTITUTIVO : in tutte le cellule, molte proteine solubili sono secrete continuamente (es. proteoglicani, proteine della matrice) Rifornisce la membrana di proteine e lipidi Utilizza vescicole non rivestite di clatrina Assenza di segnali specifici REGOLATO: in cellule specializzate nella secrezione (ghiandole, neuroni). Le proteine sono selezionate nel TGN, deviate entro vescicole rivestite di clatrina, concentrate ed accumulate fino a che un segnale extracellulare non stimola la secrezione per esocitosi Segnali analoghi a quelli per la selezione delle proteine lisosomiali

40 Apparato di Golgi: posizione Cellule secretorie Nelle cellule secretorie si trova in posizione strategica strettamente correlata alla funzione Cellula pancreatica di topo TEM

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42 ESOCITOSI ENDOCITOSI TEM

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44 ESOCITOSI e ENDOCITOSI VESCICOLA DI SECREZIONE ENDOSOMA

45 ESOCITOSI e ENDOCITOSI La CELLULA ha la necessità di comunicare con l ambiente esterno (secrezione, nutrimento) out ESOCITOSI ed ENDOCITOSI rappresentano una modalità specifica di comunicazione tra l esterno e l interno della cellula in out Consentono il trasporto di molecole vs l esterno e l interno tramite vescicole in

46 ESOCITOSI costitutiva e regolata COSTITUTIVA -Avviene in tutte le cellule IN base ai 2 percorsi di secrezione (costitutiva e regolata) avremo -Avviene in modo continuo -Riguarda molte proteine solubili che sono secrete continuamente (es. proteoglicani, proteine della matrice) -Rifornisce la membrana di proteine e lipidi -Utilizza vescicole non rivestite di clatrina -Non richiede segnali specifici di attivazione del processo

47 ESOCITOSI costitutiva e regolata REGOLATA: in cellule specializzate nella secrezione (ghiandole, neuroni). IN base ai 2 percorsi di secrezione (costitutiva e regolata) avremo Le proteine sono selezionate nel TGN, deviate entro vescicole rivestite di clatrina, concentrate ed accumulate fino a che un segnale extracellulare non stimola la secrezione per esocitosi

48 ESOCITOSI regolata I prodotti di secrezione sono raccolti e concentrati in vescicole di secrezione (granuli di secrezione) - Iniziano ad essere raggruppati nel Golgi (trans) - Recuperati dal Golgi tramite vescicole immature -Maturazione delle vescicole: Concentrazione dei prodotti di secrezione per recupero di membrana (vescicole rivestite di clatrina) Anticorpi anticlatrina

49 L ESOCITOSI può essere: - non polarizzata - polarizzata L esocitosi è localizzata nelle cellule polarizzate Nella cellula nervosa le vescicole sono trasportate alla sinapsi tramite uno scorrimento sui microtubuli

50 ESOCITOSI costitutiva non polarizzata I fibroblasti secernono in modo costitutivo i prodotti della matrice extracellulare Notare: -la presenza di un esteso RER -non sono osservabili granuli di secrezione nel citoplasma perchè hanno vita breve e non si accumulano

51 ESOCITOSI regolata non polarizzata Secrezione regolata di Istamina in un mastocita Mastocita che produce istamina (sintomi delle allergie) A) Nel mastocita si accumulano i granuli di secrezione B) Mastocita in un fluido che contiene la molecola che stimola esocitosi

52 ESOCITOSI regolata polarizzata Nelle cellule a secrezione regolata i granuli secretori si accumulano nel citoplasma vicino alla membrana Cellula pancreatica (enzimi digestivi) TEM