7a. COMPARTIMENTI INTRACELLULARI

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1 7a. COMPARTIMENTI INTRACELLULARI contiene materiale protetto da copyright, ad esclusivo uso personale; non è consentita diffusione ed utilizzo di tipo commerciale molte delle reazioni chimiche che avvengono nella cellula sono tra loro incompatibili Le cellule hanno evoluto diverse strategie per isolare ed organizzare le reazioni chimiche: 1. Utilizzare dei complessi proteici 2. Separare le reazioni chimiche in compartimenti diversi 1

2 La parte cellulare delimitata dalla membrana plasmatica costituisce il CITOPLASMA sede delle varie attività della cellula: al suo interno avvengono le reazioni chimiche che consentono alla cellula di vivere ha anche il compito di immagazzinare materiali di riserva. Il CITOSOL rappresenta la parte acquosa del citoplasma nel quale sono sospesi tutti gli organelli cellulari si tratta di un ﬂuido altamente viscoso perchè è costituito per il 50% da proteine. 2

3 Reticolo Endoplasmatico Reticolo Endoplasmatico (RE) il sistema di membrane più esteso della cellula fitta rete di cisterne e tubuli tra loro interconnessi che parte ed è collegata alla membrana nucleare membrana del RE: - forma un foglio continuo che racchiude il lume dell RE (fino al 10% del volume totale della cellula) - separa il lume del RE dal citosol e media il trasferimento selettivo di molecole fra questi due compartimenti. 3

4 principali funzioni proteine enzimatiche associate al RE sono responsabili della sintesi delle proteine ed hanno anche un ruolo nella sintesi dei lipidi modificazione post- traduzionale delle proteine neosintetizzate veicolazione delle proteine al compartimento cellulare di destinazione: quasi tutte le proteine secrete all esterno della cellula sono portate prima nel lume del RE 4

5 Due tipi di RE: Il RER o reticolo endoplasmatico rugoso strutturato a cisterne; presenta sulla sua superficie esterna i ribosomi Il REL o reticolo endoplasmatico liscio strutturato a canalicoli; non presenta ribosomi. Tipi diversi di cellule hanno una q.tà molto differente di un tipo di RE o dell'altro, a seconda della attività della cellula Ex. nelle fibre muscolari: il reticolo sarcoplasmatico 5

6 Funzioni del RER secrezione proteica: trasporto del prodotto che è stato sintetizzato a livello dei ribosomi. L associazione dei ribosomi alla membrana del RER consente alle proteine neosintetizzate di penetrare all interno delle cisterne prima di essere liberate dalla cellula, le proteine debbono subire una lunga serie di trasformazioni che possono realizzarsi solo all interno di un sistema chiuso. sintesi proteine nel RER 6

7 le proteine possono - passare nello spazio luminale - restare inserite nella membrana (proteine transmembrana) sequenza di arresto di trasferimento A in assenza della sequenza di arresto di trasferimento, eliminato il peptide segnale la proteina passa nel lume del RER; B - in presenza del segnale di arresto di trasferimento (aa apolari), eliminato il peptide segnale, la proteina resta inserita nella membrana: proteina transmembrana monopasso; C - in presenza di 2 o + segnali di arresto di trasferimento: proteine transmembrana multipasso. sequenza di arresto di trasferimento composta da: aa per lo più idrofobi, quindi ada1 a rimanere inseri4 nello spessore del foglie8o lipidico della membrana del RER; seguono aa a carica posi/va: concentrazione di tali cariche determina un ostacolo fisico- chimico insormontabile al passaggio della catena polipep4dica a8raverso la membrana. 7

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9 glicosilazione dell asparagina nel RER (N- glicosilazione) importante per l indirizzamento delle proteine alla membrana plasmatica, ai lisosomi e alle vescicole di secrezione. Nel RER Oligosaccaride viene semplificato: Perdita 3 glucosio ed 1 mannosio 9

10 Funzioni della glicosilazione delle proteine ü una proteina glicosilata raggiunge un folding (ripiegamento) corretto ü protegge dall'attacco di proteasi ü permette lo svolgimento del controllo di qualità NB > parte delle proteine che vengono glicosilate, nelle cellule eucariotiche, sono destinate a diventare proteine di membrana: le catene di zuccheri vanno a formare infatti il glicocalice che circonda il plasmalemma (membrana plasmatica). folding delle glicoproteine nel RER Glicosidasi eliminano 4 residui zuccherini (tre glucosio e un mannosio). Le proteine correttamente folded vengono smistate all apparato di Golgi Quelle non correttamente folded vengono traslocate nel citoplasma e degradate da specifici complessi enzimatici (i proteosomi). 10

11 Funzioni del REL: - Biosintesi membrane - sintesi lipidi, colesterolo e ormoni steroidei - Detossificazione - - Calcium Reuptake Sintesi membrane nel REL Enzimi sintesi su lato citoplasmatico ñ Crescita asimmetrica Scramblasi (to scramble = mescolare) mescolamento casuale dei fosfolipidi Flippasi trasferimento selettivo dei fosfolipidi da un monostrato all altro ripristinando l asimmetria della composizione in fosfolipidi tra i due foglietti della membrana. 11

12 Ribosomi Ribosomi costituiti da complessi di ribonucleoproteine (RNA + Proteine) e deputati alla sintesi proteica da RNA messaggero 2 tipi di ribosomi nel citosol: RIBOSOMI LEGATI ALLA MEMBRANA ESTERNA DEL RE (poliribosomi): sintetizzano tutte le proteine transmembrana e quelle destinate ad essere secrete RIBOSOMI LIBERI: non attaccati a nessuna membrana, i quali sintetizzano tutte le altre proteine codificate dal genoma. Ribosomi liberi e quelli associati alla membrana sono strutturalmente e funzionalmente identici 12

13 Ribosomi presentano due subunità (maggiore e minore) libere nel citoplasma, si associano per operare la traduzione degli mrna I Ribosomi associati al RER sono impegnati nella sintesi di proteine che possono essere secrete o incorporate nella membrana Le proteine che entrano nel reticolo, proguiranno successivamente per l'apparato di Golgi e verranno infine espresse sulla membrana plasmatica o secrete. 13

14 Al Microscopio elettronico i ribosomi appiano associati in catene di 5-20 elementi, denominati POLISOMI, dove avviene la traduzione degli mrna, ovvero la sintesi proteica. 14

15 Le due subunità vengono riferite in base loro valore S (coefficiente di sedimentazione) Confronto tra Ribosomi batterici ed eucariotici 15

16 Coefficiente di sedimentazione s = v / ω 2 r v = velocità di sedimentazione (dipende da massa, densità propria e del mezzo, e dal campo centrifugo applicato) ω = velocità angolare del rotore in radianti/s r = distanza radiale della particella dall'asse di rotazione, cm I valori comuni di s sono nell'ordine di sec = 1 svedberg (S) se rrna a s = sec è coefficiente = 5S. Apparato del Golgi 16

17 Apparato del Golgi Apparato del Golgi 17

18 vescicole provenienti dal RE alla Faccia CIS formano rete di vescicole interconnesse: CIS Golgi Network (CGN) dalla faccia trans si staccano vescicole interconnesse: Trans Golgi Network (TGN) Funzioni dell Apparato del Golgi 1. immagazzinare, concentrare e distribuire le proteine sia quelle da trasportare fuori dalla cellula sia quelle che rimangono nella cellula 2. riceve dal REL i lipidi da usare per la sintesi delle lipoproteine 3. sintetizza anche polisaccaridi 18

19 Principali tappe della maturazione delle proteine nell apparato di Golgi Le proteine che arrivano al Golgi vengono glicosilate, o comunque modificate nei residui oligosaccaridici che già possiedono 19

20 Gli enzimi contenuti nelle cisterne conducono a due tipi di oligosaccaridi: - oligosaccaridi complessi - oligosaccaridi ad alto contenuto di mannosio. Il trasporto vescicolare 20

21 Il trasporto vescicolare DUE IPOTESI SULLA PROGRESSIONE DELLE PROTEINE E DELLE MEMBRANE NELL APPARATO DI GOLGI Modello del trasporto vescicolare Modello della maturazione delle cisterne 21

22 Modello della progressione delle vescicole movimento delle vescicole in direzione Cis- Trans: flusso vescicolare anterogrado Modello della progressione delle cisterne 22

23 Riciclo vescicole RE- CIS Golgi Gemmazione vescicole dal RE è mediato dalle COP- II (COat Proteins type II) Le vescicole: - si staccano dal RE e COP- II ritornano al RE. - arrivano al CIS- Golgi e scaricano il materiale. - vengono riciclate al RE se hanno sulla membrana proteina con segnale di ritenzione al RE: KDEL (Lys Asp Glu Leu): 4 aa con recettore su membrana del RE) La gemmazione mediata da proteine tipo COP- I. COP- II rivestono solo le vescicole che gemmano dal RE COP- I rivestano tutte le proteine che gemmano dal Golgi (sia flusso anterogrado che retrogado) 23

24 v- SNARE (v=vescicola) e t- SNARE (t=target=bersaglio) Vescicole di trasporto presentano sulla membrana un Recettore per il materiale da trasportare cui è associata dal lato citosolico una specifica proteina v- SNARE che interagendo con la t- SNARE determina la destinazione delle vescicole. 24

25 Le vescicole che gemmano dalle membrane possiedono un rivestimento Le vescicole meglio studiate hanno rivestimenti composti da CLATRINA Recettori di Carico: riconoscono i segnali da trasportare Adattine: trattengono localmente complesso RL Dinamina: si aggrega attorno ad ogni strozzatura LISOSOMI 25

26 LISOSOMI scoperti dal citologo belga Christian de Duve nel This Small Particle acts as the digestive tract of the living cell. Its enzymes dissolve the substances ingested by the cell and under certain circumstances can dissolve the cell itself". apparato digerente della cellula eucariotica Gli enzimi idrolitici (chiamati per questo "idrolasi acide ) - - degradano proteine, lipidi e carboidrati nei loro costituenti elementari (aminoacidi, zuccheri, nucleotidi ecc.) che possono diffondere nel citoplasma per essere riutilizzati o essere espulsi. - potenzialmente pericolosi: non possono essere rilasciati nel citoplasma ma debbono sempre essere confinati all'interno di strutture membranose in grado di contenerli. si attivano a ph bassi (circa 5): 26

27 LISOSOMA basso ph creato e mantenuto grazie a pompe protoniche CITOSOL Idrolasi acide ph 5 H + ATP ADP H + ph 7 Formazione dei Lisosomi Primari Sintesi enzima lisosomiale cui si aggiunge un carboidrato Mannosio viene fosforilato ed enzimi inclusi in vescicole Mannosio 6- P si lega al R fosforilato ph si abbassa e E si stacca da R 27

28 Lisosomi Secondari (o Endolisosomi) Funzioni dei Lisosomi digerire particelle estranee come i batteri Dopo che le frazioni utilizzabili sono state riassorbite dalla cellula, il residuo da eliminare viene trasportato verso la superficie esterna alla cellula. 28

29 . Difetti della funzione lisosomiale sono ritenuti responsabili di molte malattie degenerative, in particolare di quelle cardiache e cerebrali: Perossisomi organelli di forma solitamente sferica circondati da una singola membrana nel citoplasma di tutte le cellule eucariotiche: Da uno (nei lieviti) a centinaia (ex cellule renali o epatiche dei mammiferi) 29

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31 reticolo perossisomale funzioni dei perossisomi: Detossificazione: Rimozione dei radicali liberi e ROS: 31