CI di Biologia Molecolare e Cellulare Prof. Donatella Tramontano Ordinario di Biologia Applicata Ed 19 A II piano Tel. 0817463058-4552 Orario di ricevimento mercoledì ore14-15

Organizzazione degli spazi Tradizionale Open space

Organizzazione degli spazi procariote eucariote

Organizzazione degli spazi = separazione delle funzioni divisione degli spazi Migliore possibilità di regolazione

COME SI SONO FORMATI GLI ORGANELLI DEGLI EUCARIOTI DURANTE L’EVOLUZIONE? PERCHE?

Cellula procariote

Molte reazioni chimiche che avvengono nella cellula sono o sarebbero tra loro incompatibili se avvenissero nello stesso spazio ad esempio: sintesi proteica e degradazione lisosomiale. Strategia vincente SEPARARE

MECCANISMI DI TIPO ENDOCITICO SONO VEROSIMILMENTE ALL’ORIGINE DELLE MEMBRANE DEL RER E DEL NUCLEO

La teoria dell'endosimbionte, anche chiamata teoria endosimbiontica o teoria endosimbiotica,[1] riguarda le origini dei mitocondri e dei plastidi (es. cloroplasti), organuli delle cellule eucariotiche. Secondo questa teoria, questi organuli si originarono come organismi procarioti esterni, introdottisi nella cellula come endosimbionti. I mitocondri si sarebbero sviluppati da proteobacteria (in particolare, Rickettsiales o affini) e i cloroplasti da cyanobacteria.

I MITOCONDRI HANNO AVUTO PROBABILMENTE ORIGINE PER ENDOSIMBIOSI

COMPARTIMENTI/ORGANELLI QUANTI E QUALI SONO I COMPARTIMENTI IN UNA CELLULA? CHE FUNZIONE HANNO? COME E’ FATTO UN COMPARTIMENTO? COME SI FORMA? COME SI DETERMINA LA SUA COMPOSIZIONE MOLECOLARE? E LA SUA MORFOLOGIA? E LA SUA ABBONDANZA?

TUTTE LE CELLULE HANNO UN NUMERO LIMITATO DI ORGANELLI/COMPARTIMENTI ENDOSOMA CITOSOL LISOSOMA APP. DI GOLGI PEROSSISOMA MITOCONDRIO RETICOLO ENDOPLASMATICO NUCLEO MEMBRANA 15 m

La realtà….

CIASCUN COMPARTIMENTO INTRACELLULARE HA LA SUA FUNZIONE E LA SUA DIMENSIONE COMPARTIMENTO FUNZIONE VOLUME SUPERFICIE N° % % Nucleo sede del DNA 6 0,2* nucleolo biogenesi ribosomi <1 - 1 Citoplasma 94 2** 1 citosol metabolismo 54 - 1 mitocondri conversioni di energia 22 39 1700 reticolo rugoso sintesi proteine secretorie 9 35 1 reticolo liscio + detossificazione 6 16 1 apparato di Golgi modificazione proteine 6,5 1 lisosomi idrolisi enzimatiche 1 0,4 300 perossisomi reazioni ossidative 1 0,4 endosomi + 600 altre vescicole traffico 1 0,5 * Solo la membrana interna dell’involucro nucleare **Membrana plasmatica REM - EPATOCITA<

Estensioni membrane in cellule eucariote

DI COSA E’ FATTO CIASCUN ORGANELLO? MEMBRANA BILAYER LIPIDICO + PROTEINE CONTENUTO PROTEINE ED ALTRE MOLECOLE COME VIENE ‘ASSEMBLATO’ CIASCUN ORGANELLO? LE MOLECOLE CHE LO COMPONGONO DEVONO ESSERE TRASPORTATE DAL SITO DI SINTESI AL SITO DI DESTINAZIONE! TRAFFICO DI PROTEINE (E DI LIPIDI!!)

LA SINTESI PROTEICA NEGLI EUCARIOTI HA INIZIO SEMPRE NEL CITOSOL DNA mRNA PROTEINE mRNA

SEGNALI DI SMISTAMENTO COME AVVIENE IL TRASPORTO DELLE PROTEINE DAL SITO DI SINTESI AL SITO DI DESTINAZIONE? SEGNALI DI SMISTAMENTO CHE COSA E’ UN SEGNALE? COME E’ FATTO UN SEGNALE? COME FUNZIONA? COME SI FORMA? COME VIENE RICONOSCIUTO? 1. SEQUENZE DI AMMINOACIDI 2. MODIFICAZIONI POST-TRADUZIONALI 3. STRUTTURE SECONDARIE 4. PATCHES

I SEGNALI POSSONO ESSERE SEQUENZE O STRUTTURE PROTEINA RIPIEGATA PROTEINA NON RIPIEGATA PEPTIDE SEGNALE PATCH rem - destinazioni

Lunghezza e sequenza possono variare Sequenza consenso Sequenze segnale: Lunghezza e sequenza possono variare Sequenza consenso Una sequenza consenso è una sequenza (di DNA, RNA o aminoacidi) che "ha un senso" per un certo processo. Di conseguenza una sequenza consenso è costituita da quei nucleotidi o aa che si incontrano più frequentemente in una determinata posizione

aa + aa - aa polari aa idrofobici

MECCANISMI DI TRASPORTO COME AVVIENE IL TRASPORTO DELLE PROTEINE DAL SITO DI SINTESI AL SITO DI DESTINAZIONE? MECCANISMI DI TRASPORTO DIFFUSIONE - TRASPORTO REGOLATO ATTRAVERSAMENTO DI MEMBRANE TRASPORTO VESCICOLARE MACCHINARI DI TRASPORTO

I MECCANISMI DI TRASPORTO DI PROTEINE NEGLI ORGANELLI SONO 3 TRASPORTO ATTRAVERSO IL PORO I MECCANISMI DI TRASPORTO DI PROTEINE NEGLI ORGANELLI SONO 3 TRASPORTO ATTRAVERSO MEMBRANE TRASPORTO VESCICOLARE

LE PROTEINE ATTRAVERSANO LE MEMBRANE IN DUE MODI DIVERSI TRASLOCAZIONE POST-TRADUZIONALE dopo la sintesi CO-TRADUZIONALE durante la sintesi

compartimento accettore fissione fusione compartimento donatore PROTEINE SONO TRASFERITE DA UN COMPARTIMENTO AD UN ALTRO MEDIANTE TRASPORTO VESCICOLARE compartimento accettore fissione fusione compartimento donatore

Schema generale per la comunicazione fra compartimenti: gemmazione, fissione, indirizzamento, fusione

TRA ALCUNI COMPARTIMENTI VI E’ INTERCONNESSIONE DINAMICA 1. CITOSOL MATRICE NUCLEARE MITOCONDRI (CLOROPLASTI) PEROSSISOMI 2. RER/INVOLUCRO NUCLEARE GOLGI LISOSOMI MEMBRANA PLASMATICA

L’INTERNO DI ALCUNI ORGANELLI E’ TOPOLOGICAMENTE EQUIVALENTE ALL’ESTERNO DELLA CELLULA LISOSOMA RER INVOLUCRO NUCLEARE VESCICOLA APPARATO DI GOLGI

Studio delle sequenze segnale: DNA ricombinante e mutagenesi

Approccio genetico per individuare proteine del “macchinario di localizzazione”