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

Funzioni specifiche svolte da strutture dedicate La grande svolta La compartimentalizzazione Funzioni specifiche svolte da strutture dedicate

Organizzazione degli spazi Open space Tradizionale

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

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

I comparti cellulari

CIASCUN COMPARTO E’ FATTO DI: MEMBRANA BILAYER LIPIDICO + PROTEINE CONTENUTO PROTEINE ED ALTRE MOLECOLE

NB:Asimmetria della membrana

CIASCUN COMPARTO PER FUNZIONARE DEVE AVERE SPECIFICA COMPOSIZIONE DI MEMBRANA E DI CONTENUTO LE MOLECOLE CHE COMPONGONO OGNI COMPARTO DEVONO ESSERE TRASPORTATE DAL SITO DI SINTESI AL SITO DI DESTINAZIONE! NB:Topology governed by evolutionary origins Organelles arising from pinching off of pm have interior equivalent to exterior of cell TRAFFICO DI PROTEINE E DI LIPIDI

LA SINTESI PROTEICA HA INIZIO NEGLI EUCARIOTI LA SINTESI PROTEICA HA INIZIO SEMPRE NEL CITOSOL DNA mRNA PROTEINE Problema n° 1: le proteine non possono attraversare liberamente la membrana n°2: come fanno le proteine a raggiungere il corretto sito di destinazione

A:MECCANISMI DI TRASPORTO Problema n° 1: le proteine non possono attraversare liberamente la membrana SOLUZIONE A:MECCANISMI DI TRASPORTO DIFFUSIONE - TRASPORTO REGOLATO ATTRAVERSAMENTO DI MEMBRANE TRASPORTO VESCICOLARE B:MACCHINARI DI TRASPORTO

Vescicole I MECCANISMI DI TRASPORTO DI PROTEINE NEGLI ORGANELLI Diffusione: pori nucleari ATTRAVERSAMENTO DI MEMBRANE Vescicole

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

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

Segnale Sequenze Patches / SEGNALI DI SMISTAMENTO Poblema n°2: come fanno le proteine a saper raggiungere il corretto sito di destinazione SOLUZIONE SEGNALI DI SMISTAMENTO SEQUENZE DI AMMINOACIDI 3. STRUTTURE SECONDARIE 4. MODIFICAZIONI POST-TRADUZIONALI Segnale Sequenze Patches /

Patches/Segnale Sequenze Dirigono le Proteine alla Destinazione Finale PATCHES dirigono le proteine a: 1. nucleo 2. lisosomi Sequenze Segnale dirigono le proteine a: ER Segnale N-terminale di 5-10 aa idrofobici Mito Alternano aa carichi+ w / aa idrofobici proteine perossisomiali hanno 3 aa al C-terminale

Sequenza segnale sequenza continua di 15-60 aa talvolta rimosso dalla proteina finito talvolta una parte di proteine finiti Segnale Patch specifica disposizione 3D degli atomi sulla superficie di proteine; persistono in proteine finito PROTEINA NON RIPIEGATA PROTEINA RIPIEGATA rem - destinazioni

Segnali di smistamento riconoscono o sono riconosciuti da recettori di smistamento complementari >I recettori scaricano i cargo >hanno funzioni catalitiche e possono essere riusati

Studio delle sequenze segnale: DNA ricombinante e mutagenesi

Approccio genetico per individuare proteine del “macchinario di localizzazione”

Compartmentalization of Cells Gli Organelli -non possono essere costruiti de novo -si riproducono per scissione binaria -non possono essere ricostruiti dal loro DNA da solo -informazioni in forma di una proteina che pre-esiste in un organello rappresenta la memoria ed trasmessa alla progenie -informazioni epigenetiche sono essenziali per la propagazione dell'organizzazione compartimentale delle cellule

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

AL NUCLEO -Proteina correttamente ripiegata -PATCH (segnale no rimosso) -Recettori (Karioferine) -Poro Residui FG -RAN-GTP

Mitocondri Elica anfipatica NH2 Proteina non ripiegata HSP70 citoplasmatica ATP TOM-TIM-OXA Segnale rimosso (quasi sempre) HSP70 mito HSP60 (per ripiegare)

Perossisomi 3 aa -Perossine -Proteine ripiegate correttamente -Riconosciute da un recettore specifico -Trasferite attraverso altre perossine

Recettore del ribosoma Sec61/TRAM Sono chiusi se non c’è sintesi ER Segnale NH2 Riconosciuto da SRP Sulla membrana di ER Recettore di SRP Recettore del ribosoma Sec61/TRAM Sono chiusi se non c’è sintesi Riconosce SS Blocca la sintesi Riconosce ERR

ER Le proteine vengono modificate durante la sintesi Glicosilazione Ponti di solfuro Per questo devono rimanere lineari fino alla fine Calnessina e Calreticolina +BiP

ER GLICOSILAZIONE SOLO SULLE ASPARAGINE ASP X SER o THR CONTROLLO DI QUALITA’ E RISPOSTA ALLO STRESS

The Delicate Balance Between Secreted Protein Folding and Endoplasmic Reticulum-Associated Degradation in Human Physiology Christopher J. Guerriero , Jeffrey L. Brodsky Physiological Reviews Published 1 April 2012 Vol. 92 no. 2, 537-576 DOI: 10.1152/physrev.00027.2011