COMPARTIMENTI INTRACELLULARI E LO SMISTAMENTO DELLE PROTEINE

ORGANIZZAZIONE DI UNA CELLULA EUCARIOTICA COMPARTIMENTI INTRACELLULARI NUCLEO CITOPLASMA CITOSOL Sito della sintesi e degradazione delle proteine ORGANELLI (compartimenti separati, attività specifiche)

GLI ORGANELLI CELLULARI SONO COMPARTIMENTI SEPARATI IN CUI SI SVOLGONO ATTIVITA’ CELLULARI SPECIFICHE.

IL RETICOLO ENDOPLASMATICO (RE) E’ L’ORGANELLO PIU’ GRANDE RETICOLO DI TUBULI E CISTERNE CHE SI ESTENDE DALLA MENBRANA NUCLEARE AL CITOPLASMA E’ RACCHIUSO DA UNA MEMBRANA CONTINUA Tre domini di membrana contigui, che svolgono funzioni diverse: RE LISCIO (metabolismo dei lipidi) RE transizione (rimaneggiamento delle proteine) RE RUGOSO (sintesi proteica)

TRADUZIONE DELLE PROTEINE inizia SEMPRE sui ribosomi liberi Le proteine destinate al citosol, nucleo, mitocondri, cloroplasti, perossisomi, sono sintetizzate sui ribosomi liberi Le proteine destinate alla secrezione, reticolo, Golgi, lisosomi, membrana plasmatica sono sintetizzate sui ribosomi associati al reticolo endoplasmatico rugoso (RER)

TRADUZIONE DELLE PROTEINE INDIRIZZAMENTO DELLE PROTEINE AL RE PUO’AVVENIRE MEDIANTE: VIA CO-TRADUZIONALE (traslocazione nel corso della sintesi proteica) VIA POST-TRADUZIONALE (traslocazione successiva al completamento della sintesi sui ribosomi liberi nel citosol)

INDIRIZZAMENTO DELLA SINTESI AL RETICOLO ENDOPLASMATICO via co-traduzionale

INDIRIZZAMENTO DELLA SINTESI AL RETICOLO ENDOPLASMATICO via co-traduzionale la traslocazione del ribosoma sul RE dipende da una particolare sequenza amminoacidica, la SEQUENZA SEGNALE, localizzata nella regione amino-terminale della catena polipeptidica nascente SEQUENZA SEGNALE = corta sequenza di circa 20 amminoacidi IDROFOBICI, che vengono poi tagliati dalla catena polipeptidica, nel lume del RE

INDIRIZZAMENTO DELLA SINTESI AL RETICOLO ENDOPLASMATICO via co-traduzionale Sequenza segnale emerge dai ribosomi Riconoscimento da parte di una particella di riconoscimento del segnale (SRP) (formata da 6 proteine e da un piccolo RNA citoplasmatico srpRNA) SRP lega ribosomi (blocco sintesi) e ad un recettore per SRP sul reticolo

Trasferimento del complesso (catena nascente, ribosomi, SRP) al RE rugoso. Rilascio dell’SRP dal complesso Legame del ribosoma al complesso di traslocazione delle proteine Inserimento della sequenza segnale in un canale sulla membrana (traslocone)

TAGLIO DELLA SEQUENZA SEGNALE Successivamente alla ripresa della traduzione, la sequenza segnale viene rimossa da una peptidasi del segnale e la catena polipetidica sintetizzata è rilasciata nel lume del RE.

INSERIMENTO DI PROTEINE TRANSMEMBRANA Sequenze aminoacidiche di 20-25 aa idrofobici come sequenze transmembrana ad alfa-elica. Proteine diverse hanno orientamenti e disposizioni transmembrana diversi. Il lume del RE è topologicamente equivalente all’esterno della cellula

INSERIMENTO DI PROTEINE TRANSMEMBRANA Interazione seq.segnale-traslocone Traslocazione proteina nel lume fino all’interazione del traslocone con una sequenza di stop del trasferimento La sintesi della proteina prosegue nel citosol per la porzione carbossi-terminale

ALTERNATIVE DI INSERIMENTO NELLA MEMBRANA Sequenza segnale interna alla proteina (traslocata coinvolgendo SRP), non viene tagliata dalla peptidasi del segnale

PROTEINE A PIU’ DOMINI TRANSMEMBRANA

RIPIEGAMENTO E MODIFICAZIONI DELLE PROTEINE NEL RETICOLO ENDOPLASMICO modificazioni per rimaneggiamento delle proteine avvengono durante la loro traslocazione attraverso la membrana o nel lume del RE (es. Rimozione della sequenza segnale). Il ruolo principale delle proteine residenti nel lume del RE è quello di assicurare il corretto ripiegamento e assemblaggio delle catene polipeptidiche neosintetizzate. Proteina DISOLFURO ISOMERASI: facilita la formazione di ponti disolfuro tra le catene laterali di residui di cisteina (anche azione dell’ambiente ossidante del lume) Proteine CHAPERONE: aiutano la proteina neosintetizzata a raggiungere un corretto ripiegamento e riconoscono proteine ripiegate in maniera scorretta

ANCORE DI GLICOSILFOSFATIDILINOSITOLO (GPI)

GLICOSILAZIONE formazione di glicoproteine

PRINCIPALI FUNZIONI DEL REL DETOSSIFICAZIONE DA XENOBIOTICI (IDROSSILAZIONE) aggiunta di gruppi idrossilici a molecole organiche aumentano la Solubilità di molecole idrofobiche favorendone l’eliminazione METABOLISMO DEI CARBOIDRATI (EPATOCITI) enzima chiave: glu 6 fosfatasi sulla membrana di REL Glicogeno Glu 6P Glucosio IMMAGAZZINAMENTO DI CALCIO Rilascio di calcio porta alla contrazione delle fibre muscolari -SINTESI E RILASCIO DEI LIPIDI

RE E SINTESI DEI LIPIDI Sito principale di sintesi del colesterolo, dei fosfolipidi, dei glicolipidi e della ceramide (precursore dei glicosfingolipidi) La sintesi dei fosfolipidi avviene sul lato citosolico della membrana del RE, a parire da costituenti idrosolubili presenti nel citosol (es. GLICEROLO)

Sintesi e scambio di fosfolipidi da un lato all’altro della membrana del RE

ESPORTAZIONE DI PROTEINE E LIPIDI DAL RE Il trasporto di molecole lungo la via secretoria avviene in VESCICOLE DI TRASPORTO, che si originano per gemmazione dalla membrana di un organello e si fondono con la membrana di un secondo organello. Le proteine destinate ad essere proteine di membrana della membrana plasmatica sono integrate nella membrana della vescicola

TRAFFICO VESCICOLARE Le proteine vengono identificate come destinate al trasporto nel Golgi o ad essere trattenute nel RE da 2 tipi distinti di sequenze di indirizzamento (sequenze per la residenza/recupero di proteine nel RE)

L’APPARATO DEL GOLGI Costituito da sacche appiattite (cisterne) racchiuse da membrane. Centro di smistamento delle proteine, di processamento e di sintesi dei glicolipidi, sfingomielina e polisaccaridi

GLICOSILAZIONE DELLE PROTEINE NEL GOLGI

SINTESI DI FOSFOLIPIDI E GLICOLIPIDI

TRASPORTO VESCICOLARE O MATURAZIONE PER CISTERNE

Assunzione di molecole extracellulari TRASPORTO VESCICOLARE-FORMAZIONE DELLE VESCICOLE VESCICOLE RIVESTITE DA COAT PROTEIN (COP) VESCICOLE RIVESTITE DI CLATRINA Assunzione di molecole extracellulari E per trasoprto dal Golgi ai lisosomi COP I Gemmano dal Golgi COP II gemmano dal RE

TRASPORTO VESCICOLARE-FORMAZIONE DELLE VESCICOLE

Clatrina

TRASPORTO VESCICOLARE-FUSIONE DELLE VESCICOLE

SEGNALI DI LOCALIZZAZIONE CELLULARE Le proteine che non hanno alcun segnale di localizzazione vengono secrete

I LISOSOMI Organelli contenenti idrolasi acide in grado di demolire tutti i polimeri biologici (lipidi, proteine, carboidrati, acidi nucleici) Sistema digestivo della cellula le idrolasi acide si attivano solo dal pH acido (pH=5)

RICONOSCIMENTO DI PROTEINE LISOSOSMIALI

VIE DEGRADATIVE DEI LISOSOMI

SISTEMA UBIQUITINA-PROTEASOMA SISTEMA DI DEGRADAZIONE DELLE PROTEINE VELOCE SPECIFICO degradazione delle proteine del ciclo cellulare (es. degradazione ciclinaB inattivazione Cdc2 uscita dalla mitosi) PRESENTE A LIVELLO CITOPLASMATICO E NUCLEARE DEGRADAZIONE DI PROTEINE INUTILIZZABILI o DI PROTEINE MISFOLDED

I PEROSSISOMI Organelli a singola membrana presenti in tutte le cellule Contengono enzimi ossidativi come la CATALASI Rappresentano il sito di utilizzo dell’ossigeno molecolare -Le proteine dei perossisomi derivano da ribosomi liberi -Si pensa che siano vestigia di un antico organello che svolgeva il metabolismo dell’ossigeno negli antenati delle cellule eucariotiche. Gli enzimi utilizzano l’ossigeno molecolare per rimuovere atomi di H da substrati organici in reazioni ossidative che producono perossido di idrogeno. RH2 + O2 R+ H2O2 IMPORTANTE NEL FEGATO (ETANOLO) RIH2+ H2O2 2 H2O+ O2

OSSIDAZIONE DEGLI ACIDI GRASSI - Reazione di demolizione degli acidi grassi: Le catene alchiliche sono accorciate in sequenze di 2 atomi di carbonio alla volta (acetil CoA) - Acetil CoA è esportato al citolsol dove viene usato nelle reazioni biosintetiche - reazione effettuata anche nei mitocondri nelle cellule di mammifero

ESOCITOSI