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RETICOLO ENDOPLASMATICO (RE)Reticolo endoplasmatico rugoso (RER)Reticolo endoplasmatico liscio (REL)
RETICOLO ENDOPLASMATICO LISCIO (REL)
E’ COSTITUITO DA UN SISTEMA DI SACCHE
TUBULARI AGRANULARI
• biosintesi lipidica
• deposito del Calcio
• detossificazione da farmaci
• metabolismo dei carboidrati• (GLUCOSO 6 FOSFATASI)
REL E BIOSINTESI LIPIDICA
Avviene ad opera di enzimi posti sulla faccia
citosolica della membrana del REL
• FOSFOLIPIDI DI MEMBRANA (principalmente fosfatidilcolina)
• TRIACILGLICEROLI : accumulati nel lume in goccioline
….lipidiche che verrano conservate negli
adipociti
• STEROLI (ormoni steroidei, colesterolo) nelle cellule endocrine delle
gonadi e della corteccia surrenale
•
REL COME DEPOSITO INTRACELLULARE DI Ca++
Le membrane del REL sono in grado di produrre
con grande efficienza
GRADIENTI DI Ca++
• TRASDUZIONE DEI SEGNALI
• STIMOLO NERVOSO
• CONTRAZIONE MUSCOLARE
DETOSSIFICAZIONE
ENZIMI CHE TRASFERISCONO L’OSSIGENO : OSSIGENASI(CITOCROMO P450)
COMPOSTI LIPOSOLUBILI
COMPOSTI IDROSOLUBILI
NETURALIZZAZIONE
METILAZIONEDEMETILAZIONEIDROSSILAZIONE
OSSIDAZIONERIDUZIONE
CONIUGAZIONE CON AA O ACIDI
CONUIGAZIONE CON UN COMPOSTO MOLTO POLARECHE NE PERMETTE IL PASSAGGIO NEL SANGUE E LA
ELIMINAZIONE RENALE O L’IMMISSONE NELLA BILE ELA SUCCESSIVA ELIMINAZIONE CON LE FECI
ALCUNI COMPOSTI DOPO I PROCESSI DI NEUTRALIZZAZIONEVENGONO TRASFORMATI IN C. MAGGIORMENTE TOSSICI :
ALCUNI VELENI E PROCANCEROGENI
DETOSSIFICAZIONI O SINTESI PROTTETIVE
REAZIONI CHIMICHE DI BIOTRASFORMAZIONE
FASE I
FASE II
FASE I O FUNZIONALIZZAZIONECONVERTONO LE SOSTANZE IN UN METABOLITA PIU ’ POLARE
OSSIDAZIONERIDUZIONE
IDROLISI
FASE II CONIUGAZIONE CON UN SUBSTRATO ENDOGENO
ACIDO GLUCURONICO
ACIDO SOLFORICO
ACIDO ACETICO AMINOACIDI
OSSIDAZIONI
AVVENGONO NEL RE AD OPERA DI UN COMPLESSO E “drug metabolizing system” MONOOSSIGENASI CHE RICHIEDONO
NADPH ED O2
(CITOCROMI P450)
RIDUZIONIAVVENGONO NEL CITOSOL E NEL REL DEL
FEGATO E DI ALTRI TESSUTI
IDROLISIAVVENGONO IN VARI TESSUTI AD OPERA DI
ESTERASI E PROTEASI
ETANOLO
Alcool deidrogenasi NAD dip.
MEOS NADP dipendente
Catalasi utilizza H2O2
ACETALDEIDE
ETANOLO ACETALDEIDE + NADH + H+
ACETALDEIDE ACETATO +NADH + H+
ACETATO ACETIL CoA
INDUCIBILE DALSUBSTRATO
A.deidrogenasi
ACETALDEIDE
LA SUA VELOCITA’ DI FORMAZIONE E’ SUPERIORE ALLASUO CATABOLISMO
ACCUMULO
DANNI PRODOTTI DALL’ACETALDEIDE:
INIBIZIONE SINTESI PROTEICA
BLOCCO IMMISSIONE IN CIRCOLO LIPOPROTEINE
DANNO MEMBRANE
INIBIZIONE OX MITOCONDIALE
DANNO CITOSCHELETRO
FASE II CONIUGAZIONE CON UN SUBSTRATO ENDOGENO
ACIDO GLUCURONICO
ACIDO SOLFORICO
ACIDO ACETICO AMINOACIDI
GLUCURONAZIONE
ACIDO GLUCURONICO+FENOLI O ACIDI AROMATICI:COMPOSTI MENO TOSSICI E PIU ’ SOLUBILI
MOLTI FARMACI SUBISCONO CONIUGAZIONE GLUC.
I GLUCURONIDI POSSONOESSERE SCISSI E RIACQUISTARE IL LORO POTERE TOSSICO
(B-GLUCURONIDASI EPATICHE O DAI BATTERI PRESENTINELLA VESCICA: IN QUESTO CASO LA PRESENZA DEI
COMPOSTI TOSSICI NELLA VESCICA PUO ’ DARE LUOGOA TUMORI : DERIVATI DELL’ANILINA)
ACETILAZIONE
ELIMINAZIONE DI SOSTANZE TOSSICHE CONTENENTIGRUPPI AMINICI : SULFAMIDICI
CONIUGAZIONE SOLFORICA
AVVIENE NEL FEGATO E NELLA MUCOSA INTESTINALEFENOLO E ACIDO SOLFORICO
LE SOSTANZE SONO PIU ’ SOLUBILI DEI FENOLI E QUINDIPIU ’ FACILMENTE ELIMINABILI
COME I GLUCURONIDI POSSO ESSERE RIPRISTINATIO NEL FEGATO O NELLA VESCICA
TRASFORMAZIONI METABOLICHE CONAUMENTO DELLA TOSSICITA’
METABOLIZZAZIONE DEI VELENI CON FORMAZIONEDI COMPOSTI PIU ’ TOSSICI O PER DEGRADAZIONE
DEL COMPOSTO O PER COMBINAZIONE CONSOSTANZE PRODOTTE NELL’ORGANISMO
(SINTESI LETALE)
CCl4,
FLUOROACETATOETIONINA
RETICOLO ENDOPLASMATICO RUGOSO (RER)
SISTEMA DI SACCHI APPIATTITI MEMBRANOSI (CISTERNE)
RIBOSOMI SUL LATO CITOSOLICO DELLA MEMBRANA
• Sintesi di proteine integrali di membrana;
proteine localizzate all’interno dei sistemi di endomembrane quali:
reticolo endoplasmatico, Golgi, lisosomi, endosomi, vescicole e vacuoli;
proteine destinate alla secerzione
•Glicosilazione delle proteine (fase iniziale)
• Corretto ripiegamento proteine e assemblaggio proteine multimeriche,
controllo della qualità delle proteine.
•Numerose altre attività enzimatiche
LE PROTEINE SINTETIZZATE DEVONOPOI PASSARE LA MEMBRANA DELL’ORGANULO BERSAGLIO:
TIPI DI TRASPORTO
TRASLOCATORI PROTEICI(mitocondri, reticolo endoplasmatico,
perossisomi)
PORI NUCLEARI(nucleo)
TRASPORTO VESCICOLARE(Golgi, membrana, lisosomi,
spazio extracellulare)
SINTESI DI PROTEINE INTEGRALI DI MEMBRANAPROTEINE DEI SISTEMI DI ENDOMEMBRANE
PROTEINE DI SECREZIONE
IN UNA CELLULA EUCARIOTE VENGONO SINTETIZZATE OLTRE 10.000 PROTEINE DIVERSE, CIASCUNA DELLE QUALI DEVE RAGGIUNGERE LA PROPRIA CORRETTA
DESTINAZIONE.
ANOMALIE NELLO SMISTAMENTO DELLE PROTEINE SONO ALLA BASE DI IMPORTANTI PATOLOGIE UMANE
Le proteine vengono sintetizzate, utilizzando le informazioni degli RNA messaggeri, sia a livello dei ribosomi liberi (che si trovano nel citoplasma) sia a livello dei ribosomi associati alle membrane (reticolo endoplasmatico rugoso).
Le proteine vengono sintetizzate, utilizzando le informazioni degli RNA messaggeri, sia a livello dei ribosomi liberi (che si trovano nel citoplasma) sia a livello dei ribosomi associati alle membrane (reticolo endoplasmatico rugoso).
RIBOSOMI LIBERI:• Proteine che rimangono nel citosol
(glicolisi, citoscheletro)
• Nucleo
• Mitocondri
• Perossisomi
RIBOSOMI ASSOCIATI AL RE• Proteine di membrana
• Proteine secretorie
• Proteine di organelli: Golgi, lisosomi,endosomi, vacuoli
Ribosomi liberi
Ribosomi associati al
reticolo endoplasmatico
La destinazione di queste proteine è differente a seconda di dove sono state prodotte
La destinazione di queste proteine è differente a seconda di dove sono state prodotte
Ribosomi liberi e legati alle membrane
• Gli stessi ribosomi ciclano tra poliribosomi liberi e di membrana.
• Come fanno le cellule ad identificare le due classi di proteine e ad
identificare i loro siti di sintesi?
• Grazie a segnali di indirizzamento
SEGNALI DI INDIRIZZAMENTO:sequenze e segnali di idrofobicità-carica
IL DESTINO DI OGNI PROTEINA È CONTROLLATO DALLA SUA COMPOSIZIONE IN AMINOACIDI
ALCUNI SEGNALI ENTRANO IN FUNZIONE QUANDO LA PROTEINA È COMPLETATA,
ALTRI AGISCONO GIÀ DURANTE LA SINTESI
PROTEINE INGEGNERIZZATE IN MODO TALE DA INSERIRE SEQUENZE SEGNALE ANOMALE, SARANNO
SMISTATE IN SEDI ANOMALE
LE SEQUENZE SEGNALE SONO NECESSARIE E SUFFICIENTI PER DETERMINARE IL DESTINO DI UNA
PROTEINA
SI POSSONO DISTINGUERE DUE PERCORSI PRINCIPALI
•LA VIA SECRETORIA
•LA VIA CITOPLASMATICA
VIA SECRETORIA:
LO SMISTAMENTO INIZIA
DURANTE LA TRADUZIONE
VIA CITOPLASMATICA:
LO SMISTAMENTO INIZIA DOPO IL
COMPLETAMENTO DELLA TRADUZIONE
LA VIA SECRETORIA, O VESCICOLARE, INTERESSA PROTEINE DESTINATE:
•AD ESSERE SECRETE DALLA CELLULA
•A FAR PARTE COME PROTEINE INTRINSECHE DELLE MEMBRANE
•PROTEINE SOLUBILI CHE RISIEDONO ALL’INTERNO DEL DEI COMPARTIMENTI DEL
SISTEMA DI ENDOMEMBRANE CHE INCLUDONO RE, COPLESSO DI GOLGI, LISOSOMI, ENDOSOMI, VESCICOLE E
VACUOLI VEGETALI.
LA VIA CITOPLASMATICA INTERESSA PROTEINE DESTINATE:
•A RIMANERE NEL CITOSOL (ENZIMI GLICOLITICI)
•PROTEINE PERIFIERICHE DELLA SUPERFICIE INTERNA DELLA MEMBRANA
•PROTEINE CHE SONO TRASPORTATE NEL NUCLEO
•PROTEINE DESTINATA E PEROSSISOMI, MITOCONDRI, CLOROPLASTI
LA VIA SECRETORIA: IPOTESI DEL SEGNALE:
PRESENZA DI UN CODICE DI INDIRIZZO A LIVELLO DELLE PROTEINE. BLOBEL 1999: PREMIO NOBEL PER LA
MEDICINA
SEGNALE N-TERMINALE COSTITUITO 16-30 AMINOACIDI CON
UN GRUPPO DI 6-12 AMINOACIDI IDROFOBICI, SPESSO PRECEDUTO
DA UNO O PIÙ AMINOACIDI A CARICA POSITIVA. TALE SEQUENZA
PUO’ ESSERE ANCHE INTERNA E NON APPENA ESCE DAL RIBOSOMA NE INNESCA L’ATTACCO AL RE ED
IL MOVIMENTO DEL PEPTIDE NASCENTE ALL’INTERNO DELLE
CISTERNE, ATTRAVERSOUN CANALE ACQUOSO PROTEICO
DELLA MEMBRANA
• La sequenza segnale porta il ribosoma al traslocatore• Il segnale è poi tagliato
L’indirizzamento è CO-TRADUZIONALE.
La sequenza N-terminale è riconosciuta: da un complesso proteico NAC (Nascent Associated Complex)
che le protegge da altre possibili interazioni
da un complesso ribonucleico particella SRP (particella di riconoscimento del segnale) cosituita da una molecola di RNA (7S) e da sei proteine diverse. SRP lega un recettore per SRP
presente sulla membrana del RE
• Il legame di SRP alla sequenza segnale induce una pausa nella sintesi, per facilitare l’interazione con il recettore.
• SPR lega la sequenza segnale ed anche SPR receptor sulla membrana ER
• Il ribosoma viene quindi posizionato a livello del traslocone
Ribosoma legato la traslocone
• Il poro del traslocone ed il tunnel del ribosoma si allineano: il peptide è traslocato attraverso l’anello del poro nel lume del RE.
• Terminata la sintesi il ribosoma è rilasciato ed il canale si chiude
Le tappe sopra descritte sono regolate dal legame e dall’idrolisi del GTP:
Sia SRP che il suo recettore sono proteine G
Sintesi di una proteina solubile
• Il poro del traslocatore si apre dopo il legame con la leader sequence.
• Dopo la traslocazione il poro si chiude ed il traslocatore si apre
lateralmente e rilascia il peptide segnale
NON APPENA IL POLIPEPTIDE NASCENTE ENTRA NELLECISTERNE DEL RE, SI TROVA AD INTERAGIRE CON UNA
MOLTITUDINE DI ENZIMI LOCALIZZATI SULLA PARTE E NEL LUME
LA PEPTIDASI DEL SEGNALE (PROTEINA INTEGRALE LOCALIZZATA IN PROSSIMITA’ DEL TRASLOCONE ) RIMUOVE LA PORZIONE N-TERMINALE
CONTENENTE LA SEQUENZA SEGNALE
LA OLIGOSACCARILTRANSFERSI (PROTEINA INTEGRALE LOCALIZZATA IN PROSSIMITA’ DEL TRASLOCONE ) ,
AGGIUNGE CARBOIDRATI
NEL LUME SONO PRESENTI ANCHE PROTEINE CHAPRON CHE CONSENTONO IL CORRETTO RIPIEGAMENTO
SONO PRESENTI ANCHE DISOLFUROISOMERASI CHE CATALIZZANO LA FORMAZIONE DI PONTI DISOLFURO
FRA I RESIDUI DI CISTEINA. DI FONDAMENTALE IMPORTANZA PER LA STABILITA’ DELLE PROTEINE PRESENTI SULLA SUPERFICIE CELLULARE
EXTRACELLULARE O PER LE PROTEINE DI SECREZIONE
RETICOLO ENDOPLASMATICO : LA PORTA DI INGRESSO PER IL PERCORSO BIOSINTETICO DELLA CELLULA
Il reticolo endoplasmatico è il compartimento membranoso più esteso della cellula. Sulla sua membrana possono aderire molti ribosomi (13
milioni) negli epatociti. Rappresenta anche la sede di smistamento delle proteine
Destinate: al Golgi, ai lisosomi ed allo spazio extracellulare: viene considerato la porta di ingresso per il percorso biosintetico della cellula.
L’ambiente del lume favorisce il corretto ripiegamento e l’assemblaggio delle proteine e la divisione fra le proteine di
secrezione, le proteine lisosomiali e le altre proteine neosintetizzate.
La segregazione delle proteine neosintetizzate nel lume del RER, le sottrae dal citosol e consente che siano modificate e spedite verso la loro destinazione finale, sia fuori alla cellula
che all’interno degli organuli.
SINTESI DELLE PROTEINE INTEGRALI DI MEMBRANA
Le proteine integrali di membrana, tranne quelle dei mitocondri e dei cloroplasti, vengono sintetizzate sul RER. Queste proteine vengono
trasferite al RER co-traduzionalmente, con lo stesso meccanismo descritto per la sintesi delle proteine di secrezione, ma presentano due regioni:
la sequenza di inizio del trasferimento e la sequenza di arresto del trasferimento
la sequenza di inizio del trasferimento e la sequenza di arresto del trasferimento sono costituite da aa idrofobici
che, transitando nel traslocatore inducono un suo cambiamento conformazionale: quando il traslocone (a
forma di clessidra) incontra la sequenza Stop-transfer, si apre e rilascia la proteina
Orientamento della estremità
C-terminale• Le cariche elettriche intorno
al segmento transmembrana determinano la polarità della proteina. La presenza di residui aminoacidici carichi positivamente orienta la porzione verso il citosol : Il C-terminale può essere esterno o citosolico ed è il traslocone a determinarne il corretto orientamento
Proteine di membrana multipasso• Contengono numerose tratti idrofobici, contengono cioè diverse sequenze
alternate di inizio ed arresto del trasferimento. Le sequenze di inizio non vengono rimosse dalla peptidasi del segnale e rimangono inserite nel
doppio strato lipidico grazie alle loro caratteristiche idrofobiche.
TUTTE LE PROTEINE TRANSMEMBRANA, MONO E MULTIPASSO PRESENTI
NEL GOLGI, NEI LISOSOMI, NELLA MAMBRANA PLASMATICA, MA ANCHE QUELLE DEL LUME DEL GOLGI E DEI LISOSOMI, SEGUONO QUESTA VIA CHE INIZIA NEL RE E PROSEGUE AI
VARI COMPARTIMENTI ATTRAVERSO UN PROCESSO DI TRASFERIMENTO MEDIATO DA VESCICOLE.
QUANDO UNA MEMBRANA SI MUOVE DA UN COMPARTIMENTO ALL’ALTRO LA SUA COMPOSIZIONE VIENE
MODIFICATA AD OPERA DEGI ENZIMI IVI RESIDENTILA MAGGIOR PARTE DELLE PROTEINE DI MEMBRANA
DEL RE VIENE MODIFICATA DALL’ATTACCO COVALENTE DI UNA O PIU’ CATENE OLIGOSACCARDICHE
COSITUENDO COSI’ LE GLICOPROTEINE
BIOSINTESI DELLE MEMBRANE NEL RE
ASIMMETRIA DELLE MEMBRANE
L’ASIMMETRIA VIENE STABILITA INIZIALMENTE NEL RE QUANDOLIPIDI E PROTEINE VENGONO INCORPORATI IN MODO
DIVERSO NEI DUE STRATI
TALE ASIMMETRIA VIENE MANTENUTA QUANDO LA MEMBRANAPASSA DA UN COMPARTIMENTO ALL’ALTRO PER
GEMMAZIONE E PER FUSIONE
I COMPONENTI SITUATI SULLA SUPERFICIE CITOSOLICA DEL RE, SARANNO LOCALIZZATI SULLA SUP CITOSOLICA DELLE
VESCICOLE DI TRASPORTO, SULLA SUP CITOSOLICA DEL GOLGI,E SULLA SUPERFICIE INTERNA (CITOPLASMATICA) DELLA
MEMBRANA PLASMATICA.
LO STESSO PER I COMPONENTI DELLA PARTE LUMINALE DELLA MEMBRANA
SINTESI DEI LIPIDI DI MEMBRANA
LA MAGGIOR PARTE DEI LIPIDI E’ SINTETIZZATA NEL RE.
ECCEZIONI:
SLINGOMIELINE, GLICOLIPIDI: RE E POI GOLGI
ALCUNI LIPIDI DI MITOCONDRI E CLOROPLASTI: NELLA SEDE STESSA
GLI ENZIMI SONO LOCALIZZATI NELLA MEMBRANA DEL REI LIPIDI INTEGRATI NELLA PORZIONE CITOSOLICA DEL RE
VENGONO TRASPORTATI AL GOLGI ED ALLA MEMBRANA PLASMATICA.
NEL PERCORSO VENGONO MODIFICATI
LA MAGGIOR PARTE DELLE PROTEINE DI MEMBRANA DEL RE VIENE MODIFICATA DALL’ATTACCO COVALENTE DI UNA O PIU’
CATENE OLIGOSACCARDICHE COSITUENDO COSI’ LE GLICOPROTEINE
IMPORTANZA FUNZIONALE
IMPORTANZA NEL FOLDING
GLICAZIONE DELLE PROTEINE
GLICOSILAZIONE DELLE PROTEINE
• La maturazione delle proteine sintetizzate avviene preliminarmente nel RER e si completa nel Golgi, comprendendo una fase detta di glicosilazione
• la glicosilazione aggiunge catene laterali di carboidrati a specifici residui amminoacidici delle proteine
• esistono due tipi di glicosilazione:
• la glicosilazione legata ad azoto (N-glicosilazione)• la glicosilazione legata ad ossigeno ( O-glicosilazione)
Funzione della glicosilazione delle proteineLa glicosilazione avviene per più motivi. Innanzitutto perché una
proteina glicosilata raggiunge un folding corretto e, in questo modo, può esplicare la propria funzione.
Inoltre la glicosilazione protegge dall'attacco di proteasi ed aumenta la solubilità della molecola proteica che viene dunque stabilizzata in
tutti gli aspetti.
Infine il meccanismo glicosidico permette lo svolgimento del controllo di qualità
Il principio di riconoscimento avviene sulla base della presenza o meno di un particolare residuo di glucosio sulla struttura glicosidica.
La maggior 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).
La N-glicosilazione vede l'aggiunta di una catena glucidica standard a livello dell'atomo di azoto di una catena laterale di asparagina ad opera di
glucosiltransferasi. La N-glicosilazione ha inizio nel reticolo endoplasmatico rugoso a carico di
una catena peptidica ancora in corso di traduzione.
La prima fase consiste nel trasferimento di una catena di 14 zuccheri (2 di N-acetilglucosammina, 3 di glucosio e 9 di mannosio) ad un residuo laterale di
asparagina.
L'oligosaccaride è assemblato all'interno
del reticolo endoplasmatico a partire da singoli carboidrati, ed è trasferito da uno
speciale enzima (la glicosiltransferasi) da
una molecola di dolicolfosfato
(molecola incorporata nella membrana del RE) alla proteina,
come singolo elemento
I primi 7 zuccheri:5 mannosi e
2 residui di N Acetil Glucosamina
sono traferiti nel citosol.
Il dolico subisce flippaggio e ruotaall’interno del RE
Dove vengono aggiunti i restanti zuccheri:
4 mannosi e 3 glucosi.
Completato lo zucchero viene trasferito al residuo
di asparagina edIl dolicolo puo’ essere esportato sul versante
citosolico
Mutazioni che determinano la totale assenza della N-glicosilazione, causanola morte dell’embrione prima dell’impianto.
Mutazioni che determinano la parziale alterazione della N-glicosilazione, causanogravi disordini ereditari.
Negli organismi più evoluti l’oligosaccaride di base subisce una serie di modifiche nel RE come la rimozione di 2 glucosi.
Questo è un passaggio fondamentale nella vita della glicoproteina neosintetizzata,
che viene valutata da un sistema di controllo di qualità, prima di passare nel compartimento successivo della via biosintetica.
Ruolo della N- glycosilation nel folding
• Le glicoproteine con 1 Glu, si leganono ad una molecola chaperon: calnexina o calreticulina che rimuove il Glu e rilascia la proteina.
• Se la proteina non è ripiegata correttamente, viene riconosciuta da una glucosyl transferase (GT) che le glicosila
Il processo si ripete fino a quando la proteina non raggiunge il folding corretto.
Se la proteina non è in grado di raggiungere un folding corretto,viene distrutta
Le proteine misfolded vengono esportate attraverso un meccanismo di «traslocazione inversa» nel citoplasma
dove vengono degradate dai proteasomi
Struttura dei Proteasomi: Hsp60 chaperones
Sono costituite da 7 subunità polipeptidiche suddivise in due classi: alfa e beta, impilate le une sulle altre. Le
subunità centrali (beta), sono dotati di attività proteolitica.
La selezione delle proteine è basata sulla stabilità biologica della proteina stessa.
Ogni proteina possiede una longevità caratteristica :
alcune sopravvivono per minuti, altre per settimane.
Tutte , indipendentemente dal loro tempo di sopravvivenza, vengono degradate dai proteasomi.
La degradazione avviene previa marcatura con una piccola proteina altamente conservata:
l’ ubiquitina
Ubiquitina
La proteina poli-ubiquitinata si lega al cappuccio del proteasoma
La catena di ubiquitina viene rimossa ed
il polipeptide denaturato ad opera della subunità beta del
proteasomamediante l’energia fornita da
ATP
In certi casi le proteine misfolded si originano con velocità superiore rispetto a quella di esportazione nel citoplasma.
Si attiva la risposta UPR (Unfolded protein response)
Sensori proteici localizzati nel REmonitorizzano la concentrazione
delle misfolded.In condizioni normali i sensori sono
inattivi perché legati a chaperon (BiP)
un aumento della concentrazione di unfolded determina il reclutamento di BiP e la attivazione dei sensori che
dimerizzano e si auto fosforilano
innescando una serie di segnali come:
La regolazione di geni che codificano per:
chaperoni
proteine coinvolte nel trasporto delle misfolded fuori dal RE
ubiqutine
La fosforilazione di eIF2, fattore di inizio della sintesi
proteica, che si inattiva; determinando un rallentamento
nella sintesi proteica
Controllo di qualità della sintesi di proteine
Le proteine che hanno subito sia la glicosilazione che la prima modificazione vengono trasportate, tramite
vescicole, all'apparato del Golgi.
Qui subiscono una sequenza ordinata di importanti cambiamenti e smistate verso le loro destinazioni
definitive.
In questo modo la cellula può regolare il trasporto di proteine, lipidi e carboidrati di nuova sintesi anche
all’esterno (esocitosi).
Smistamento delle proteine dal RE al Golgi, lisosomi, membrana e spazio extracellulare
L’apparato di Golgi
E’ costituito da un insieme di cisterne appiattite, impilate le une sulle altre e a tratti
fenestrate. Ogni cisterna è formata di membrane simili a quelle del RE, disposte a delimitare uno spazio di circa 10nm, che si
allarga nelle regioni laterali (30-50nm).
Ogni pila può contenere da 3 a 20
cisterne.
L’apparato di Golgi è un organulo strutturalmente e funzionalmente polarizzato
La faccia cis è in genere rivolta verso il nucleo ed adiacente al RE; la faccia trans è rivolta verso la membrana plasmatica della cellula. La parte
intermedia costituisce le cisterne mediali
Il lato cis rappresenta la
faccia immatura
forma la rete cis del
Golgi:CGN
Il lato trans corrisponde alla faccia
matura
forma la rete trans del
Golgi:TGN
La polarità dell’apparato di Golgi
Nell’apparato di Golgi si distinguono tre compartimenti
diversi ciascuno dotato di specifici enzimi ed adibito ad una determinata fase della
elaborazione delle glicoproteine giunte dal RER.
I tre compartimenti sono detti cis, mediano e trans.
FUNZIONI DEL COMPLESSO DI GOLGI
• Completamento della glicosilazione delle
glicoproteine, iniziata nel RER
• Aggiunta di gruppi fosfato, solfato ed acidi grassi a
proteine provenienti dal RER
• Sintesi di molecole polisaccaridiche e di alcuni lipidi e
glicolipidi
• Produzione e smistamento degli enzimi lisosomali
La differenza fondamentale rispetto alla glicazione nel RE è la specificità.
Nel reticolo endoplasmatico la glicosilazione è un evento "seriale", che non varia al variare del substrato.
Nel Golgi ogni specifica proteina viene riconosciuta e modificata in base alla futura funzione.
Si possono verificare rimozioni o aggiunte di singoli zuccheri o di catene più lunghe.
La specificità delle singole catene glucidiche è il meccanismo utilizzato dalla cellula per lo smistamento delle proteine alle varie
sedi di destinazione (lisosomi, membrana, perossisomi).
Completamento della glicosilazione delle glicoproteine
iniziata nel RER
FUNZIONI DEL COMPLESSO DI GOLGI
Nel Golgi si completa la sintesi della componente oligosaccaridica delle glicoproteine, iniziata nel RER
O-glicosilazione
La O-glicosilazione è un processo altamente specifico, che non vede
l'aggiunta "seriale" di carboidrati alla proteina in processazione.
Si svolge completamente nell'apparato del Golgi, dove zuccheri vengono legati al peptide a livello dell'atomo di ossigeno delle
catene laterali di serina o treonina.
L'aggiunta riguarda un singolo carboidrato alla volta; solitamente il numero di zuccheri legati durante questo processo è limitato a
pochi residui.
Dal reticolo trans Golgi gemmano vescicole con destino diverso
Trasporto vescicolare• Il trasporto vescicolare usa gemmazione e fusione
di vescicole. I componenti solubili sono trasportati insieme a membrane
• La superficie delle vescicole è rivestita da uno strato proteico con due funzioni fondamentali:
• fungono da dispositivo meccanico per la formazione della vescicola
• cositiuiscono un meccanismo per la selezione del materiale da trasportare
• i rivestimenti proteici operano questa selezione in virtù della loro affinità specifica per le code
citosoliche delle protiene integrali della membrana donatrice
Sono state distinte diverse categorie di vescicole rivestitein base:
alle proteine che costituiscono il loro rivestimento,
al loro ruolo nel traffico cellulare
ed al loro aspetto in microscopia
I tre principali tipi di vescicole sono :
vescicole rivestite da COPII(spostano i materiali in avanti dal RE al Golgi)
vescicole rivestite da COPI(spostano il materiale in senso retrogrado dal Golgi al RE)
vescicole rivestite da CLATRINA(spostano il materiale dal TGN verso i lisosomi, gli
endosomi ed i vacuoli.Spostano i materiali anche dalla membrana plasmatica ai
compartimenti citoplasmatici lungo la via endocitoticae sono coinvolte nel traffico dagli endosomi ai lisosomi)
Le vescicole lisosomali che si staccano dal
RER sono vescicole rivestite di clatrina
Clatrina: complesso proteico a 3 braccia (triskelion) formato da tre polipeptidi più grandi (heavy) e da tre più piccoli (light) in grado di
polimerizzare e formare strutture esagonali a gabbia
LA FORMAZIONE ELLE VESCICOLE DERIVA DALLA POLIMERIZZAZIONE DELLA CLATRINA.CHE NECESSITA DELLA PRESENZA DI ALTRE MOLECOLE DI MEMBRANA:
ADAPTINE IN GRADO DI RICONOSCERE IL CARGO DA TRASFERIRE
LA POLIMERIZZAZIONE FA SOLLEVARE LA MEMBRANA ED ACCRESCERELA VESCICOLA CHE SI STACCA DALLA MEMBRANA MEDIANTE
L’INTERVENTO DI UNA PROTEINA LA DINAMINA.LE VESCICOLE MIGRANO NEL CITOSOL UTILIZZANDO ANCHE IL CITOSCHELETRO
E SI FONDONO CON LE MEMBRANE DEGLI ORGANULI BERSAGLIO
IL RICONOSCIMENTO DELL’ORGANULO BERSAGLIO E’ MEDIATO DALLEPROTEINE SNARE (SNAP Receptor) E DALLE GTPasi Rab
LE SNARE v-SNARE t-SNARE SONO PROTEINE FIBROSE ANCORATE ALLE MEMBRANE
CAPACI DI RCONOSCIMENTO RECIPROCO.
TALE RICONOSCIMENTODETERMINA L’AVVICINAMENTO DELLE DUE MEMBRANE E LA FUSIONE
SUCCESSIVA
LE GTPasi Rab SONO IMPLICATE SIA NEL TRASFERIMENTO DELLEVESCICOLE LUNGO I MICROTUBULI , CHE NEL RICONOSCIMENTO
DELLE SNARE
Il rivestimento di clatrina si disassembla, lasciando la vescicola nuda, ma dotata della sua vSNARE
La vSNAre riconosce la tSNARE specifica e determina l’attacco della vescicola sulla membrana bersaglio
Le SNARE, con il contributo di altre proteine, mediano la fusione delle due membrane e poi si liberano per un nuovo ciclo operativo
Le SNARE, oltre a fornire specificità nell’indirizzamento, contribuiscono anche alla fusione della membrana delle vescicole
con quella del bersaglio.
La specificità delle SNARE in una determinata vescicola sembra dipendere dal contenuto di questa o meglio dalle caratteristiche del
recettore di carico posto sulla sua membrana.
Fusione delle membrane
Dopo la fusione, le SNARE avvolte vengono separate ad opera di una proteina detta NSF che utilizza ATP.
Proteine accessorie intervengono per favorire la fusione dei foglietti lipidici.
Dal reticolo trans del Golgi originano i lisosomi
I lisosomi
Le proteine lisosomiali giungono a questo compartimento entrando inizialmente nel RE (grazie ad una sequenza di indirizzamento)
a livello del Golgi vengono etichettate per poter essere indirizzate ai lisosomi.
Questo indirizzamento è si basa sulla loro glicazione ad opera di un mannosio(fosforilato in posizione 6)
Il segnale mannoso-fosfato delle idrolasi lisosomali
Produzione e smistamento degli enzimi lisosomali
Nel compartimento cis il Golgi separa i futuri enzimi lisosomali dalle proteine destinate ad essere secrete
L’enzima GlcNAc fosfotransferasi riconosce specificamente le idrolasi lisosomali
Endocitosi
Pinocitosi
Fagocitosi
Endocitosi mediata da
recettori
L’endocitosi mediata da recettori costituisce una via d’accesso specifica nella cellula animale
LDL: low density lipoprotein. Rappresenta la forma di trasporto del colesterolo alle cellule
Difetti che alterano l’espressione o il funzionamento dei recettori di LDL sono alla base dell’aterosclerosi.
Endocitosi mediata da recettori nel ciclo della transferrina
GLI ENDOSOMI
Attraverso il processo endocitotico prendono origine gli endosomi che internalizzano i materiali dall’esterno
all’interno del citoplasma.
Il comparto endosomico funge da centrale di smistamento della via endocitotica diretta verso l’interno.
L’ambiente acido dell’endosoma induce molti recettori a liberarsi del loro bagaglio molecolare e ritornare nel loro
dominio di membrana.
Le molecole internalizzate negli endosomi sono prevalentemente destinate ai lisosomi per essere
digerite.
I materiali destinati alla degradazione arrivano al lisosoma seguendo vie diverse
Dal trans Golgi originano vescicole di esocitosi
I segnali possono essere di sequenza di zone
unite nella struttura
IL RITORNO AL RER
ALCUNE PROTEINE DAL GOLGI VENGONO
RIPORTATE AL RER CON UN TRASPORTO RETROGRADO
SI POSSONO DISTINGUERE DUE PERCORSI PRINCIPALI
•LA VIA SECRETORIA
•LA VIA CITOPLASMATICA
VIA CITOPLASMATICA:
LO SMISTAMENTO INIZIA DOPO IL
COMPLETAMENTO DELLA TRADUZIONE
ASSUNZIONE POST-TRADUZIONALE DI PROTEINE DA PARTE DI
MITOCONDRI
NUCLEO
PEROSSISOMI
CLOROPLASTI
SMISTAMENTO DELLE PROTEINE DAL CITOSOL AI MITOCONDRI
Mitocondri e plastidi hanno 2 membrane diverse interna ed esternaLe proteine sintetizzate nel citosol contengono una sequenza segnale amminoterminale “sequenza di indirizzamento ai mitocondri” che viene rimossa da una peptidasi del segnale, generando la proteina matura
Il trasferimento delle proteine richiede la presenza di complessi traslocatori TOM TIM dotati di una porzione di
riconoscimento della porzione di indirizzamemto della proteina e di una porzione che costituisce il vero canale idrofilo per il passaggio
della proteina
La sequenza segnale ha la conformazione di un’alfa elica con una
superficie basica
Trasporto nei mitocondri
• Il trasporto attraverso le due membrane avviene probabilmente nei contact sites
• Il rilascio delle Hsp70 citosoliche consuma ATP• Il trasferimento richiede pontenziale elettrochimico• Le Hsp70 mitocondriali consumano ATP
Il passaggio delle proteine può avvenire solo se la conformazione è mantenuta il più lineare possibile,
questo è reso possibile da molecole chaperon della famiglio delle Hsp70 citosoliche
Hsp70 guida l’importazione delle proteine
Trasporto mitocondriale: proteine di membrana
Trasporto nucleare
Una delle caratteristiche più peculiari della membrana nucleare è costituita dalla
presenza di aperture specializzate, chiamate
PORI NUCLEARI
TRASPORTO NUCLEARE
Ogni poro è costituito da un canale cilindrico che si estende attraverso le due membrane, permettendo la
comunicazione tra citosol e nucleoplasma.
Le due membrane sono fuse tra di loro a livello di ogni singolo poro
formando un canale tappezzato da una complicata struttura proteica ,
il COMPLESSO DEL PORO
Il complesso del poro nucleare ha un diametro di 80-100 nm.
Il complesso del poro (NPC) contiene più di 100 diversi tipi di subunità proteiche.
Le subunità assumono una organizzazione ottagonale, protrudono da entrambi i lati dell’involucro nucleare.
I NPC contengono al loro interno una struttura detta trasportatore, responsabile probabilmente del movimento delle macromolecole attraverso la membrana nucleare.
Altre proteine collegano le otto subunità , dette anche bracci.
Ci sono poi proteine che ancorano il NPC alle membrane ed altre che formano una specie di gabbia nel lato del nucleosoma
• NPC ha una struttura a tre anelli • Gli anelli sono coassiali e sono collegati alle
braccia radiali. Il poro centrale è all’interno
Trasporto nel complesso del poro
• Molecole <50 kDa diffondono liberamente.
• Le altre sono trasportate da recettori di importazione nucleare
L’ATTRAVERSAMENTO DEL COMPLESSO DEL PORO DA PARETEDI MOLECOLE CON MASSA SUPERIORE A 50kDa E’ MEDIATO
DALLA
SEQUENZA DI LOCALIZZAZIONE NUCLEARE (NLS):
brevi sequenze di aminoacidi carichi positivamente come lisina ed arginina
TALI SEQUENZE RICONOSCONO I RECETTORI DI IMPORTAZIONE NUCLEARE
CHE RICONOSCONO LE PROTEINE DEL COMPLESSO DEL PORO E TRASLOCANO L’INTERO COMPLESSO DAL CITOPLASMA AL NUCLEO:
I RECETTORI DILOCALIZZAZIONE NUCLEARE FUNGONO DA NAVETTE DI TRASPORTO
IL PROCESSO E’ MEDIATO DA PARTICOLARI PROTEINE G : LE PROTEINE Ran
CHE ACCOMPAGNANO IL COMPLESSO RECETTORE-CARGO DENTRO E FUORI DAL NUCLEO,
OSCILLANDO FRA UNO STATO ATTIVO NUCLEARE (LEGATO AL GTP)
ED UNO STATO INATTIVO, CITOPLASMATICO (LEGATO AL GDP)
Ran GTPase dirigono il trasporto ALCUNE MOLECOLE ENTRATE NEL NUCLEO NON VI RIMANGONO (PROTEINE CHE REGOLANO LA TRASCRIZIONE) MA PER ESSERE
INATTIVATE DEVONO ESSERE ESPORTATE SEQUENZE DI ESPORTZIONE NUCLEARE NES
SONO RICONOSCIUTE DA RECETTORI DI ESPORTAZIONE
Il legame con Ran-GTP induce il rilascio del cargo
Trasporto nei peroxisomi
• Il trasporto è guidato da una sequenza di 3 amino
acidi di solito at C-terminale
