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Endomembrane e Smistamento

delle proteine

La traduzione degli mRNA inizia

sempre nel citoplasma ma in

dipendenza di specifici segnali può

continuare e ultimare nel citoplasma

stesso o sui ribosomi legati al Reticolo

Endoplasmatico.Sequenze segnale

Lo smistamento delle proteine ai

comparti cellulari dipende da

specifiche sequenze di amminoacidi

presenti sulla proteina stessa. Tali

sequenze sono dette sequenze

segnale.

Pertanto, il destino della proteina è

noto già al momento della trascrizione

del gene corrispondente

Struttura delle sequenze segnale

La sequenza (peptidica) segnale può

essere presente:

alla estremità amino-terminale come ad

esempio la sequenza per l’importo al

RER;

alla estremità carbossi-terminale come

ad esempio la sequenza per l’importo nei

perossisomi;intersperse come ad

esempio nell’importo o esporto nucleare.

La presenza delle sequenze segnali

prevede che esse siano riconosciute da

specifiche proteine (recettori di

smistamento) che le indirizzano al

compartimento bersaglio; qui si legano a

specifiche proteine e/o a canali di

traslocazione presenti sulla membrana

del comparto bersaglio in modo da

consentire l’inserimento della proteina o

all’interno del comparto o alla sua

membrana

Smistamento proteine: importazione post-traduzionale

le proteine sintetizzate in dipendenza di specifici segnali

possono:

restare nel citoplasma;

oppure essere trasferite:

nel nucleo;

nei mitocondri;

nei plastidi;

nei perossisomi.

Il trasferimento delle proteine in tali comparti avviene dopo la

traduzione ed è pertanto detta: importazione post-

traduzionale.

Tre proteine traslocatrici mitocondriali

Smistamento di proteine mitocondriali

Se viene traslocata nella matrice il peptide segnale si lega

ad un recettore sulla membrana mitocondriale esterna e la

proteina viene traslocata grazie alla presenza di un

secondo traslocatore sulla membrana interna: si crea un

punto di contatto tra le due membrane.

Le proteine sono traslocate “non ripiegate”. Intervengono

in questo processo le proteine chaperonine, come hsp70,

che mantengono le proteine srotolate. L’idrolisi dell’ATP

viene usata per staccare l’hsp70 e fornire energia motrice

per importare la proteina attraverso il traslocatore.

Importazione di proteine nei mitocondri, la sequenza segnale è

riconosciuta dalla proteina TOM.

Ruolo dell’energia nell’importazione di proteine nella matrice mitocondriale

1) La proteina hsp70 citosolica attaccata è rilasciata dalla proteina in un passaggio che

Dipende dall’idrolisi di ATP

2) Traslocazione nella matrice grazie ad un gradiente protonico

3) l’hsp mitocondriale si lega alla catena polipetidica in regioni strategiche trascinandola

Nella Matrice ed è poi rimossa grazie ad idrolisi di ATP

la sequenza segnale

una sequenza di aa idrofobica dopo il peptide segnale, che funziona da

nuovo peptide segnale quando il primo è stato tagliato via dalla peptidasi

(meccanismo simile alla traslocazione nell’ER)

La

traslocazione

delle proteine

nella

membrana

mitocondriale

interna e

nello spazio

intermembra

na richiede:

Endomembrane della cellula eucariotica

Membrane biologiche e loro interazioni

Nucleo

Poro

Nucleare

Reticolo

Endoplasmatico

Traffico di Materiale attraverso

I Pori Nucleari

Organizzazione del poro nucleare

Meccanismo di trasporto attivo attraverso i pori nucleari

Reticolo

Endoplasmatico

Reticolo endoplasmatico

Il Reticolo Endoplasmatico (RE) è

presente in tutte le cellule

eucariotiche. E’ una intricata rete di

cisterne e tubuli intercomunicanti

tra loro.

E’ compartimento unico con

porzioni morfologicamente e

funzionalmente differenti, distinte

in:

Reticolo endoplasmatico

Rugoso (RER): i tratti del

RE che portano i ribosomi

legati sul versante

citoplasmatico.

Reticolo endoplasmatico

liscio (REL): i tratti di RE

privi di ribosomi.

Reticolo endoplasmatico Rugoso –

struttura

Il Reticolo Endoplasmatico Rugoso è

costituito da cisterne appiattite

intercomunicanti, con i ribosomi legati

alla superficie citosolica.

Il RER è molto sviluppato nelle cellule

che attivamente secernono proteine o

glicoproteine (ad esempio i neuroni, le

cellule del pancreas esocrino, le

plasmacellule).

Reticolo endoplasmatico Liscio –

strutturaIl reticolo endoplasmatico liscio (REL o SER da Smooth

Endoplasmatic Reticulum) si differenzia dal RER

soprattutto per la mancanza di ribosomi sul versante

citosolico.

E’ costituito essenzialmente da tubuli interconnessi tra

loro.

Il REL è molto sviluppato nelle cellule

steroidogenetiche, quali ad esempio le cellule di Leydig

o quelle mineralcoticoidi del surrene, nelle fibre

muscolari scheletriche dove è denominato Reticolo

sarcoplasmatico

Microfotografia al microscopio elettronico

Reticolo Endoplasmatico Liscio (SER):

funzioni

Il REL assolve a numerose funzioni;

le principali sono di seguito elencate:

•Biosintesi delle membrane.

•Partecipa alla biosintesi degli ormoni

stereoidei.

•Metabolismo dei carboidrati.

•Immagazzinamento del Calcio.

•Detossificazione dei farmaci.

IL SER E’ RESPONSABILE DELLA SINTESI DI TRIACILGLICEROLI CHE

VENGONO ACCUMULATI NEL LUME,CON PRODUZIONE DI GOCCIOLINE

LIPIDICHE. NEGLI ADIPOCITI LE GOCCIOLINE LIPIDICHE

OCCUPANO QUASI TUTTO LO SPAZIO DEL CITOPLASMA

SER: sintesi di membrane

Nel RE gli enzimi della sintesi dei fosfolipidi hanno il sito attivo sul lato

citoplasmatico. Durante la sintesi si ha pertanto la crescita asimmetrica della

membrana plasmatica (sintesi di un monostrato).

Particolari enzimi (le scramblasi- dall’inglese to scramble = mescolare)

operano il mescolamento casuale dei fosfolipidi, ripristinando le dimensioni

corrette dei due foglietti.

Successivamente, altri enzimi ( le flippasi) operano il trasferimento selettivo

dei fosfolipidi da un monostrato all’altro, ripristinando l’asimmetria, la

composizione chimica e l’organizzazione del doppio starto lipidico.

IL SER SINTETIZZA I FOSFOLIPIDI DELLE MEMBRANE CELLULARI

IL FOSFOLIPIDE PRINCIPALE PRODOTTO E’

FOSFATIDILCOLINA O LECITINA

PUO’ ESSERE FORMATO IN TRE PASSAGGI DA COLINA, DUE ACIDI GRASSI E

GLICEROLO FOSFATO

IL SER PARTECIPA ALLA SINTESI

DI STEROLI COME IL COLESTEROLO

IL COLESTEROLO VIENE SINTETIZZATO ATTRAVERSO UNA VIA

METABOLICA A PIU’ STADI ALLA QUALE PARTECIPANO ANCHE

ENZIMI PRESENTI NEL CITOSOL, OLTRE A QUELLI DEL SER

LA SPECIE UMANA SINTETIZZA UNA

GRAN PARTE DEL SUO

COLESTEROLO

TUTTE LE CELLULE SONO CAPACI DI

PRODURLO, MA LA MAGGIOR PARTE

DI ESSO VIENE SINTETIZZATO DALLE

CELLULE EPATICHE

IL FEGATO UTILIZZA IL COLESTEROLO

PER FORMARE

GLI ACIDI BILIARI

ORMONI STEROIDEI

NELLA CORTECCIA SURRENALE E NELLE GONADI

(REGIONE INTERSTIZIALE DEL TESTICOLO)

IL COLESTEROLO E’ UTILIZZATO NELLA PRODUZIONE DEGLI ORMONI

STEROIDEI

NEI MITOCONDRI VIENE SCISSA LA CATENA LATERALE

DEL COLESTEROLO, IMPORTATO DAL CITOSOL

IL PRODOTTO COSI’ FORMATO

LASCIA I MITOCONDRI E PASSA NEL SER DOVE VIENE

DI NUOVO MODIFICATO.

INFINE, TALE PRODOTTO DAL SER TORNA DI NUOVO

NEI MITOCONDRI PER LE M0DIFICAZIONI FINALI

COSI’ QUESTI DUE ORGANELLI GIOCANO UNA SORTA

DI “PALLA A VOLO” PER PRODURRE L’ORMONE

STEROIDEO

IL SER CONTIENE UN ENZIMA

GLUCOSIO-6-FOSFATASI

G6Pase

ESSENZIALE PER L’OMEOSTASI

DEL GLUCOSIO NEL SANGUE,

L’ENZIMA E’ PRESENTE SOLO

NELLE CELLULE

PARENCHIMALI DEL FEGATO

LA DETOSSIFICAZIONE E’ SVOLTA DA UN

SISTEMA DI ENZIMI CHE TRASFERISCONO

L’OSSIGENO (MONOSSIGENASI) E IL CUI

COMPONENTE PRINCIPALE E’ IL CITOCROMO

P-450

IL SISTEMA DELLE MONOSSIGENASI P-450 E’

FORMATO DA NUMEROSI ISOENZIMI (50-100)

DEL CITOCROMO P-450

(EMO-PROTEINA DI TIPO b),

DA UNA SINGOLA REDUTTASI

E FOSFOLIPIDE.

QUESTI ENZIMI SONO PROTEINE

INTEGRALI DI MEMBRANA E SONO PREMINENTI NEL

SER, MA PRESENTI ANCHE NEI MITOCONDRI

IL CITOCROMO P-450 E’ UBIQUITARIO, MA SI TROVA IN

CONCENTRAZIONI MOLTO ELEVATE NEL SER DELLE

CELLULE EPATICHE

RAPPRESENTA CIRCA IL 20% DELLE PROTEINE DEL ER E

IL 2-3% DELLE PROTEINE TOTALI DELLA CELLULA

QUESTI ENZIMI SONO CAPACI DI OSSIDARE MIGLIAIA DI COMPOSTI

IDROFOBICI DIFFERENTI CHE CONVERTONO IN DERIVATI PIU’ IDROFILICI E,

QUINDI, PIU’ FACILMENTE SECRETI

I SUBSTRATI DI TALI ENZIMI SONO IN GRADO DI INDURRE

PROLIFERAZIONE DEL SER E CONSEGUENTE AUMENTO DELL’ATTIVITA’

DEGLI ENZIMI

SONNIFERI A BASE DI FENOBARBITAL

(C OSI’ COME CENTINAIA DI ALTRE SOSTANZE CHIMICHE) INDUCONO

PROLIFERAZIONE DEL SER E AUMENTO DELL’ATTIVITA’ DELLE

MONOSSIDASI NELLE CELLULE EPATICHE

IL CONSEGUENTE AUMENTO DELLA CAPACITA’ DI DEGRADARE IL

FENOBARBITAL SPIEGA PER QUALE MOTIVO I CONSUMATORI DI SONNIFERO

DEVONO ASSUMERNE DOSI SEMPRE PIU’ ELEVATE

PERTANTO L’ASSUNZIONE CRONICA DI

FENOBARBITAL (O ALTRE SOSTANZE) AUMENTA L’EFFICIENZA DI

DEGRADAZIONE, DA PARTE DEL FEGATO, DI MOLTI ALTRI FARMACI,

TRA CUI SOSTANZE TERAPEUTICAMENTE UTILI, COME ANTIBIOTICI,

STEROIDI, ANTICOAGULANTI E NARCOTICI

COMUNQUE L’AUMENTATO SVILUPPO DEL SER NON COMPORTA

AUMENTO EQUIVALENTE DI TUTTI GLI ENZIMI

MENTRE L’AZIONE DEL COMPLESSO P-450 E’ NEL

COMPLESSO FAVOREVOLE DAL PUNTO DI VISTA

FISIOLOGICO, CERTI EVENTI METABOLICI BASATI SUL P-

450 POSSONO PORTARE A SERIE PATOLOGIE

Reticolo endoplasmatico Rugoso – funzioni: sintesi proteine

Sul RER vengono sintetizzate le proteine che penetrate nel lume

del RER, passano al Golgi e da qui smistate alla membrana

plasmatica, ai lisosomi e alla vescicola di secrezione.

L’importazione delle proteine nel lume del RER è

co-traduzionale.

Le proteine sintetizzate entrano lume del RE, da qui passano

nell’apparato di Golgi, per essere poi inviate:

alla membrana plasmatica;

a vescicole di secrezione;

ai lisosomi.

Lo smistamento delle proteine al RE avviene durante la traduzione ed

è, pertanto, detta: importazione co-traduzionale.

Nel caso che il peptide nascente

presenti una particolare sequenza

di amminoacidi, detta peptide

segnale, la sintesi proteica è

momentaneamente bloccata per

continuare dopo la smistamento

dei polisomi sulla membrana del

Reticolo Endoplasmatico (RE).

legame tra il peptide segnale e la proteina solubile SRP con blocco della sintesi

proteica;

legame tra il complesso mRNA-Ribosomi-SRP e il recettore dell’SRP (una

proteina transmembrana del RE);

legame del ribosoma al traslocone e distacco della SRP dal suo recettore;

ripresa del sintesi della proteina che tramite il canale del traslocone penetra nel

lume del RER;

la peptidasi del segnale taglia il peptide segnale dalla proteina;

rilascio della proteina nel lume del RER.

RER – funzioni: sintesi proteine

transmembrana

Le proteine sintetizzate sul RER in

dipendenza di assenza o presenza nelle

proteine in sintesi di una specifica

“sequenza di arresto di trasferimento”

possono sia passare nello spazio luminale o

restare inserite nella membrana, ovvero

diventare proteine transmembrana:

A – in assenza del 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 ” (una serie di aminoacidi

apolari), eliminato il peptide segnale, la

proteina resta inserita nella membrana,

come proteina transmembrana monopasso;

C – in presenza di due o più segnali di

arresto di trasferimento, si avranno

proteine transmembrana di-, tri- o

multipasso

Le modalità

di inserzione delle

proteine nei

bilayer fosfolipidici

vengono già

definite

nel RER.

Reticolo endoplasmatico Rugoso – funzioni: glicosilazione

Nel lume del RER inizia la glicosilazione delle proteine. Tale processo continuerà

nell’apparato di Golgi ed è importante per l’indirizzamento delle proteine alla membrana

plasmatica, ai lisosomi e alle vescicole di secrezione.

La glicosilazione consiste nel trasferimento ad opera di un enzima (la oligosaccaride-

dolicol-transferase) di un oligosaccaride, di 14 residui zuccherini, ricco in mannosio, da

un glicolipide di membrana (il dolicolo) al gruppo aminico delle asparagine presenti nella

catena polipeptidica in crescita (la gicosilazione a livello delle asparagine è detta N-

glicosilazione. Nel citoplasma la (eventuale) glicosilazione delle proteine avviene a

livello del gruppo –OH delle serine o delle treonine ed è, pertanto, detta O-

glicosilazione).

Reticolo endoplasmatico Rugoso e folding delle proteine

Nel reticolo endoplasmatico inizia il processamento dell’oligosaccaride aggiunto alle

asparagine: ad opera di glicosidasi vengono eliminati quattro residui zuccherini (tre

glucosio e un mannosio).

Avviene anche il “folding” (ripiegamento) delle glico-proteine, tramite specifiche

“chaporonine”, le bip. 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).

Nelle cellule eucariotiche è possibile individuare un sistema di

membrane interne organizzate in un compartimento secretorio

che permette a proteine, lipidi e carboidrati neosintetizzati di

raggiungere la superficie cellulare. Questo sistema è costituito da

organelli (reticolo endoplasmatico, apparato di Golgi e membrana

plasmatica) e intermedi di trasporto tubulo vescicolari.

L’apparato del Golgi è costituito da una serie di cisterne (pile golgiane o, nelle cellule

vegetali, dittiosiomi) ciascuna contenente un distintivo set di enzimi, in maggioranza

glicosidasi. Le cisterne sono slargate in periferia, impilate l’una sull’altra e non

intercomunicanti tra loro. Nelle pile golgiane si distinguono:

faccia CIS o prossimale – contigua al Reticolo endoplasmatico, da cui riceve le

microvescicole, le quali fondono tra a costituire una rete di vescicole interconnesse detta

CIS Golgi Network (CGN).

faccia trans o distale – lontana dal reticolo endoplasmatico – Dalla cisterna si staccano

vescicole,interconnesse tra loro a costituire il Trans Golgi Network (TGN), da cui si

staccano vescicole che diventano lisosomi, oppure vescicole di secrezione, o che si

fondono con la membrana plasmatica

cisterne mediane – Le cisterne interposte tra le CIS e TRANS.

Apparato di Golgi

Le cisterne golgiane differiscono sia strutturalemnte sia funzionalmente. Le

membrane, infatti, presentano una differente composizione lipida e proteica che

rendono ciascuna cisterna funzionalmente differenziata dalle altre. La

componente proteica è costituita particolarmente da enzimi, glicosidasi e

glicotrasferasi, che modificano l’ oligosaccaride, costituito da 10 residui

zuccherini legati alle asparagine, che il Golgi riceve dal RE. Gli enzimi

contenuti nelle cisterne conducono a due tipi due tipi di oligosaccaridi:

oligosaccaridi complessi o oligosaccaridi ad alto contenuto di mannosio.

L’apparato del Golgi riceve, elabora e smista ad altri compartimenti il materiale (le glicoproteine) che

riceve dal Reticolo endoplasmatico tramite microvescicole di trasporto. Nel Golgi l’elaborazione del

materiale può avvenire secondo due modalità:

progressione delle vesciole

progressione delle cisterne

Secondo il modello della progressione delle vescicole il materiale, elaborato in un cisterna, viene in

incluso in microvescicole di trasporto che gemmano lateralmente dai margini della cisterna per

fondersi con la membrana della cisterna immediatamente successiva. Il processo continua fino alla

cisterna TRANS. Dal TRANS si staccano vescicole che possono costituire i lisosomi primari (1)

oppure le vescicole di secrezione (2) o anche fondersi con la membrana plasmatica (3). Nel modello

della progressione delle vescicole si ha il movimento delle vescicole in direzione Cis-Trans. Tale

movimento costituisce il “flusso vescicolare anterogrado“.

Apparato del Golgi – traffico vescicolare- progressione delle cisterne

Il modello della progressione delle cisterne, valido soprattutto per le molecole di notevole

dimensioni (quali ad esempio la cellulosa, la lattoalbumina), troppo grandi per essere

contenute nelle micovescicole di trasporto, prevede che il materiale permanga nelle

cisterne le quali avanzano maturando progressivamente in Cis, Mediana e Trans.

Lateralmente, dalle cisterne gemmano delle microvescicole che trasportano nella cisterna

precedente gli enzimi caratteristici di quella cisterna. Il materiale lascia il Golgi tramite

vescicole si staccano dal TGN per formare i lisosomi, oppure le vescicole di secrezione o

anche fondersi con la membrana plasmatica.

Secondo tale modello le cisterne, progredendo in direzione CIS-TRANS, realizzerebbero

il Flusso delle cisterne anterogrado, mentre le vescicole, scorrendo nella direzione

opposta TRANS-CIS , darebbero origine al flusso vescicolare retrogrado.

Proteine, lipidi e carboidrati neosintetizzati, sono smistati ai

vari distretti cellulari da vescicole di Trasporto.

Indirizzamento delle vescicole di trasportoLe vescicole di trasporto presentano sulla membrana un particolare recettore per il

materiale da trasportare. A ciascuno di tale recettore è associato dal lato citosolico

una specifica proteina v-SNARE (vscicular-SNARE) che ne segnala il

compartimento di destinazione. Su tale compartimento è presente una t-SNARE,

che interagisce con la v-SNARE.

Coppie specifiche di proteine transmembarna v-SNARE e t-SNARE

determinano la destinazione delle vescicole.

Fusione di vescicole di trasporto

La specifica segnalazione e fusione delle vescicole è medita dall’interazione di coppie

complementari di proteine SNAREs: v-SNAREs (nella membrana della vescicola) e t-

SNARE (nella membrana del comparto bersaglio). L’ adesione delle vescicole al

comparto di destinazione è mediato dal legame tra le SNAREs, mentre la fusione delle

vescicole e lo scarico del materiale nel comparto di destinazione è mediato da

specifiche proteine di fusione (Rab e SNAPs,).

la fusione delle vescicole e lo scarico del materiale nel comparto di

destinazione è mediato da specifiche proteine di fusione (Rab e SNAPs,).

Le proteine Rab assicurano

la specificitàdell’ancoraggio.

Si tratta di una famiglia di

GTPasi monomeriche la cui

funzione è di verificare che

l’adattamento tra una v-

SNARE e una t-SNARE sia

corretto.

Quando una vescicola

incontra la membrana

bersaglio corretta il legame

v-SNARE a t-SNARE fa

rimanere la vescicola legata

abbastanza a lungo in

maniera che Rab possa

idrolizzare il GTP legato e

bloccare la vescicola.

Ruolo delle proteine di fusione nell’internalizazione di virus

Vescicole di trasporto e proteine associate

I vari tipi di proteine di rivestimento implicate nel

traffico vescicolare tra il RE, l’apparato del Golgi e

la membrana plasmatica.

La gemmazione delle vescicole dal Reticolo endoplasmatico è mediato da specifiche

proteine di rivestimento le COP-II, COat Proteins type II. Una volta che la vescicola si

stacca dal RE le COP-II ritornano al RE.

Le vescicole arrivano al CIS- Golgi e scaricano il materiale. Dal CIS vengono riciclate

al RE le vescicole che presentano sulla membrana una proteina con il segnale di

ritenzione al RE. Tale segnale è costituito da 4 a.a. lisina, asparagina, glucina, leucina

(K,D,E, L), il cui recettore è presente sulla membrana del RE. La gemmazione di tali

vescicole è mediata dalle proteine di rivestimento del tipo COP-I.

Trasporto selettivo mediato da vescicole rivestite

Il trasporto vescicolare non è aspecifico: ciascuna vescicola di trasporto contiene

proteine selezionate e si fonde con un compartimento specifico: questo permette di

mantenere l’identità di ogni tipo di organello.

Via biosintetica-secretoria: trasporto all’esterno di proteine di nuova sintesi: ER-Golgi-

superficie cellulare (lisosomi)

Via endocitica: assunzione di macromolecole, passaggio in endosomi e lisosomi.

Compartimentalizzazione

funzionale del Golgi

Le cisterne del Gogi presentano

uno specifico set di enzimi che

modificano le glicoproteine

durante il loro transito nelle

cisterne in direzione Cis-Trans.

Nella immagine a fianco sono

riportate le principali modifiche

che in ciascuna cistena

possono essere apportate ai

residui oligosaccaridici.

In dipendenza delle modifiche

apportate ai residui

oligasaccaridi le glicoproteine

vengono indirizzate ai lisosomi

o alle vescicole di secrezione o

alla membrana plasmatica.

I lisosomi furono scoperti dapprima biochimicamente da De Duve su celllule di

ratto, da cui riuscì ad isolare ed purificare i lisosomi attraverso delle semplici

tecniche di centrifugazione. De Duve osservò che nella frazione lisosomiale

l’attività delle idrolasi acide da lui studiati (fosfatasi acida, DNasi, RNAsi,

glucosidasi, ect) era molto alta nel sedimento e bassa nel supernatante quando

utilizzava metodi di isolamento dolci (preservanti le membrane cellulari).

Tuttavia, dopo il congelamento della frazione lisosomiale o il suo isolamento con

metodi drastici (destabilizzanti le membrane cellulari) l’attività delle idrolasi

risultava alta nel supertante e bassa nel sedimento. Da tali esperimenti De Duve

dedusse che le idrolasi acide dovevano essere contenute in organelli delimitati

membrana che furono denominati “lisosomi” in base alle definizione data da Duve

a tali organelli: “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”.

lisosomi

Il modello proposto per la maturazione e smistamento delle proteine

lisosomiali prevede che esse siano sintetizzate e traslocate nel lume

del RER, dove avviene la glicosilazione delle asparagine. Le

glicoproteine poi passano nella cisterna Cis dell’apparato del Golgi. In

tale cisterna si ha la sforilazione dei residui del mannosio (M-6-P).

Le proteine così marcate, senza subire altre modifiche, arrivano al

TGN, dove sono riconosciute dal recettore del M-6-P ed incluse in

vescicole rivestite da clatrina. Le vescicole successivamente

trasportano le proteine lisosomiali ad un endosoma tardivo da cui

gemmano le vescicole che riciclano al TGN i recettori del M-6-P.

I lisosomi: punti di incontro ove convergono le sostanze che

devono essere digerite.

Enzimi lisosomali: idrolasi lisosomali

Alcune proteine sono trasportate nel lisosoma

direttamente con l’uso di un segnale lisosomale: KFERQ

(Lys, Phe, Glut, Arg, glutammina)

Vie per arrivare al lisosoma:

Autofagia (ER si trasforma in lisosoma)

Fagocitosi

Endosoma precoci e tardivi

Le idrolasi lisosomiali sono caratterizzate dalla presenza di un gruppo specifico, il mannosio-

6-fosfato (M6P), che serve a farle riconoscere da un recettore specifico presente sul trans-

Golgi.

L’M6P è aggiunto agli oligosaccaridi legati all’asparagina, nel reticolo cis del Golgi.

Il recettore è una proteina transmembrana localizzata sul trans Golgi. L’unione con l’idrolasi

inizia la formazione di vescicole e si verifica a pH 7. Le idrolasi si dissociano dai recettori negli

endosomi tardivi a pH 6.

I recettori sono riciclati verso il trans Golgi.

La GlcNAc-fosfotransferasi, l’enzima che “marca” gli

enzimi lisosomiali nel Golgi

Malattie da accumulo lisosomale: le idrolasi lisosomali

sono alterate per difetti genetici recessivi.

Malattia di Hurler

I-cell disease

I substrati delle idrolasi si accumulano non digeriti nel

lisosomi, per cui si formano inclusioni nelle cellule.

Le idrolasi alterate sfuggono ai lisosomi, sono secrete

dalla via di default e si accumulano nel sangue: il

difetto è dovuto alla mancanza o al difetto di una

fosfotransferasi GlcNAc. Le idrolasi sono secrete.

Non funziona la via di scavenger (raccolta dei rifiuti) di

endocitosi e si accumulano.

Nel fegato via alternativa.

Endocitosi:

Dalla superficie cellulare verso i lisosomi.

Fagocitosi di grandi particelle (250 nm) svolta da cellule

specializzate tramite fagosomi.

Le particelle si devono legare ai fagociti: recettori attivati

scatenano la risposta (vd. Immunologia). Normalmente

sono gli anticorpi che riconoscono le particelle estranee

e le presentano ai fagociti.

Proteine Fc o complemento.

Endocitosi: la fagocitosi è una forma specializzata nei

macrofagi e neutrofili (10 all’11 globuli rossi al giorno)

Fosse rivestite di clatrina: 2% dell’area di membrana

La clatrina forma un cesto o una gabbia sotto la membrana e dà

origine ad una vescicola rivestita di clatrina: è un processo

rapido e continuo in molti tipi cellulari.

Le vescicole si fondono poi negli endosomi precoci.

Servono per l’endocitosi in fase fluida e per l’assunzione di

specifiche macromolecole dall’esterno.

Questo processo è chiamato endocitosi mediata da recettori:

processo selettivo che permette di assumere grandi quantità di

macromolecole.

Es. trasporto del colesterolo.

Le cellule assumono colesterolo che serve

per assemblare le membrane.

Se si blocca l’assunzione, il colesterolo si

accumula nel sangue e può formare placche

aterosclerotiche.

Il colesterolo è trasportato nel sangue

associato a proteine LDL (lipoproteine a

basse densità).

Ogni LDL contiene 1500 mol colesterolo esterificato ad acidi grassi

Le cellule presentano dei recettori per le LDL, che si

associano alle zone di membrana ricche in clatrina. L’LDL si

lega al recettore e si formano vescicole rivestite che sono

internalizzate.

Le vescicole perdono il rivestimento in clatrina e si fondono

negli endosomi precoci. Le LDL sono portate agli endosomi

tardivi ed ai lisosomi, dove gli esteri di colesterolo sono

idrolizzati ed il colesterolo liberato per l’incorporazione nelle

membrane.

Se c’è troppo colesterolo, viene spenta la sintesi di colesterolo

e anche di recettori per LDL, per non importarlo più e così il

colesterolo si accumula nel sangue.

Geni difettosi per le LDL: mancata assunzione del colesterolo,

aterosclerosi in età giovanile.

Struttura della clatrina

Recettori delle LDL normali e mutantiIn alcune patologie i recettori per LDL sono situati al di fuori delle

fossette rivestite da clatrina.

Tale diversa localizzazione dei recettori per LDL impedisce la normale

importazione di colesterolo.

Endocitosi di LDL mediata da recettori

I recettori per le LDL sono

riciclati dagli endosomi e

riportati in membrana per

essere riutilizzato.

Esocitosi di vescicole secretorie

Le proteine di secrezione vengono immesse in due tipi di vescicole di secrezione:

- Vesciscole non rivestite da clatrina ma da coatomeri che ininterrottamente gemmano dal

TGN, fondono con la membrana plasmatica e riversano (Esocitosi) nella matrice

extracellulare le glicoproteine contenute nel lume. Tale modalità di esocitosi rappresenta la

“secrezione costitutiva” che è generalizzata in tutti i tipi cellulari, ad esempio i fibroblasti

(esocitosi costitutiva di fibre collagene, la fibronectina, GAG, ect) plasmacellule (esocitosi

costitutiva di immunoglobuline).

- Vescole rivestite da clatrina che si staccano dal TGN, si accumulano nel citoplasma e

vengono successivamente rilasciate in seguito a specifici segnali provenienti dalla matrice

extracellulare. Tale modalità di Esocitosi, denominata “secrezione regolata“, è tipica delle

cellule ghiandolari endocrinie (secrezione regolata di ormoni) e soprattutto delle cellule degli

epiteli ghiandolari esocrini ( esocitosi di secreti mucosi, sierosi, misti, ect) .

Da notare che la clatrina media anche la gemmazione delle vescicole contenenti le proteine

lisosomiali.

Una via di secrezione

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