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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
