14. citoplasma, smistamento proteine, RE

Question 1

Che cosa è il citoplasma?

Answer 1

Il citoplasma comprende il citosol, l’insieme degli organelli e il citoscheletro.
Il citosol è la parte fluida, una soluzione concentrata di acqua, proteine e altre molecole. Costituisce circa il 50% del volume della cellula.

Question 2

In quali compartimenti cellulari è alta la concentrazione di ioni Ca2+?

Answer 2

• nucleo
• reticolo endoplasmatico
• spazio intermembrana dei mitocondri

Question 3

Che funzioni ha il citoplasma?

Answer 3

• sede di reazioni metaboliche e loro punto di incontro
• transito tra compartimenti cellulari
• accumulo di materiali di riserva

Question 4

Quali sono gli organelli eucarioti delimitati da membrana?

Answer 4

• RE
• apparato di Golgi
• endosomi
• lisosomi
• perossisomi
• mitocondri
• cloroplasti

Question 5

Quali sono le strutture cellulari sovramolecolari eucarioti NON delimitate da membrana?

Answer 5

• ribosomi
• centrioli
• microtubuli
• microfilamenti
• filamento intermedi
• protesomi

Question 6

Sistema di endomembrane?

Answer 6

Sistema di organelli funzionalmente e strutturalmente correlati tra loro e con la membrana plasmatica.

Costituito da
- RE
- apparato di Golgi
- endosomi
- lisosomi

Question 7

Qual è la destinazione delle proteine interamente sintetizzate sui ribosomi liberi?

Answer 7

Le proteine interamente sintetizzate sui ribosomi liberi, nel citoplasma,
- o restano nel citosol
- o importazione post-traduzionale: nucleo, mitocondri, cloroplasti, perossisomi, in base alla sequenza segnale di smistamento.

Question 8

Ipotesi del segnale, anni ‘70

Answer 8

Blobel identificò la sequenza segnale per il RE paragonando la lunghezza di una proteina sintetizzata in vitro, quella della stessa proteina sintetizzata in presenza di microsomi (frammenti di RE) e quella della stessa proteina sintetizzata in una cellula.
Risultò che la proteina sintetizzata in vitro era più lunga, ovvero che la proteina aveva conservato la sequenza segnale che indirizza la sintesi al RE, la quale viene rimossa quando la proteina raggiunge il RE.

La sequenza segnale è una sequenza amminoacidica all’estremità N-terminale ed è ricca di aa idrofobici, poiché deve attraversare la membrana del RER su cui termina la sintesi.

Question 9

Tutte le sequenze segnale di smistamento delle proteine vengono rimosse?

Answer 9

No.
Le sequenze di proteine indirizzate al nucleo non vengono rimosse perché la proteina rimane nel nucleo solo finché serve. Una volta terminata la sua funzione, ritorna nel citoplasma e per poi rientrare nel nucleo quando serve nuovamente.

Question 10

Importazione post-traduzionale

Answer 10

L’importazione post-traduzionale è il passaggio della proteina sintetizzata sul ribosoma libero attraverso la membrana dell’organello a cui è indirizzata.
Il passaggio è consentito da trasloconi (o traslocatori di membrana o canali di traslocazione) posti sulla membrana del compartimento cellulare di destinazione.

Question 11

Qual è la destinazione delle proteine sintetizzate sul RER?

Answer 11

Una volta che sono sintetizzate, o rimangono nel RER oppure dal RER si spostano all’apparato di Golgi.
Dall’apparato di Golgi vengono indirizzate a
- lisosomi
- esterno della cellula mediante vescicole secretorie
- membrana plasmatica o membrana intracellulare come proteine di membrana

Question 12

Reticolo endoplasmatico

Answer 12

Sistema di membrane della cellula eucariotica.
È costituito da un sistema di cisterne (RER) e tubuli (REL) ed è in continuità con l’involucro nucleare.
Lo spazio interno alle membrane è detto lume del RE ed è in comunicazione con il lume nucleare.

Il RE è una struttura dinamica, il cui volume cresce o diminuisce in base alle necessità.

Si divide in
- RER, reticolo endoplasmatico ruvido o rugoso
- REL, reticolo endoplasmatico liscio.

Question 13

RER

Answer 13

Formato da cisterne ampie e appiattite delimitate da una membrana a cui sono associati numerosi ribosomi.
Un suo sottodominio costituisce il RE di transizione, da cui si formano le vescicole di trasporto.

Funzioni
- sintesi e maturazione delle proteine integrali di membrana
- sintesi e maturazione delle proteine solubili degli organelli citoplasmatici (RE, apparato di Golgi, lisosomi, endosomi, vescicole)
- sintesi e maturazione di proteine destinate alla secrezione
- ripiegamento delle proteine (formazione dei ponti disolfuro) e assemblaggio delle proteine multimeriche
- fasi iniziali della glicosilazione delle proteine

Question 14

Dove avviene la sintesi di tutti i componenti delle membrane?

Answer 14

TUTTI i componenti delle membrane vengono sintetizzati nel reticolo endoplasmatico.

Question 15

REL

Answer 15

Formato da tubuli ramificati e collegati tra loro, è in continuità con il RER ma non presenta ribosomi associati.

Funzioni
- sintesi dei fosfolipidi di membrana
- sintesi del colesterolo (tutte le cellule) e di ormoni steroidei (solo cellule specializzate)
- detossificazione di sostanze nocive
- immagazzinamento di ioni Ca2+ (cellule muscolari striate) → reticolo sarcoplasmatico

Question 16

Come avviene la biogenesi del doppio strato fosfolipidico?

Answer 16

Le membrane cellulari non si possono originare, ma derivano da membrane preesistenti che vengono accresciute con lipidi e proteine neosintetizzati dal RE.

Il RE sintetizza interamente i fosfolipidi, mentre la sintesi degli sfingolipidi e dei glicolipidi termina nell’apparato di Golgi.
Il RER sintetizza i propri fosfolipidi di membrana, il REL i fosfolipidi per tutte le altre membrane.

La sintesi dei fosfolipidi avviene sul lato citosolico della membrana:
1. l’enzima acil transferasi lega due catene di acido grasso legate a CoA (coenzima A) e una molecola di glicerolo 3-fosfato, staccando i due CoA e formando l’acido fosfatidico, che viene inserito nel foglietto citoplasmatico del RE.
2. Una fosfatasi catalizza l’eliminazione del gruppo fosfato e converte l’acido fosfatidico in diacilglicerolo.
3. Altri enzimi modificano il diacilglicerolo aggiungendo gruppi polari diversi per ottenere diversi fosfolipidi.
4. Le scramblasi spostano i fosfolipidi da un foglietto all’altro in modo tale che la crescita dei due foglietti sia uniforme.
5. Le flippasi spostano selettivamente determinati fosfolipidi da un foglietto all’altro per garantire la giusta composizione asimmetrica dei due foglietti.
Per quanto riguarda i fosfolipidi sintetizzati nel REL, destinati alle membrane degli altri organelli:
6. I fosfolipidi vengono trasportati dal REL all’apparato di Golgi e verso le membrane cellulari come parte della membrana di vescicole di trasporto.

Question 17

Sintesi delle proteine solubili nei ribosomi associati al RER (importazione co-traduzionale)

Answer 17

L’mRNA uscente dal nucleo si dirige sempre verso i ribosomi liberi, dove inizia la traduzione.
Se la sequenza amminoacidica iniziale è una sequenza segnale, viene riconosciuta dalla SRP (signal recognition patricle, particella ribonucleoproteica) che si lega alla sequenza e al ribosoma, interrompendo la traduzione.
Il complesso SRP-ribosoma-polipeptide nascente si lega alla membrana del RER tramite l’interazione tra la SRP e il recettore per l’SRP che lega il ribosoma al traslocone (canale della membrana del RER che consente l’ingresso del polipeptide nascente nel lume del RER).
La SRP si dissocia dal complesso ribosoma-polipeptide e dal suo recettore.
La sequenza segnale è inserita nel traslocone e vi rimane legata per il resto della sintesi della proteina.
Una volta terminata la traduzione, il polipeptide è nel lume del RER ma è ancora legato al traslocone tramite la sequenza segnale.
Interviene la peptidasi del segnale (enzima proteolitico presente come proteina integrale nella membrana del RER) che taglia la sequenza segnale N-terminale dal polipeptide, in modo che questo venga rilasciato nel lume del RER.
La sequenza segnale diffonde lateralmente nel doppio strato fosfolipidico della membrana del RER e viene subito degradata.

Question 18

Sintesi delle proteine integrali di membrana nei ribosomi associati al RER (importazione co-traduzionale)

Answer 18

L’mRNA uscente dal nucleo si dirige sempre verso i ribosomi liberi, dove inizia la traduzione.
Se nella sequenza amminoacidica vi è una sequenza segnale, essa viene riconosciuta dalla SRP (signal recognition patricle, particella ribonucleoproteica) che si lega alla sequenza e al ribosoma, interrompendo la traduzione.

Nelle proteine monopasso (un solo segmento transmembrana) la sequenza segnale di inizio della traslocazione è all’estremità N-terminale.
Nelle proteine multipasso, la sequenza segnale di inizio della traslocazione si trova all’interno della sequenza amminoacidica e non è mai eliminata dal polipeptide.

Il complesso SRP-ribosoma-polipeptide nascente si lega alla membrana del RER tramite l’interazione tra la SRP e il recettore per l’SRP che lega il ribosoma al traslocone (canale della membrana del RER che consente l’ingresso del polipeptide nascente nel lume del RER).
La SRP si dissocia dal complesso ribosoma-polipeptide e dal suo recettore.
La sequenza segnale è inserita nel traslocone, che la orienta in modo tale che l’estremità più positiva si affacci sul citosol, e vi rimane legata per il resto della sintesi della proteina.
La traslocazione si interrompe con la sequenza di arresto del trasferimento, una sequenza aa ricca di residui idrofobici.
Il traslocone si apre lateralmente e il segmento idrofobico si inserisce nella membrana.
Una volta terminata la traduzione, la peptidasi del segnale (enzima proteolitico presente come proteina integrale nella membrana del RER) che taglia dal polipeptide la sequenza segnale N-terminale, che viene degradata nel doppio strato lipidico.

Nel caso delle proteine multipasso, le sequenze di inizio del trasferimento e di arresto del trasferimento sono multiple (sempre in coppia), tante quanti i segmenti transmembrana.

Question 19

Glicosilazione delle proteine (prima parte)

Answer 19

Inizia nel RER.
La maggior parte delle proteine prodotte sulla membrana del RER viene glicosilata.
La glicosilazione più comune è la N-glicosilazione.
L’oligosaccaride viene assemblato precedentemente su un trasportatore lipidico della membrana del RER (dolicolo fosfato), con 14 monosaccaridi (tra cui 3 residui di glucosio e 9 di mannosio), e poi trasferito sul polipeptide dall’oligosaccaride proteina transferasi.
L’oligosaccaride si lega al gruppo amminico della catena laterale dell’aa Asparagina (Asn) con un legame N-glicosidico (→ N-glicosilazione).

In base alla glicoproteina che deve essere prodotta, la catena oligosaccaridica va in contro a maturazione: rimozione e aggiunta di residui di carboidrati.
La maturazione ha inizio nel RER e continua nell’apparato di Golgi.

Question 20

Controllo del ripiegamento delle proteine

Answer 20

Le glicoproteine neosintetizzate, prima di essere trasferite al Golgi, sono sottoposte a un rigoroso controllo di qualità.
Ogni glicoproteina si lega a una proteina chaperon che la guida al corretto ripiegamento.
Una volta raggiunta la conformazione nativa, la glicoproteina è trasportata dal RE di transizione e da lì, mediante vescicole, al Golgi, dove andrà in contro a ulteriori modificazioni.

Le proteine non ripiegate correttamente, alla fine, saranno espulse dal RE, marcate con molecole di ubiquitina nel citosol e riconosciute dal proteosoma, complesso multienzimatico con il compito di degradare le proteine difettose o non più utili.