Appunti Biologia applicata

Il processo di editing

Anche il processo dell'editing dell'RNA permette di aumentare il repertorio proteico codificato dai geni di una determinata specie. Infatti, se la conversione di un nucleotide in un altro si verifica all'interno di una data sequenza codificante, possono aversi modificazioni nella struttura primaria della proteina codificata, con riflessi a volte sostanziali nelle funzioni della stessa. Nel caso di ambedue le conversioni note, dell'adenosina in inosina (A-I) e della citidina in uridina (C-U), il loro verificarsi all'interno di determinati codoni può modificare il significato funzionale degli stessi (nel caso della conversione A-I, l'inosina è infatti letta come guanosina). Un esempio molto chiaro di questo fenomeno è quello relativo all'editing dell'mRNA dell'Apolipoproteina B (Apo-B), un fattore proteico che trasporta lipidi nel sangue. Nelle nostre cellule epatiche non si ha editing e la proteina prodotta.

lunga 4536amminoacidi, è detta Apo-B100. La sua funzione è di trasportatore ematico di lipidi. Nellecellule intestinali, invece, la citidina deaminasi produce una conversione C-U in uno specificocodone, la cui sequenza è trasformata da CAA, che codifica la glutamina, a UAA, cherappresenta invece un codone di arresto della traduzione. Questa modificazione determinaquindi la produzione di una proteina più corta, costituita da soli 2152 amminoacidi, edenominata Apo-B48, la cui funzione è quella di mediare l'assorbimento dei lipidi attraversola parete intestinale. L'editing dell'RNA produce modificazioni nei trascritti dei recettori dellaserotonina e del glutammato che probabilmente rivestono ruoli importanti per le funzioninervose. Infatti, si ritiene che deficienze o errori di regolazione dell’editing siano implicate inmalattie neurologiche come l'epilessia o la sclerosi laterale amiotrofica, nonché nei

disturbidell'umore.

LA LOCALIZZAZIONE E DEGRADAZIONE DELLE PROTEINE

Come vi ho già detto, il processo della sintesi proteica non completa il quadro di controllo dell'espressione genica negli eucarioti poiché le proteine sono sottoposte ad altri meccanismi di regolazione della loro attività e della loro degradazione. Questi meccanismi completano il quadro della regolazione dell'espressione genica di ogni cellula e le permettono di adeguare la propria attività al programma di sviluppo dell'organismo e alle interazioni con le altre cellule dell'organismo e con l'ambiente. Ricapitolando, questi comprendono in primo luogo il folding o corretto ripiegamento e le modificazioni posttraduzionali e dal cui svolgimento dipende direttamente l'acquisizione dell'attività biologica di ogni proteina. Oltre a questi meccanismi, sono fondamentali anche i processi di localizzazione/compartimentazione ed infine degradazione.

interessante notare che tutti i segnali amminoacidici coinvolti nell'indirizzamento delle proteine ai vari compartimenti e nella loro degradazione finale rappresentano forme di informazione presenti nella materia vivente e la cui natura è diversa dall'informazione genetica portata dagli acidi nucleici. La complessità strutturale delle proteine e la ricchezza dei diversi gruppi funzionali portati dai venti amminoacidi costituenti ha dotato queste molecole, nel corso dell'evoluzione, della capacità di svolgere un numero incredibilmente alto di funzioni diverse, comprese diverse funzioni semantiche. Le proteine portano e interpretano informazione biologica. Sull'interazione stereospecifica che regola questa funzione, e che si può osservare fra gli amminoacidi di una proteina e una determinata molecola o fra amminoacidi di proteine diverse, si basano i meccanismi recettoriali di azione degli ormoni, dei fattori di crescita e.

deineurotrasmettitori.

LEZIONE 18

IL SISTEMA DELLE MEMBRANE CELLULARI

Il sistema delle membrane della cellula consiste in un insieme complesso di strutture membranose che, pur avendo tutte la stessa struttura di base, presentano morfologia e funzioni specifiche a seconda dei vari distretti subcellulari che caratterizzano, assumendo la connotazione di veri e propri organuli tra loro distinti. In particolare, la membrana che avvolge l'intera cellula e ne definisce l'individualità rispetto all'ambiente esterno è detta membrana plasmatica. Questa membrana è anche in continuità diretta o indiretta con un sistema complesso di membrane, il reticolo endoplasmatico (RE), distribuito in modo relativamente omogeneo nello spessore dell'intera cellula e consistente in vescicole, cisterne e/o tubuli che racchiudono cavità più o meno comunicanti tra loro e con l'ambiente esterno. Tale complesso sistema di membrane endocellulari è

convenzionalmente suddivisi in reticolo endoplasmatico rugoso (RER) e reticolo endoplasmatico liscio (REL), a seconda che sia o no associato a ribosomi e quindi sia o no sede di sintesi proteica. In particolari distretti subcellulari, il reticolo endoplasmatico assume delle caratteristiche morfologiche e funzionali specifiche, differenziandosi in altri organuli membranosi. Ad esempio, la porzione del reticolo endoplasmatico che circonda il nucleo si differenzia in membrana nucleare, mentre, per lo più in sede perinucleare, il reticolo endoplasmatico è in continuità funzionale con l'apparato del Golgi, un altro organulo consistente in cisterne membranose appiattite, che costituisce una stazione importante nel processo della secrezione. Infine, tutte le cellule eucariotiche presentano sempre vescicole e/o tubuli membranosi chiusi, che svolgono funzioni critiche o fungono da depositi dinamici di sostanze potenzialmente pericolose. Tra queste strutture sono da ricordare i.Krebs e la fosforilazione ossidativa.

Krebs e la respirazione cellulare. Come appare ben evidente nel caso dellamembrana plasmatica, essa costituisce la struttura di separazione tra il citoplasmafondamentale della cellula, detto citosol, e l'ambiente extracellulare. Anche se in modo menoevidente, la funzione di separazione tra l'ambiente citosolico e l'esterno della cellula si haanche nel caso dei sistemi interni di membrana, con particolare riferimento al reticoloendoplasmatico e all'apparato del Golgi. Infatti, le membrane che costituiscono tali organulisono da considerarsi in continuità dinamica con la membrana plasmatica e pertanto le lorocavità costituiscono di fatto dei propri ambienti extracellulari distribuiti nell'intero spessoredella cellula. Pertanto, dal punto di vista funzionale, l'attraversamento di una qualunquemembrana cellulare da parte di una data molecola fa si che essa sia virtualmente trasferitadall'ambiente intracellulare a quello extracellulare o viceversa.

Il modello a mosaico fluido delle membrane Indipendentemente dalle loro localizzazioni intracellulari e specializzazioni morfologiche funzionali, tutte le membrane della cellula hanno una organizzazione strutturale simile, sempre riconducibile al cosiddetto modello unitario a mosaico fluido proposto per la prima volta da Jonathan Singer e Garth Nicolson nel 1972. È infatti ormai ben dimostrato che le membrane cellulari di tutti gli organismi superiori sono costituite da un doppio strato molecolare di fosfogliceridi, ave spessore di circa 5 nm. Il termine "mosaico" che definisce il modello indica il fatto che i fosfogliceridi del doppio strato molecolare sono inframezzati da proteine singole e complessi proteici vari che, in molti casi, ne attraversano l'intero spessore, affacciandosi su ambedue i versanti della membrana stessa. Nel loro modello, Singer e Nicolson classificarono tali proteine in integrali e periferiche, in base al tipo di contatto che esse instaurano con la membrana.Nell'analisi biochimica, le proteine integrali possono essere separate dalla matrice lipidica solo mediante trattamenti con detergenti che distruggono la struttura della membrana. Queste proteine comprendono proteine transmembrana le quali possiedono uno o più domini idrofobi che le "incastonano" nel doppio strato lipidico tramite interazioni fisiche, e proteine "ancorate" a lipidi di membrana mediante formazione di un legame covalente fra un amminoacido della loro catena polipeptidica e un glicolipide di membrana o una molecola lipidica che si insinua fra i fosfogliceridi di membrana. Mentre le prime attraversano la membrana sporgendo verso ambedue gli ambienti idrofili che essa separa, le seconde possono avere l'ancora lipidica sia nello strato interno che in quello esterno della membrana e sporgere così nell'ambiente intracellulare o in quello extracellulare. Al contrario di quelle integrali, le proteine periferiche si separano dallamembrana mediante trattamenti con sostanze polari o soluzioni saline concentrate che non disgregano la struttura del doppio strato lipidico. Esse comprendono proteine che prendono un contatto marginale con la faccia intracellulare della membrana, generalmente attraverso interazioni deboli con proteine integrali. Il termine “fluido” invece indica che, nelle normali condizioni di temperatura dell'organismo, i lipidi della membrana hanno nel loro complesso una consistenza di tipo liquido, grossolanamente simile a quella di un olio semiviscoso. La più evidente conseguenza della fluidità delle membrane cellulari è che tutte le molecole che le compongono, sia lipidiche che proteiche, possono muoversi tangenzialmente alla superficie della membrana stessa, “galleggiando” nel doppio strato del quale fanno parte come una barca galleggia e si sposta sull'acqua, a meno che il loro movimento trasversale non sia limitato da particolari infrazioni.all'interno della membrana stessa sia con altre strutture cellulari. Ad esempio, la membrana plasmatica delle nostre cellule può presentare delle specifiche microregioni che, a causa del loro alto