Appunti Istologia

PROTEINE CANALE

Le meglio caratterizzate sono rappresentate dai canali ionici, che permettono il trasporto di ioni. Sono caratterizzate da tre proprietà fondamentali: - queste proteine canale permettono un trasporto estremamente rapido e molto più veloce dei trasportatori; - hanno un'alta selettività perché sono dei pori molto stretti che limitano e permettono il passaggio soltanto a ioni che hanno una dimensione o una carica appropriata per la proteina canale; - non sono sempre aperti, infatti l'apertura delle proteine canale è regolata dai cosiddetti "cancelli", che si aprono solo in risposta a determinati stimoli. - Alcuni canali si aprono in presenza di molecole segnale o neurotrasmettitori e sono detti canali regolati dal ligando, cioè è necessario l'intervento di una molecola stimolatrice di tipo appunto chimico che dà un segnale che permette l'apertura del poro della proteina canale. - Altriinvece sono regolati dal voltaggio e rispondono solo ai cambiamenti del potenziale elettrico di membrana della cellula. Questo è un diagramma che fa vedere che le proteine canale sono rappresentate da canali ionici che servono per realizzare il trasporto di ioni e sono molto selettive perché limitano il passaggio a ioni che hanno una certa dimensione e una carica appropriata; non sono sempre pervi (quindi sempre aperti) ma la loro apertura è regolata da cancelli che si aprono solo in risposta a stimoli specifici. Un esempio di una proteina carrier è il carrier del glucosio: il glucosio è trasportato attraverso un carrier che viene detto GLUT-1; il glucosio si lega a questo carrier/permeasi per il glucosio (che contiene un sito di legame). Una volta che il glucosio si è legato si ha un cambiamento conformazionale della permeasi che permette il passaggio del glucosio all'interno della cellula e la ripresa della conformazione originaria del poro. Trasporto.

attivo è un trasporto che permette di trasportare all'interno della cellula anche sostanze che vanno contro un gradiente di concentrazione; in questo caso questo trasporto è mediato da proteine carrier che vengono dette permeasi a pori oscillanti.

Questo sistema è associato a un consumo di energia che avviene generalmente attraverso l'idrolisi di ATP.

Il meccanismo è basato su una o più proteine che attraversano l'intero spessore della membrana e che delimitano un poro polare che normalmente è chiuso.

Il meccanismo c'è un'attivazione da parte del substrato che porta a un cambiamento conformazionale delle proteine con conseguente apertura del poro; questo comporta un passaggio dello ione o della molecola attraverso il canale.

Le proteine in questione possono funzionare o per un solo metabolita o anche per due metaboliti contemporaneamente: per esempio (come si vede nel diagramma) si può trasportare solo

una molecola diglucosio oppure per esempio una molecola diglucosio e uno ione sodio, e il trasporto può essere unidirezionale o bidirezionale. Per quanto riguarda il calcio è esportato non solo dalla pompa del calcio, ma anche da un altro sistema che trasporta il sodio all'interno e il calcio all'esterno. POTENZIALI DI MEMBRANA La membrana plasmatica separa due ambienti: il citoplasma e i fluidi extracellulari, nei quali è mantenuta una diversa composizione ioni; questo è il presupposto per consentire la trasmissione degli impulsi elettrici nel sistema nervoso e media anche alcune altre funzioni nei sistemi di trasporto. Nel citoplasma noi troviamo delle macromolecole non diffusibili (proteine) che sono dissociate come anioni (cioè cariche negative); l'eccesso di cariche negative è compensato dall'ingresso di cationi, che risultano più concentrati all'interno del citoplasma. C'è un'unica eccezione,ossia il sodio, la cui concentrazione plasmatica è bassa; per mantenere questa differenza di concentrazione è infatti presente una proteina vettrice detta pompa sodio-potassio, che pompa attivamente ioni potassio all'interno ed espelle ioni sodio all'esterno (sono tre Na+ ogni due K+). Esiste anche sulla membrana un canale per il potassio che permette la fuoriuscita di potassio secondo gradiente; questa fuoriuscita di potassio si ferma però quando la differenza di potenziale fra le due facce della membrana è intorno a -75 mV. A questo livello i flussi in entrata e in uscita di potassio si equivalgono. I trasportatori, come già detto, possono funzionare per una sola sostanza oppure per più metaboliti contemporaneamente (ad esempio sodio e glucosio); si parla di simporto quando le due sostanze vengono trasportate nella stessa direzione e di antiporto quando c'è la possibilità che una sostanza venga trasportata in una direzione e

l'altra nella direzione opposta. Grazie al trasporto attivo la membrana riesce a stabilire all'interno del citoplasma della cellula una concentrazione di ioni che è diversa da quella presente nell'ambiente esterno; infatti:

I liquidi extracellulari hanno:

• un'elevata concentrazione di sodio e cloro

I liquidi intracellulari invece possiedono:

• una concentrazione di sodio più bassa
• basse concentrazioni di potassio, magnesio, calcio e ioni fosfato organici non diffusibili, che sono dovuti per esempio alle proteine

Le diverse concentrazioni di sodio e potassio ai lati della membrana sono resi possibili da questo trasportatore detto appunto pompa ionica del sodio e del potassio, che trasporta contro gradiente di concentrazione:

• ioni potassio verso l'interno
• ioni sodio verso l'esterno

Esiste poi in membrana un canale per il potassio che permette la fuoriuscita di potassio.

secondo gradiente; questa fuoriuscita si arresta quando la differenza di potenziale tra le due facce dell'amembrana è di -75 mV, e questo valore viene detto potenziale di membrana: è il punto in cui i flussi in entrata e in uscita del potassio si equivalgono.

Il potenziale di membrana è importante soprattutto nelle cellule nervose e nelle cellule muscolari, perché le variazioni di potenziale permettono la trasmissione di un impulso.

SISTEMA MEMBRANOSO INTERNO

Il sistema membranoso interno è un sistema costituito da tubuli, cisterne e vescicole delimitate da un sistema di citomembrane che ha una composizione simile alla membrana plasmatica che è stata appena descritta; la struttura delle citomembrane è abbastanza standard, quindi è sempre un doppio strato fosfolipidico dove ci sono delle proteine ecc...

I principali costituenti del sistema membranoso interno sono:

• il reticolo endoplasmatico rugoso
• il reticolo endoplasmatico liscio

complesso di golgi- le vescicole di trasporto- i lisosomi- i perossisomi- i mitocondri

Come già detto al citoplasma che è rinchiuso negli spazi delimitati da queste membrane si contrappone un citoplasma libero, quella struttura che viene detta citosol (che è la parte non membranosa del citoplasma), che può contenere degli inclusi molecolari che sono dei complessi lipidici/glucidici e delle particelle ribonucleo-proteiche che sono i ribosomi.

RIBOSOMI

I ribosomi sono organuli di natura ribonucleo-proteica che sono presenti in tutte le cellule e sono adibiti alla sintesi delle proteine; sono formati da due subunità, che si associano tra loro soltanto al momento della sintesi proteica, durante la quale i vari ribosomi si allineano lungo un filamento di RNA messaggero a formare i cosiddetti poliribosomi o polisomi (praticamente le due subunità sono sempre dissociate; si associano solo al momento della sintesi proteica). Le due subunità sono diverse.

L'una dall'altra e sono: una subunità minore contiene un RNA ribosomiale e proteine strutturali ribosomiali; è una subunità maggiore contiene tre rRNA e delle proteine strutturali dei ribosomi. È:

• Nei procarioti i ribosomi sono leggermente più piccoli e hanno una costante di sedimentazione in totale di 70 Svedberg, quindi 50 per la subunità maggiore e 30 per la subunità minore (lo Svedberg è un'unità di misura della costante di sedimentazione, corrisponde a un concetto di grandezza/di massa).
• Negli eucarioti i ribosomi in totale sono più grandi, hanno una costante di sedimentazione di 80 Svedberg e le due subunità sono una di 60 e una di 40 Svedberg.
• Li troviamo anche all'interno dei mitocondri e questi hanno una dimensione ancora minore di 55 Svedberg.

I ribosomi possono trovarsi liberi nel citoplasma, ma si possono trovare anche adesi al reticolo endoplasmatico rugoso (RER).

che è detto rugoso proprio perché sulla superficie del reticolo sono associati i ribosomi, a differenza del liscio dove i ribosomi non sono presenti). In entrambi i casi si associano sempre in gruppi, poi denominati poliribosomi, che sono costituiti dai 3 ai 30 ribosomi, tenuti insieme da un sottile filamento di mRNA. Dove avviene la biogenesi del ribosoma? (lo vedremo la prossima volta quando faremo il nucleo) Gli rRNA vengono trascritti nel nucleolo, dove poi si assemblano con proteine provenienti dal citoplasma e formano le subunità di ribosomiali maggiori e minori, che restano separate e passano separate nel citoplasma, assemblandosi soltanto al momento della sintesi proteica. Quindi i ribosomi possono essere liberi nel citoplasma o adesi al reticolo; bisogna ricordare però che la sintesi proteica inizia sempre a livello dei ribosomi liberi nel citoplasma, e può terminare qui oppure terminare nel reticolo endoplasmatico rugoso. Cosa fa sì che una

La sintesi si fermi sui ribosomi liberi oppure vada a continuare a livello del RE? Questo dipende dalla presenza o meno di una sequenza segnale presente nel primo tratto della proteina nascente; questa sequenza indica che il processo deve continuare e terminare nel RER.

In sintesi: la sintesi proteica parte sempre sui poliribosomi liberi nel citoplasma e può:

1. continuare nel citoplasma
2. continuare nel reticolo se è presente una sequenza segnale particolare nel primo tratto della proteina nascente; quando è presente questa sequenza segnale il processo continua all'interno del reticolo.

RETICOLO ENDOPLASMATICO RUGOSO

Il reticolo endoplasmatico rugoso non è altro che un insieme di cisterne appiattite in connessione tra loro, delimitate da una membrana sulla cui faccia citoplasmatica sono localizzati i ribosomi. La funzione dei ribosomi è strettamente legata alla sintesi proteica: