Appunti completi di citologia e istologia

SORTING DELLE PROTEINE:

È quel meccanismo presente nelle cellule eucariotiche, attraverso la quale le diverse proteine che vengono prodotte nel citoplasma, vengono portate nei diversi compartimenti e organuli a cui sono destinate. Questo processo non si trova nelle cellule procariotiche, poiché queste hanno una struttura semplice e non presentano organuli. Questo meccanismo deve essere estremamente preciso, perché una cellula eucariotica non si può permettere che una proteina destinata per esempio ai mitocondri vada nel nucleo. Tramite vari studi è stato dimostrato che la localizzazione delle proteine nella cellula dipende da sequenze segnale, che troviamo sulle proteine stesse. Sono sequenze che possono variare da pochi amminoacidi o arrivare anche a 30/40 amminoacidi, che sono in grado di dire alla proteina dove deve localizzarsi all'interno della cellula. Di seguito è rappresentato il ruolo di queste sequenze segnale: Vediamo due proteine, una

blu del RER e una verde che deve rimanere nel citoplasma. L'esistenza di queste sequenze segnale è stata dimostrata con un esperimento: è stata presa la proteina destinata al RER e gli è stata tolta la regione terminale -> si è visto che togliendo questa parte blu, la proteina non andava più nel RER ma rimaneva nel citoplasma. Il problema potrebbe essere che togliendo quella parte si cambierebbe la struttura della proteina, ma questo dubbio è stato risolto con un altro esperimento: è stata presa la sequenza segnale rossa ed è stata aggiunta ad una proteina che normalmente si trova nel citoplasma -> la proteina, normalmente del citoplasma, va nel RER. Quindi in questo modo è stata dimostrata l'esistenza delle sequenze segnale. Per alcune proteine esistono sequenze segnale semplici, cioè sequenze di amminoacidi che si trovano di norma nella parte n terminale della proteina, ma esistono anche proteine

dove la sequenza segnale è rappresentata da più amminoacidi disposti in diverse regioni della proteina, ma che a livello della struttura tridimensionale questi frammenti sono disposti le une vicino alle altre:

Prendiamo in esame i diversi meccanismi di trasporto che sono presenti nella cellula eucariotica, iniziando dal meccanismo attraverso la quale una proteina prodotta nel citoplasma viene portata nel nucleo.

L'esistenza di una localizzazione nucleare è stata dimostrata con un esperimento, usando le cellule uovo, gli ovociti di xenopus (rana), che produce un numero molto elevato di uova di grosse dimensioni: è stata presa una proteina, la nucleoplasmina, che si presenta sotto forma di tetramero dove ogni monomero è formato da una testa (rossa in foto) e delle code (blu in foto).

La proteina è stata messa nel citoplasma, marcandola con una sostanza radioattiva, e si è visto che si localizzava tutta nel nucleo. Poi è stato fatto un

• Ulteriore esperimento per vedere se questa proteina avesse una sequenza di localizzazione e in quale regione della proteina (testa o coda): hanno preso la nucleoplasmina e hanno diviso la testa dalla coda; hanno preso solo le teste, le hanno iniettate nel citoplasma dell'oocita del xenopus e hanno visto che le teste si trovavano solo nel citoplasma, non entravano nel nucleo. Viceversa, prendendo le code, le iniettano nel citoplasma e vedono che entrano tutte nel nucleo -> nelle code deve esserci una sequenza che permette alla nucleoplasmina di entrare nel nucleo. Per dimostrare questo hanno hanno isolato le code e poi preso delle particelle di oro colloidale (materiale inorganico a trasmissione), attaccando queste code: hanno visto che le code non si trovavano nel citoplasma ma solo nel nucleo.
• Immagine ottenuta al microscopio elettronico, dove è indicato il nucleo, il citosol e in alto i mitocondri (si vedono le creste mitocondriali); i puntini neri sono le particelle.

d'oro (nere perché molto elettrodense), dove sono state unite le code della nucleoplasmina. Con questa immagine hanno visto come queste particelle fossero in grado di entrare nell'involucro nucleare attraverso i pori nucleari.

Le proteine che hanno una localizzazione nucleare, entrano all'interno del nucleo attraverso il poro nucleare, che è in grado di far passare le molecole in due modi: per diffusione, per le molecole di piccole dimensioni, oppure tramite un trasporto attivo, per le molecole di grandi dimensioni, dove queste molecole, per poter entrare, necessitano di una sequenza di localizzazione nucleare. Però per entrare non le basta la sequenza di localizzazione nucleare, necessita anche di un'altra proteina chiamata importina: quando la proteina deve entrare, si associa l'importina e permette alla proteina di passare il poro nucleare.

Esistono anche le esportine, che permettono il passaggio di molecole dal nucleo al citoplasma. Sia le

Le importine sono delle GTP proteins, cioè proteine la cui attività è regolata dalla guanosina trifosfato. L'importina si lega alla proteina che deve essere portata nel nucleo, ci entra con la proteina e una volta dentro interviene una RAN-GDP (proteina), che facilita il distacco dalla proteina che deve essere trasportata e il RAN-GDP si lega all'importina. Una volta che questo complesso si trova fuori, la guanosina trifosfato viene idrolizzata e questo facilita il distacco del RAN-GDP dall'importina, che ora è libera di legare un'altra molecola.

Invece il meccanismo di funzionamento delle esportine è differente: le esportine sono proteine in grado di trasportare alcune sostanze che sono presenti nel nucleo verso il citoplasma; nel nucleo è presente un'esportina, che è in grado di legare la proteina che deve essere portata fuori, ma per poter uscire l'esportina deve legarsi al RAN-GDP.

Quindi abbiamo il complesso RAN-GDP + esportina + proteina da esportare che vengono trasportati fuori e, una volta che si trovano nel citoplasma, la guanosina trifosfato viene idrolizzata a guanosina bifosfato: questo divide il complesso e ora l'esportina può rientrare. Questi meccanismi di trasporto sono attivi, usano energia che viene fornita dalla idrosilazione della guanosina; quindi la maggior parte dei trasporti attivi richiedono ATP, ma esistono anche casi in cui un trasporto attivo può ricavare energia dall'idrosilazione della guanosina. All'interno del nucleo vengono importate tutte quelle proteine necessarie per le funzioni nucleari: proteine coinvolte nel processo di trascrizione, replicazione, nel formare la struttura della cromatina, che regolano la trascrizione...; viceversa quello che esce sono RNA messaggero, subunità ribosomiali e RNA transfer. Una caratteristica di tutte le proteine che entrano nel nucleo, è che mantengono lasequenza di localizzazione nucleare; questo perché durante la divisione mitotica, per poter avvenire, l'involucro nucleare deve aprirsi e tutto ciò che si trova all'interno si diffonde nel citoplasma, una volta che è finita la mitosi e le cellule si sono divise si forma un nuovo involucro nucleare delle cellule figlie; a questo punto tutte le proteine disperse nel nucleo devono rientrarci e lo possono fare proprio perché mantengono questa sequenza di localizzazione nucleare. Un altro tipo di sorting è quello attraverso il quale le proteine dal citoplasma vengono portate nei mitocondri: i mitocondri hanno un genoma mitocondriale, che usano per sintetizzare solo alcune proteine mitocondriali. La maggior parte delle proteine che troviamo nei mitocondri vengono codificate dal genoma delle cellule eucariotiche, quindi vengono prodotte nel citoplasma e solo successivamente vengono portate nei mitocondri, grazie al fatto che a livello di queste proteine.è presente una sequenza di localizzazione mitocondriale. A livello dei mitocondri ci sono due membrane ed è un problema per le proteine che devono entrare: il problema è stato risolto grazie al fatto che a livello delle membrane mitocondriali ci sono due trasportatori, che prendono il nome di TIM, sulla membrana mitocondriale interna, e TOM, sulla membrana mitocondriale esterna. La proteina mitocondriale si lega a una proteina chiamata HSP 70, che porta la proteina che deve entrare nei mitocondri a livello del canale TOM: a questo punto TIM si allinea con TOM e si forma un canale che permette a queste proteine di entrare attraverso le due membrane; una volta che la proteina mitocondriale entra, la sequenza di localizzazione mitocondriale viene persa e le proteine rimangono solo a livello della matrice mitocondriale. Ma come si fa a portare una proteina nello spazio intermembrana (tra la membrana mitocondriale interna e quella esterna)? Ci sono due possibilità: la proteina,entrare nella matrice, sia sulle proteine che hanno la sequenza di arresto e permettono alla proteina mitocondriale di rimanere nella membrana. La HSP70 si lega alle proteine target e le aiuta a superare le membrane mitocondriali, facilitando il processo di traslocazione.

entrare.Il trasporto a livello dei perossisomi, come quello nei mitocondri e nel nucleo, non avviene tramite il trasportovescicolare. I perossisomi sono organuli delimitati da membrana, che contengono la catalasi (o perossidasi), che serveper ridurre il perossido di idrogeno e interviene anche nel metabolismo dei lipidi; essi vengono prodotti da una regionedel RER (alcune proteine dei perossisomi vengono prodotte da una cellula eucariotica nel citoplasma e in un secondomomento entra nei perossisomi grazie alla sua sequenza di localizzazione). Il peptide segnale che dice alla cellula ladestinazione di queste proteine destinate ai perossisomi è un tripeptide, costituito da serina, lisina e leucina, quindi è unasequenza formata da questi tre amminoacidi. Non essendoci un trasporto vescicolare, devono esistere dei trasportatoriche indirizzano la proteina dal luogo di sintesi alla destinazione: ciascuna subunità, chiamata apocatalasi, si associa con ilproprio gruppo

Nel tetramero del citoplasma, ogni subunità presenta il peptide segnale SKL ed è sufficiente che una delle quattro subunità venga riconosciuta da un re