Biologia - Unità 5

AUTOFAGIA

Sono coinvolti anche in un processo di digestione del materiale interno della cellula.

È un processo che viene svolto continuamente delle cellule, serve ad eliminare organuli

danneggiati, a generare turnover delle macromolecole presenti nel citoplasma.

È siologico. Si può attivare anche nel digiuno prolungato.

Può eliminare batteri e virus sfuggiti dalla degradazione lisosomiale

Contribuisce allo sviluppo embrionale e alla differenziazione cellulare.

Contribuisce ad eliminare proteine e organelli danneggiati, spesso per stress ossidativo.

Quando una proteina è troppo danneggiata, può essere eliminata con questo metodo.

Il malfunzionamento del processo autofagico può essere correlato con patologie gravi, Parkinson,

Diabete di tipo 2.

Esistono tre tipi de niti di autofagia:

•Macro-autofagia

•Micro-autofagia

•Autofagia mediata da chaperoni (CMA)

Sono complessi, prevedono intervento di numerosi complessi proteici.

MACROAUTOFAGIA mediante fusione di vescicole che si pongono tra di loro a formare una

struttura mezzaluna, è la prima fase dell’attivazione.

Vengono inglobati organuli, materiale citoplasmatico. Progressivamente vengono racchiusi dalla

doppia membrana che deriva dalla prima formazione. Questa struttura si chiama

AUTOFAGOSOMA.

L’autofagosoma si fonde con il lisosoma e porta alla degradazione nale di ciò che è stato

introdotto nel fagosoma stesso.

MICROAUTOFAGIA

Il lisosoma forma invaginazioni che portano all’interno del lisosoma stesso vescicole che verranno

degradate e all’interno c’è quello che casualmente è entrato. Non è un meccanismo speci co, ma

permette turn over del materiale localizzato dentro la cellula.

Mediante la microautofagia, le proteine citosoliche vengono continuamente degradate.

AUTOFAGIA MEDIATA DA CHAPERONI

Si formano complessi tra chaperoni HSP70 che si legano alle proteine traslocati nel lisosoma

mediante proteina associata alla membrana lisosomiale, LAMP 2A, deputata al trasferimento dello

chaperone e proteina ad essa legata dal citosol all’interno del lisosoma stesso. 38

fi fi fi fi

Le proteine possono essere ulteriormente sottoposte a un processo di degradazione.

MITOFAGIA meccanismo mediante il quale per AUTOFAGIA viene digerito il mitocondrio.

RIBOFAGIA se vengono digeriti ribosomi.

PESSOFAGIA se vengono digeriti perossisomi

I mitocondri sono organuli che presentano grande dinamicità nella cellula, poiché hanno ruolo

importante nel metabolismo nale sono anche molto soggetti alla liberazione di ROS.

Può essere che tutti questi fenomeni li danneggino.

Quando il mitocondrio è dannegggiato, perde potenziale di H+, gradiente protonico generato

durante la catena di trasporto degli elettroni.

Il gradiente protonico in parte serve anche ai meccanismi di trasporto di molecole e proteine.

Le proteine funzionano se è presente gradiente protonico.

Assenza di gradiente protonico=malfunzionamento del mitocondrio

Se abbiamo mitocondrio danneggiato, il gradiente ellettrochimico di H+ alterato non sostiene

l’ingresso di proteine all’interno dell’organulo.

Vi è proteina chiave nel regolare degradazione del mitocondrio=PINK, ha sequenza di

localizzazione mitocondriale.

Se il mitocondrio funziona correttamente, PINK non ha funzione particolare.

Se non funziona, l’assenza del gradiente protonico rappresenta dif coltà di importazione delle

proteine da citoplasma al mitocondrio. PINK non entra.

Recluta e attiva una Parkina, proteina appartenente a classe di enzimi che determinano

trasferimento di ubiquitina su substrati.

Il mitocondrio risulta essere costellato di ubiquitina lungo la membrana.

Verrà riconosciuto da recettore che riconosce proteine ubiquitinate a livello mitocondriale e che

indirizza questa struttura a livello della membrana dell’autofagosoma.

I mitocondri verranno racchiusi nell’autofagosoma, il quale si fonde con lisosoma e le proteine

verranno degradate.

Se il sistema non funziona, i mitocondri danneggiati non vengono eliminati.

L’accumulo di mitocondri danneggiati induce fenomeni di stress ossidato.

Porta alla degenerazione delle cellule: le mutazioni di PINK e Parkina sono connesse a

forme di Parkinson.

Parkinson coinvolge zona del cervello, dove sono presenti neuroni che producono dopamina.

CITOSCHELETRO

Costituito da rete di proteine che occupa interamente le nostre cellule.

Costituito da microtubuli, micro lamenti, lamenti intermedi.

Garantiscono alla cellula la forma, la resistenza a pressioni meccaniche, possibilità di trasporto di

vescicole al suo interno, la motilità.

Ciascuno ha funzioni peculiari.

Il citoplasma è interamente percorso da queste strutture.

È presente anche nelle cellule vegetali.

MICROTUBULI, costituti da proteina, tubulina. Distinta in due forme: alfa e beta tubulina, simili dal

punto di vista aminoacidico, struttura globulare, rappresentate come sfere.

Formano dei dimeri che polimerizzano strutture che sono i microtubuli.

Presentano diametro esterno di 25nm, sono cave.

MICROFILAMENTI diametro più piccolo 7nm, costituiti da proteina globulare actina.

FILAMENTI INTERMEDI diametro intermedio tra 8 e 12nm, costituiti da varie tipologie di proteine

brose, importanti per conferire resistenza alle cellule, quindi ai tessuti

MICROTUBULI costituiti da assemblaggio di dimeri di tubulina, costituiscono proto lamenti.

È una polimerazzione testa coda. Generalmente 13 proto lamenti delimitano lume e

costituiscono il cilindro, che è il microtubulo.

Dentro è cavo, infatti c’è uno spazio “lume del microtubulo”.

In rosso è rappresentata molecola di GTP, entrambe legano GTP e la tubulina beta può idrolizzarlo

a GTP+fosfato. 39

fi fi fi fi fi fi fi

Quando si formano i dimeri, GTP della tubulina alfa non viene idrolizzato, forse perchè è in una

conformazione dove la catalasi della reazione non succede.

Possono trovarsi in strutture singole o in doppietti.

I microtubuli sono strutture dinamiche. Quando è legato al GTP, il microtubulo risulta essere più

fragile e tende a sfaldarsi.

La dinamicità può essere studiata in vitro, fenomeno del TREADMILLING

Concentrazione critica: concentrazione di dimeri di tubulina al di sopra della quale avviene la

polimerizzazione e al di sotto della quale avviene la depolimerizzazione

In vitro possiamo mettere tubulina; se è tanta i dimeri polimerizzano per formare microtubulo.

Questa formazione dipende da quanto è concentrata la tubulina legante GTP.

L’estremità dei microtubuli non sono equivalenti nella capacità di polimerizzazione, perchè

un’estremità risulta essere - e a questo livello avviene depolimerizzazione.

Si assiste al fenomeno del treadmilling: all’estremità + il microtubulo si allunga, all’estremità -

si accorcia. Si osserva lo scorrimento delle tubuline. In giallo evidenziati dimeri di tubulina

appena aggiunti.

Il microtubulo mantiene la sua lunghezza, ma i dimeri sono sempre nuovi.

Questo fenomeno in vivo non avviene o molto poco, perchè la concentrazione di dimeri di tubulina

non è mai cosi elevata nel citoplasma da permettere nucleazione e progressivamente la

formazione di microtubulo per aggiunta di dimeri.

Nel citoplasma si forma una struttura centro organizzatore dei microtubuli” (MTOC), situato in

prossimità del nucleo.

Il MTOC è detto anche CENTROSOMA.

È ricco di proteine. Ci sono strutture composte da centrioli, sono presenti nelle cellule animali.

Serve una proteina, gamma tubulina, che forma un anello a livello del centrosoma dai quali

iniziano a crescere microtubuli progressivamente dal centro della cellula verso le membrane.

La gamma tubulina è simile alle altre, ma forma un anello che permette aggregazione iniziale dei

dimeri di tubulina e progressivamente vengono aggiunti i dimeri di tubulina.

La struttura di anello di gamma tubulina è chiamato gamma-TuRC

Due gamma tubuline sono legate da proteine accessorie tenute insieme.

7 gammaTuSC si associano tra di loro a formare una struttura a spirale a rondella.

In una parte è sovrapposta: le tubuline esposte a livello delle quali può iniziare polimerizzazione

del microtubulo sono 13, che sono i proto lamenti classici.

A livello delle gamma tubuline, si posizionano i dimeri di tubulina che accrescono il microtubulo a

spirale in modo tale che accresca progressivamente allontanandosi dal MTOC.

È l’estremità + quella che progressivamente si accresce.

Gli MTOC non si trovano sempre in prossimità del nucleo. Non è sempre vera questa situazione.

Situazioni alternative:

-Neurone, il suo corpo è dove trovo MTOC, da qui si dipartiranno microtubuli che percorreranno

prolungamenti del neurone stesso, verranno trasportate le vescicole che dovranno raggiungere

estremità dell’assone.

I microtubuli nell’assone coinvolti nel trasporto delle vescicole sinaptiche sono molto stabili,

associati a proteine che li proteggono dalla depolimerizzazione. Un assone non può perdere la sua

funzione.

-Una cellula dotata di ciglia nell’apparato respiratorio, ogni ciglia è costituita da microtubuli con

realizzazione particolare. È determinata da MTOC, corpi basali, alla base di queste strutture.

-Nel globulo rosso si trovano fasci di microtubuli che sono disposti in maniera concentrica,

contribuiscono a caratterizzare la struttura.

Nella cellula in divisione sono presenti due MTOC, perchè prima della fase M i centrosomi si sono

duplicati in modo tale che da ognuno di essi durante la divisione cellulare possano partire e

generarsi microtubuli responsabili della separazione dei cromosomi. 40

fi

DINAMICITÀ ED INSTABILITÀ DEI MICROTUBULI

Si pone attenzione sul legame con GDP o GTP.

Quando beta tubulina è legata a GTP è rappresentata rossa.

L’idrolisi del GTP è un processo spontaneo.

Progressivamente mentre il microtubulo si forma, ci saranno tubuline che legano GDP.

Se la concentrazione critica gamma tubulina è tale da favorire polimerizzazione, avviene la

polimerizzazione e il microtubulo continua a crescere e anche se, progressivamente verranno

idrolizzati GTP, quindi le palline rosse diventeranno verdi, ci sarà sempre un cappuccio di GDP,

una porzione con tubuline leganti GDP.

Ma se la concentrazione di tubulina legante GTP diminuisce, progressivamente assisterò a una

situazione senza che nuova tubulina GTP sia stata aggiunta.

Quindi mi trovo con due estremità leganti GTP, si ha fenomeno “CATASTROFE DEL

MICROTUBULO”= depolimerizzazione massiva e rapida del microtubulo stesso.

È il fenomeno dell’instabilità dinamica del microtubulo.

Esistono prot