Sesta parte appunti biologia

APPARATO DI GOLGI

L’apparato di Golgi è un organulo che fa parte del sistema endomembranoso, quindi

anch'esso è costituito da membrane che delimitano dei compartimenti, con una morfologia

ben definita. È stato scoperto intorno alla fine del 1800 dall'istologo italiano Camillo Golgi,

che usava le colorazioni istologiche per studiare le cellule nervose. Golgi aveva utilizzato

una particolare colorazione a base di acido osmico e nitrato d'argento che evidenziava il

reticolo, situato intorno al nucleo e gli diede il nome di apparato reticolare interno. Nel 1906

ricevette il Nobel per la medicina, per avere messo in evidenza questo particolare apparato

nelle cellule nervose. Molti ricercatori erano dubbiosi sull'esistenza reale di questo organulo

tanto che la conferma della sua esistenza si realizzò solo con l'invenzione del microscopio

elettronico e con la Freeze Fracture.

Morfologia

La sua struttura consiste di una serie di cisterne di forma

discoidale, molto più piccole di quelle dell'apparato del RER e che

presentano una superficie concava dai bordi bombati. Queste

cisterne appiattite sono impilate una sull'altra molto vicine tra loro,

ma sono fisicamente separate (al contrario di quelle del RER che

sono comunicanti) e le pile vengono anche chiamate dittiosomi.

A lato delle pile vi sono alcune vescicole e si ritiene che vi siano

anche delle proteine, chiamate golgine, a formare una matrice

proteica che tiene legate insieme le cisterne e le ancora al

citoscheletro.

Il numero di cisterne nelle pile è variabile, in base al tipo di cellula

(da 3 a circa 20), così come il numero di pile nelle cellule, a seconda delle funzioni.

Si ipotizza che i vari dittiosomi siano comunicanti tra loro, connessi da compartimenti

tubolari. Le pile sono localizzate abbastanza centralmente, vicino al nucleo, ovvero in una

zona perinucleare e spesso nelle cellule eucariotiche animali si trovano vicino ad un

organulo, in cui sono contenuti i centrioli, il centrosoma.

Il Golgi presenta polarità strutturale, infatti ogni pila

dell'apparato ha due lati ben distinti:

● uno definito cis (o di formazione), che è disposto

verso il RER, dal quale riceve vescicole che

trasportano proteine e lipidi. Da questo lato c'è

un compartimento abbastanza irregolare, che è

costituito da una rete di tubuli e vescicole,

denominata rete del CIS Golgi o CGN (CIS

Golgi Network). La sua presenza dimostra la

dinamicità del Golgi poiché le vescicole che

arrivano si fondono con questa zona

● esistono poi delle cisterne più regolari, denominate cisterne mediali

● infine l’altro lato della pila è definito trans (o di maturazione), rivolto verso la

membrana plasmatica. Da questo lato gemmano continuamente vescicole che

portano i lipidi e le proteine a specifiche destinazioni e anche in questo lato è

presente una rete, detta rete del trans Golgi o TGN (Trans Golgi Network)

Funzioni

A livello del Golgi avvengono le modificazioni post

traduzionali delle proteine provenienti dal RER,

dopodiché queste vengono impacchettate

nuovamente in vescicole e smistate verso diverse

destinazioni: ai lisosomi, fuori dalla cellula (destino

secretorio) o alla membrana plasmatica.

Le zone del RER dove si originano le vescicole di

transizione o di trasporto sono chiamate ERES

(Endoplasmic Reticulum Exit Site), dette anche VTC (Vescicular Tubular Cluster).

Il complesso delle vescicole di transizione o di trasporto che si spostano dal reticolo al Golgi

è un compartimento intermedio e viene chiamato ERGIC (Endoplasmic Reticulum Golgi

Intermediate Compartment). Una volta che questi materiali sono stati rilasciati a livello del

Cis Golgi Network compiono un viaggio verso il lato trans.

Non è ancora ben chiaro come le proteine si spostino all’interno dell’apparato di Golgi, ma

sono stati svolti degli esperimenti utilizzando delle proteine marcate ed è stato visto che,

fornendo degli amminoacidi radioattivi a cellule in coltura con un’elevata attività secretoria, le

proteine radioattive che si formano dopo incubazione passano dal RER al cis Golgi, per poi

proseguire ai compartimenti mediali ed infine arrivare al lato trans; l’esperimento quindi

evidenzia il movimento dei materiali attraverso le cisterne del Golgi, con quella determinata

direzionalità, anche se il modo in cui vengono trasferiti da una cisterna all'altra non è

totalmente spiegato.

Il Golgi è quindi una stazione di transito e di modificazione post traduzionale delle proteine.

Al suo interno avvengono:

· modificazione del core oligosaccaridico legato ad asparagina, con l'aggiunta di

zuccheri, che porta alla formazione di oligosaccaridi complessi, che consentono

alle proteine di essere riconosciute come proteine secretorie o di membrana

· fosforilazione del mannosio: le proteine indirizzate ai lisosomi, chiamate idrolasi

lisosomiali, subiscono una fosforilazione a livello dei mannosi terminali del

oligosaccaride, oltre a possibili aggiunte di gruppi solfati

· formazione di proteoglicani della matrice extracellulare: vengono aggiunti dei

GAG, cioè zuccheri molto lunghi, a catene polipeptidiche, tramite un

glicosilazione tipica del Golgi, detta O-glicosilazione

· sintesi di glicolipidi e sfingomieline

I compartimenti sono distinti dal punto di vista biochimico e funzionale poiché ogni tipologia

di cisterna possiede un set di enzimi attivi particolare per specifiche fasi di maturazione delle

proteine, la quale avviene quindi per gradi e in modo molto ordinato. Le varie cisterne hanno

funzioni diverse:

a livello del RER avviene l’N-glicosilazione

o a livello del CGN inizia la modificazione del oligosaccaride legato ad N, per le

o proteine secretorie e si verifica la fosforilazione delle proteine lisosomiali

nelle cisterne mediane si verifica la rimozione del mannosio e l’aggiunta di

o zuccheri alle proteine secretorie come il galattosio e l’acido sialico

nel trans Golgi avviene l'aggiunta del solfato ad alcune proteine

o

Un altro compito peculiare del Golgi è l’O-glicosilazione in cui gli

zuccheri vengono aggiunti anziché all’asparagina (come nel caso del

RER) ad aminoacidi come la serina o la treonina, che hanno un

gruppo ossidrile nella catena laterale (nel gruppo R). Da questa

particolare glicosilazione si formano proteine O-linked (legate ad O).

Esempio: formazione delle proteine secretorie

(non è importante ricordare le tappe specifiche del processo ma sapere solo

che avvengono aggiunte di alcuni zuccheri!)

1. Nel reticolo endoplasmatico ruvido l'oligosaccaride viene

inizialmente montato aggiungendo zuccheri verso il

citosol, si verifica poi il flipping e continua l’aggiunta di

zuccheri all'interno del lume del reticolo. Una volta

completata avviene il trasferimento in blocco dell’oligosaccaride di 14 zuccheri ad

asparagina. In seguito all’oligosaccaride vengono tolti 3 glucosi e un mannosio

2. se la proteina è correttamente ripiegata prosegue verso il Golgi, dapprima nel cis

Golgi, dove vengono rimossi i mannosi, in 2 step grazie a enzimi specifici, ovvero

le mannosidasi e viene aggiunta n-acetilglucosammina

3. la proteina passa nel Golgi intermedio, dove viene aggiunto fucosio

4. arrivata al trans le viene aggiunto acido sialico

Queste modificazioni hanno il senso di creare una sorta di etichetta per la proteina, in modo

che venga riconosciuta dalla cellula e indirizzata a vescicole dirette verso la membrana

plasmatica.

Il modo in cui le proteine percorrono il Golgi è un argomento estremamente dibattuto e non è

ancora stabilito precisamente ma esiste un modello, definito trasporto vescicolare:

sostiene che le cisterne del Golgi siano stazionarie e quindi il traffico di proteine da una

cisterna all'altra sia realizzato da vescicole, definite spola, che gemmano da una cisterna e

si fondono con la cisterna successiva, rilasciando le proteine nel compartimento mediale,

dove avvengono le modificazioni. Questo modello è sostenuto dal fatto che a lato delle pile

del Golgi sono presenti vescicole, ma viene contraddetto per il fatto che alcune componenti

che attraversano il Golgi (come i proteoglicani) sono troppo grandi per essere racchiuse in

vescicole dal piccolo diametro.

Questi materiali sono stati marcati e non sono mai stati visti all'interno delle vescicole, quindi

alcuni ricercatori, autori del modello di maturazione delle cisterne, ritengono che queste

siano compartimenti transitori, cioè che si trasformino gradualmente da cisterne del cis

Golgi, a cisterne mediali e poi a cisterne del trans Golgi. Una volta trasformate in cisterne del

trans Golgi si separano in vescicole, contenenti le proteine dirette verso specifiche

destinazioni. Questo modello ammette la presenza di vescicole ma sostiene che esse

compiano un movimento retrogrado da trans verso le cisterne mediali e verso il lato cis,

trasportando gli enzimi specifici delle determinate

cisterne precedenti.

Un ulteriore modello, detto combinato, ammette

entrambi i movimenti anterogradi e retrogradi delle

vescicole. Esiste infine un altro modello, chiamato

Kiss and go, che ritiene sia possibile un contatto

transitorio, con una fusione, tra le diverse cisterne

contigue del Golgi: ovvero che le cisterne possano

essere in contatto temporaneo formando tubuli di

comunicazione tra una cisterna e l'altra. Un altro

modello ritiene che ci sia un arricchimento di zattere lipidiche a livello delle cisterne, da cis

verso trans e che queste siano importanti per trattenere il set enzimatico tipico di quella

cisterna.

L’ipotesi più accreditata rimane quella della maturazione ma è sicuro il fatto che il trans Golgi

network effettua un sorting delle proteine, cioè uno smistamento specifico, che crea un

traffico vescicolare altamente organizzato. Le proteine lisosomiali vengono inviate agli

endosomi tardivi da cui poi si genera il lisosoma. Gli endosomi tardivi derivano da altri

compartimenti tubulo vescicolari, che prendono il nome di endosomi precoci, più spostati

verso la membrana plasmatica.

Quando una vescicola gemma da un organulo donatore (solitamente il reticolo

endoplasmatico) e si fonde con un organulo accettore, la specificità del suo scalo di

destinazione dipende dal corredo proteico presente a livello della sua membrana, in

particolare dalle proteine chiamate SNARE e Rab GTPasi. Infatti, la vescicola che gemma è

dotata di proteine transmembrana con un dominio citosolico che sporge, chiamate v-SNARE

e queste hanno il ruolo di identificare l'origine

della vescicola e il suo contenuto.

L’organulo bersaglio è caratterizzato da proteine

transmembrana definite t-SNARE (target), che

sono complementari e hanno un'elevata affinit&agr