Struttura e funzioni della cellula

FUNZIONE:

La natura idrofobica della membrana citoplasmatica le consente di funzionare come una fitta barriera

- possano passare per diffusione

- richiedono un sistema di trasporto specifico.

- Il trasporto dell'acqua può essere accelerato da t trasportatori =ACQUAPORINE

Le proteine di trasporto permettono l'accumulo di soluti a ll'interno della cellula contro un gradiente di

concentrazione.

Una particolarità del meccanismo di trasporto mediato è la sua natura specifica -> reagiscono

con una singola molecola, mentre altri mostrano affinità per un'intera classe di molecole.

Esistono almeno tre classi di sistemi di trasporto di membrana:

1. Il trasporto attivo secondario,

2. Il sistema ABC e

3. La traslocazione di gruppo.

TRASPORTO ATTIVO - implicano dei cambiamenti conformazionali-

i trasportatori del trasporto attivo formano 12 alfa eliche che procedono avanti e indietro per formare un

canale attraverso il quale le sostanze trasportate sono portate all'interno della cellula.

→ UNIPORTER trasportano una sostanza unidirezionalmente da un lato all'altro della membrana;

→ SYMPORTER trasportano attraverso la membrana nella stessa direzione una sostanza

insieme ad un'altra,

→ ANTI PORTER trasporta una sostanza in una direzione e un'altra nella direzione opposta.

TRASLOCAZIONE DI GRUPPO

è un processo di trasporto nel corso del quale una sostanza viene modificata.

I composti vengono fosforilati durante grazie al sistema delle FONSFOTRANSFERASI.

Esso è costituito da cinque proteine:

1. ENZIMA I,

2. ENZIMA IIA,

3. ENZIMA IIB

4. ENZIMA IIC

5. HPR.

Il trasferimento sequenziale del fosfato avviene a partire dal fosfoenolpiruvato attraverso le proteine, fino

all'Enzima IIc -> fosforila lo zucchero.

- Le proteine HPr e l'Enz I sono non specifi che e sono coinvolte nel trasporto di tutti gli zuccheri.

- I componenti di Enz II sono specifici per uno zucchero in particolare.

I batteri Gram negativi possiedono uno spazio tra membrana citoplasmatica e la membrana esterna

detto PERIPLASMA.

contiene proteine, molte delle quali hanno una funzione di trasporto, chiamate PROTEINE DI

LEGAME PERIPLASMATICHE.

I sistemi di trasporto hanno tre componenti:

- PROTEINE DI LEGAME PERIPLASMATICHE,

- PROTEINE INTEGRALI DI MEMBRANA

- PROTEINE PER L'IDROLISI DELL'ATP.

Sono chiamati sistemi di trasporto ABC = ATP-binding cassette.

Una delle caratteristiche dei sistemi di trasporto ABC = l'elevata affinità che le proteine di

legame

periplasmatiche mostrano per il substrato.

Il substrato, una volta sequestrato dalla proteina di legame, forma un complesso che interagisce con la

proteina integrale di membrana e il trasporto avviene grazie all'energia prodotta dall'idrolisi dell'ATP.

NOTA: ANCHE SE I GRAM POSTIVI NON HANNO PERIPLASMA USUFRUISCONO DI QUESTO TRASPORTO ;

SOLO CHE LE PROTEINE DI LEGAME SONO ANCORAT AL CITOPLASMA.

Nei procarioti l’esportazione delle proteine avviene attraverso l'attività di proteine chiamate translocasi,

tra le quali particolarmente importante il sistema Sec.

- Nei batteri, l'esportazione delle proteine è un processo molto importante, in quanto funzionano

all'esterno della cellula, ossia sono esoenzimi.

Molte proteine svolgono la loro funzione:

1. Nella membrana cellulare,

2. Nello spazio periplasmatico dei batteri gram -negativi

3. Al di fuori della cellula.

Queste proteine devono raggiungere la membrana citoplasmatica o addirittura attraversarla.

Devono essere trasportate nella membrana o attraversarla, sono sintetizzate con una sequenza

addizionale di circa 15-20 amminoacidi = sequenza segnale. -> "segnala" al sistema di secrezione

della cellula che quella parti colare proteina deve essere esportata.

Il ruolo principale nella selezione delle proteine che devono essere secrete viene svolto dalle particelle

per il riconoscimento del segnale.

- Nei batteri esse contengono una sola proteina e una piccola molecola di RNA.

La SRP riconosce la proteina dotata di sequenza segnale e la rilascia in un particolare complesso proteico

di membrana.

Durante questo processo, la sequenza segnale viene rimossa da una particolare proteasi = rappresenta

una modificazione post-tradizionale.

Vi sono numerose proteine che possono essere trasportate al di fuori della cellula portando già legati

(si inseriscono nelle proteine soltanto quando queste sono ripiegate nella loro forma

piccoli cofattori

finale)

Dal momento che l'inserimento dei cofattori avviene nel citoplasma, ci sono proteine che sono trasportate

già ripiegate nel modo corretto tramite un sistema di trasporto -> Tat "twin arginine traslocase" =

proteina trasportata è dotata di una breve sequenza segnale contenente una coppia di residui di arginina.

La concentrazione dei soluti all'interno della cellula sviluppa una notevole pressione.

Per sopportare i batteri sono provvisti di parete cellulare= conferisce alla cellula forma e rigidità.

I batteri possono essere divisi in due gruppi principali, detti Gram positivi e Gram negativi.

LE DIFFERENZE:

La parete cellulare Gram negativi è una struttura multi-stratificata e complessa

 La parete cellulare Gram positivi è singolo tipo di molecola ed è molto più spessa.



COMUNE

Nelle pareti cellulari dei batteri vi è uno strato rigido che è il principale responsabile della

resistenza della parete.

UNA COMPOSIZIONE CHIMICA

Esso è chiamato peptidoglicano e ogni suo strato è una sottile lamina costituita da due derivati

polisaccaridici:

1. l'N-aceti lglucosamina

2. l'acido N-aceti lmuramico,

3. da un piccolo gruppo di aminoacidi rappresentato dalla L-alanina, D-alanina, acido D-

glutamico e lisina, o acido diaminopimelico.

SONO ASSEMBLATI IN MODO DA FORMARE UN'UNITÀ DI RIPETIZIONE = il glicantetrapeptide .

La robustezza si ottiene quando queste catene vengono interlacciate tra loro da amminoacidi

mediante legami crociati.

1. Gram negativi i legami sono rappresentati da: un legame peptidico diretto tra il

gruppo amminico dell'acidodiaminopimelico e il gruppo carbossilico della D-alanina

terminale.

2. Gram positivi i legami crociati sono costituiti generalmente da un ponte peptidico, e il tipo il

numero di legami crociati variano in modo caratteristi co da un organismo un altro.

→ Nei batteri Gram positivi il peptidoglicano RAPPRESENTA PIÙ DEL 90% DELLA PARETE

CELLULARE;

→ Nei batteri Gram negativi il 10% circa, la parte restante è costituita invece dalla MEMBRANA

ESTERNA.

peptidoglicano è presente solo nei batteri:

Il NON PRESENTI l'acido N-acetilmuramico e l'acido diaminopimelico nella parete cellulare degli

 Archea e degli eucarioti .

Un aspetto inusuale del peptidoglicano = la presenza di due amminoacidi in conformazione D = la D-

alanina + l'acido D-glutamico.

CONFORMAZIONE COMUNE IN TUTTE LE MOLECOLE:

1. glucosamina + acido muramico = formano lo scheletro,

2. le molecole di acido muramico sono legate mediante ponti peptidici tra gli aminoacidi.

Molti batteri Gram positivi possiedono all'interno della parete cellulare dei polisaccaridi acidi teicoici

-> polimeri della parete, della membrana e della capsula.

A causa della loro carica negativa,sono RESPONSABILI DELLA CARICA NEGATIVA SULLA SUPERFICIE =

possono contribuire il passaggio di ioni attraverso la parete cellulare.

NOTA: alcuni acidi teicoici, contenenti glicerolo, legati ai lipidi della membrana e vengono

detti acidi lipoteicoici.

DIstruzione del PEPTIDOGLICANO:

diversi agenti chimici.

 l'enzima lisozima, una proteina che rompe i legami beta-1,4 tra l'N- aceti

 glucosamina e l'acido N-aceti lmuramico

PORTA ALLA LISI= FA SCOPPIARE FACENDO ENTRARE ACQUA

ecc: Se a una sospensione cellulare viene aggiunta una concentrazione adeguata di un soluto,

 la pressione osmotica del soluto all'esterno delle cellule bilancia quella interna =

condizioni isotoniche. In queste condizioni il lisozima può digerire il peptidoglicano ma

l'acqua non entra nella cellula e la lisi non può avvenire, mentre si forma un

protoplasto.

CHE VIVONO SENZA

ESISTONO MICRORGANISMI la parete cellulare= micoplasmi

Peptidoglicano ARCHAEA

Possiedono pseudopeptidoglicano.

1. La sua struttura è formata da unità ripetute di N-acetilglucosamina e acido N-aceti

ltalosaminuronico -> sostituisce l'acido N-aceti lmuramico.

2. Si differenzia per il legame glicosidico: il legame beta-1,3 è presente al posto del legame beta-

1,4 del vero peptidoglicano.

Il più comune tipo di parete tra gli achea è lo strato paracristallino o S-layer, costituito da proteine o

glicoproteine, a simmetria esagonale.

Tutti gli Archea hanno una sorta di parete cellulare, che previene la lisi osmotica e definisce la

forma cellulare.

NEI GRAM NEGATIVI ESISTE LA MEMBRANA esterna

Costituito da:

fosfolipidi

 proteine

 polisaccaridi.



I lipidi e polisaccaridi sono strettamente legati tra loro a formare un complesso

lipopolisaccaridico.

A causa della presenza di questo complesso la membrana è chiamata strato

lipopolisaccaridico o semplicemente LPS.

Consiste di due frazioni:

polisaccaride interno, o core,

 polisaccaride esterno o polisaccaride O.



LPS si associa a proteine per formare la metà esterna della membrana.

Sul lato interno della membrana esterna di molti batteri Gram negativi è presente un complesso

lipoproteico = svolge funzioni di ancoraggio tra la membrana esterna e il peptidoglicano.

Sul lato interno della membrana esterna sono presenti principalmente fosfolipidi

 Sul lato esterno essi vengono sostituiti dall'LPS.



La membrana esterna è parzialmente permeabile -> Ciò avviene grazie a piccole proteine = porine ->

svolgono la funzione di canali permettendo l'entrata e l'uscita di sostanze idrofiliche, a basso peso

che

molecolare.

specifiche: contengono uno specifico sito di legame

 aspecifiche: formano canali acquosi, attraverso i quali possono transitare piccole molecole di

 ogni

Una delle funzioni principali della membrana esterna si ritiene sia quella di impedire che alcuni

enzimi, localizzati all'esterno della membrana, diffondano al di

fuori della cellula = sono localizzati in una regione chiamata periplasma.

PERIPLASMA

situato tra la superficie esterna della membrana citoplasmatica e la superficie interna

 della membrana esterna

una consistenza gelatinosa.

 può contenere parecchie proteine, tra cui enzimi idrolitici, che hanno la funzione di avviare

 la degradazione delle molecole nutritive, proteine di legame, che innescano i processi di

trasporto dei substrati