4. Citoplasma

Funzioni:

avviene la sintesi delle proteine e inizia il processo di maturazione

o delle proteine. Le proteine sono sintetizzate in due luoghi distinti

all’interno della cellula:

sui ribosomi attaccati alla superficie delle membrane del

 RER, e sono:

le proteine secrete dalle cellule;

 le proteine integrali di membrana;

 le proteine solubili che risiedono all’interno di

 compartimenti (RE, Golgi, lisosomi, endosomi).

sui ribosomi liberi, e sono:

 proteine destinate a rimanere nel citosol;

 proteine periferiche della superficie interna della

 membrana plasmatica;

proteine trasportate al nucleo;

 proteine dei perossisomi, cloroplasti e mitocondri.



Per entrare nel sistema di endomembrane le proteine hanno due vie di

smistamento:

2

CITOLOGIA E ISTOLOGIA 12-16 ottobre

importazione co-traduzionale (RER);

 importazione post-traduzionale (avviene nel citoplasma).



Il primo segmento N-terminale contiene una sequenza segnale per il

RER. Le sequenze sono variabili ma tutte formate da 15-30 aa e 3

domini: una regione carica +, una idrofobica ed una polare vicino alla

peptidasi. La sola sequenza segnale non permette il contatto con il

RER. L’adesione è mediata da una particella di riconoscimento del

segnale (SRP) che contiene 6 diversi polipeptidi complessati ad un

RNA di 300 nucleotidi. I polipeptidi rilasciati nel lume assumono la

struttura secondaria, terziaria e quaternaria grazie ad uno chaperone

molecolare Bip (si lega alle regioni idrofobiche). Quasi tutte le proteine

diventano glicoproteine. La glicosilazione è importante per il corretto

ripiegamento della proteina e perché forma siti di legame per altre

macromolecole. La struttura proteica viene stabilizzata da ponti

disolfuro. Glicosilazione uno stesso tipo di oligosaccaride viene



aggiunto ad un trasportatore lipidico incorporato nella membrana. Il

core modificato e tagliato e le proteine del RER assicurano il corretto

ripiegamento controllo di qualità.



nel lume del RER le proteine neosintetizzate acquisiscono la forma

o definitiva e subiscono delle modificazioni post-traduzionali;

è un sito di controllo di qualità: quando la proteina viene sintetizza

o viene controllata da un enzima di monitoraggio che controlla il

corretto ripiegamento. Se ripiegata correttamente la proteina viene

rilasciata e raggiunge la stazione successiva, il Golgi; se non viene

sintetizzata correttamente, viene eliminata nel citoplasma dal

proteasoma (macchina degradatrice);

partecipa al processo della secrezione cellulare con l’apparato del

o Golgi.

Meccanismo delle proteine integrali di membrana simile a quello delle



proteine solubili ma il polipeptide completo rimane ancorato alla membrana.

Due meccanismi:

la sequenza di stop ancora il polipeptide alla membrana;

o la sequenza interna ha 2 funzioni:

o sequenza segnale

 sequenza di inizio trasferimento che ancora la regione idrofobica

 al doppio strato.

Biosintesi delle membrane le membrane non si originano ex-novo. Le



proteine e i lipidi neosintetizzati sono inseriti nelle membrane del RE, già

esistente, in un orientamento prevedibile, determinato dalla sequenza

amminoacidica. L’orientamento è mantenuto durante il viaggio nel sistema

di endomembrane. La modificazione della composizione lipidica ha tre

meccanismi:

negli organelli membranosi ci sono enzimi che possono modificare i

o lipidi già presenti nella membrana;

3

CITOLOGIA E ISTOLOGIA 12-16 ottobre

quando le vescicole gemmano da un compartimento all’altro alcuni

o fosfolipidi possono essere compresi altri no;

la presenza di proteine in grado di scambiare fosfolipidi trasportandoli

o attraverso il citosol.

Dal RER si formano le prime vescicole di trasporto della via biosintetica

(ERGIC endoplasmatic reticulum Golgi Intermediate Compartment) verso il

complesso del Golgi.

COMPLESSO DEL GOLGI

Il complesso del Golgi è costituito da una serie di cisterne membranose appiattite

ed incurvate, delimitate da una sola membrana, con i margini dilatati,

ordinatamente impilate le une sulle altre. Una pila di cisterne ne contiene in

media cinque o sei, una cellula anche migliaia di pile. All’apparato di Golgi è

associato uno sciame di vescicole più piccole e grandi vacuoli.

Diviso in 3 compartimenti diversi per funzionalità:

1. Faccia Cis: guarda il RER. Arrivano le microvescicole provenienti dal RE.

2. Lamelle mediane: spessore maggiore rispetto alle membrane della faccia

cis.

3. Faccia Trans: guarda la membrana plasmatica. Membrana di 8nm. Da qui

gemmano le macrovescicole che smisteranno il materiale alle specifiche

destinazioni.

I tre compartimenti hanno enzimi specifici diversi necessari per la maturazione

delle proteine e diversi rivestimento delle vescicole che gemmano. La zona cis si

estende in un reticolo tubolare chiamato cis-Golgi-Network (CGN), mentre la zona

trans nel reticolo tubolare trans-Golgi-Network (TGN).

Funzioni dell’apparato di Golgi:

Rilascio delle proteine di secrezione all’esterno della cellula; Avviene il

 movimento delle proteine verso l’esterno, ci sono due ipotesi di modelli di

trasporto (la controversia non è ancora risolta e probabilmente vengono

applicati entrambi):

Modello di trasporto vescicolare:

o Modello di maturazione delle cisterne: la cisterna della faccia cis

o diventa lamella mediana e poi diventa lamella della faccia trans,

acquisendo gli enzimi necessari.

Si completano importanti processi biosintetici, come:

 la glicosilazione terminale: centinaia di glicosil-tranferasi enorme



o variabilità di proteine. Sia nel RER che nel Golgi avviene solo sul

versante luminale (versante extracellulare della membrana. Si

riconoscono due tipi di movimento:

il trasporto anterogrado: movimento di lipidi e proteine dal RER,

 al Golgi, alla membrana;

4

CITOLOGIA E ISTOLOGIA 12-16 ottobre

il trasporto retrogrado: movimento di lipidi e proteine non più

 necessari o che erroneamente raggiungono un comparto

superiore.

la sintesi dei lipidi (sfingomielina),

o la sintesi dei polisaccaridi (GAG e mucina);

o

Separa le proteine che devono essere secrete dai lipidi e dalle proteine che

 devono essere incorporate nella membrana, dalle proteine lisosomiali

(centro di smistamento).

Smistamento delle proteine: le proteine prodotte dai ribosomi adesi al

o RER devono:

Raggiungere la loro sede;

 Rimanere nell’organulo a cui sono destinate;



Ci sono 3 tipi di rivestimenti proteici delle vescicole di trasporto:

COP II: riveste le vescicole che si muovono dal RER in avanti

 verso l’ERGIC (compartimento intermedio fra RER e Golgi) ed il

CGN;

COP I: riveste le vescicole che si muovono dall’ERGIC e Golgi

 indietro verso il RER, dal trans Golgi al cis Golgi;

Clatrina: riveste le vescicole che si muovono dal TGN ai

 lisosomi, endosomi e nella via endocitica.

Se le vescicole gemmano continuamente come fa ogni compartimento

a mantenere la propria composizione? Attraverso 2 meccanismi:

La ritenzione delle molecole residenti;

 Il recupero delle molecole sfuggite.



La composizione del RER è mantenuta attraverso:

La formazione di grossi composti proteici;

 Il recupero di proteine RE-specifiche.



La composizione del Golgi è mantenuta dai 2 meccanismi del RER più

un terzo:

La lunghezza dei domini di transmembrana delle proteine.



Il traffico vescicolare intracellulare è altamente specifico. Una volta

che la vescicola si forma delle proteine aggiuntive assicurano

l’indirizzamento alla appropriata membrana bersaglio:

v-SNARE: famiglia di proteine presenti sulla membrana delle

 vescicole di trasporto;

t-SNARE: famiglia di proteine presenti sulle membrane bersaglio.



Vescicole e membrane bersaglio si riconoscono grazie a recettori

complementari. La presenza di t-SNARE e v-SNARE diverse garantisce

la specificità del trasferimento vescicolare.

Smistamento e trasporto di enzimi lisosomiali: l’identificazione degli

o enzimi lisosomiali avviene tramite l’aggiunta di gruppi fosfato al

mannosio in posizione 6 a livello del cis Golgi e al successivo

riconoscimento di questo marcatore da parte di specifici recettori

presenti sulla membrana del trans Golgi.

5

CITOLOGIA E ISTOLOGIA 12-16 ottobre

Smistamento e trasporto di proteine non lisosomiali dal TGN: enzimi e

o proteine sono accomunati in grossi granuli secretori gemmati dalla

zona trans. I granuli vengono immagazzinati nel citoplasma e rilasciati

con 2 differenti modalità:

Secrezione costitutiva: svuotamento continuo delle vescicole a

 mano a mano che vengono prodotte. Presenza di brevi

sequenze di amminoacidi o assenza di segnale;

Secrezione regolata: rilasci controllati, rapidi in risposta ad un

 segnale extracellulare. Granuli grandi con alta concentrazione di

proteine. Sequenza amminoacidica o formazione di grossi

aggregati proteici.

TRASPORTO DI MATERIALI ATTRAVERSO LA MEMBRANA

Esocitosi e endocitosi sono i due meccanismi propri delle cellule eucariotiche che

permettono il trasporto di materiale attraverso la membrana.

ESOCITOSI: in cui i granuli secretori rilasciano il loro contenuto all’esterno

 della cellula. Il processo permette di secernere all’esterno della cellula

materiale neosintetizzato dalla cellula o materiale di rifiuto derivante dal

catabolismo cellulare. L’attività inizia nel RE, dal quale gemmano vescicole

rivestite da proteine COP II, il cui contenuto transita per l’apparato del Golgi

ed è convogliato nel trans Golgi verso la periferia cellulare in vescicole di

secrezione che possono essere rivestite da clatrina oppure da proteine COP

I. le vescicole di secrezione sono convogliate su tracce microtubulari fino al

citoplasma superficiale, poi attraverso i microfilamenti di actina della trama

periferica sotto la membrana plasmatica fino alla superfice, dove avverrà la

fusione con la membrana plasmatica. La fusione è generalmente

innescata da uno specifico segnale extracellulare e da un aumento del Ca ++

intracellulare. Questo processo richiede energia sotto forma di ATP e

aggiunge lipidi e proteine alla membrana. La secrezione può essere

polarizzata, ad esempio nei neuroni, nelle cellule secretorie dell’intestino e

negli epatociti.

ENDOCITOSI: in cui si ha l’internalizzazione di materiale dall’esterno. Ha le

 funzioni di: ingestione di sostanze nutritizie, oppure di sostanze di difesa

contro i microorganismi. Si ha l’internalizzazione di porzioni di membrana

plasmatica permettendo un equilibrio tra esocitosi ed endocitosi. Ci sono

due tipi di endocitosi:

Fagocitos