Appunti bioingegneria chimica

COMPLESSO DI GOLGI:

Ha la funzione di ricevere le vescicole provenienti dal RE, modifica le loro membrane e contenuti, ingloba i

prodotti finali in vescicole.

SINTESI DI UNA PROTEINA:

Inizia nel citoplasma con la sintesi una sequenza "leader", detta sequenza segnale.

- I ribosomi si attaccano la RE e la sequenza segnale facilita il trasporto della proteina all’interno del lume

- del RE.

La catena polipeptidica si forma all’interno del lume del RE

- La proteina esce dal RE attraverso una vescicola e viene trasportata nell’apparato di Golgi

- La proteina subisce ulteriori trasformazioni e viene indirizzata al sito di interesse.

-

 GLICOSILAZIONE DELLE PROTEINE:

La glicosilazione delle proteine avviene all'interno del lume del reticolo endoplasmatico (RE) e nel complesso

di Golgi.

I carboidrati possono legarsi alle proteine mediante residui di asparagina (legame in N) o mediante residui di

serina o di treonina (legame in O) .

Glicosilazione in N → inizia nel RE e continua nell’apparato di Golgi

Glicosilazione in O → avviene solo nell’apparto di Golgi.

Nelle glicoproteine gli zuccheri sono legati all’atomi di azoto nella catena laterale dell’asparagina (Asn)

(legame in N) oppure all’atomo di ossigeno nella catena laterale di serina (Ser) o di Treonina (Thr) (legame in

O).

Un residuo di asparagina è in grado di accettare un oligosaccaride solo se il residuo fa parte della sequenza

Asn-XSer o Asn-X-Thr, in X può essere un qualunque residuo.

Nelle sequenze amminoacidiche si possono identificare potenziali siti di glicosilazione.

 SINTESI DEL NUCLEO OLIGOSACCARIDICO DELLE GLICOPROTEINE:

Il nucleo oligosaccaridico delle proteine viene prodotto da successive aggiunte di unità di monosaccaridi.

1, 2 → le prime fasi avvengono sulla superficie citosolica dell’ER 3

3 → traslocazione l’oligosaccaride incompleto attraversa la membrana

4 → completamento del nucleo all’interno del lume dell’ER. I precursori della sintesi che forniscono gli altri

residui di mannosio e glucosio all’oligosaccaride in via di formazione nel lume sono i monosaccaridi uniti al

dolicolo fosfato

5,6 → il nucleo oligosaccaridico viene trasferito da un dolicolo fosfato ad un residuo di Asn della proteina

all’interno del lume. I 5 residui saccaridici evidenziati in beige (dopo la fase 7) vengono conservati nella

struttura finale di tutti gli oligosaccaridi con legami N-glicosidici

8 → il dolicolo pirofosfato viene rilasciato e nuovamente traslocato in modo che il pirofosfato venga a



trovarsi sulla superficie citosolica dell’ER 9 un fosfato viene rimosso idroliticamente per rigenerare il

dolicolo fosfato.

 I DONATORI DOLICOLICI:

Le glicoproteine N-glicosilate acquistano i loro zuccheri iniziali da donatori dolicolici (molecole lipidiche

specializzate contenenti fino a 20 unità di isoprene) .

Sul dolicolo fosfato viene costruito un grande oligosaccaride che poi va ad attaccarsi al residuo di asparagina

di una proteina. Il gruppo fosforico terminale del dolicolo è il sito di attacco dell’oligosaccaride, che

successivamente viene trasferito alla proteina accettatrice. Il dolicolo fosfato si trova sulla membrana dell’ER

con il terminale fosforilato sulla faccia citoplasmatica. Il processo di assemblaggio avviene in 3 stadi:

1° stadio: 2 residui di N-acetilglucosammina e 5 residui di mannosio vengono addizionati al dolicolo fosfato

mediante l’azione di enzimi citoplasmatici che catalizzano il trasferimento di monosaccaridi dai

corrispondenti zuccheri attivati da nucleotide.

2° stadio: , questa struttura viene capovolta attraverso la membrana dell’ER e fatta entrare nel lume dell’ER.

3° stadio: altri zuccheri sono aggiunti per via enzimatica all’oligosaccaride che è in fase di costruzione sul

dolicolo. Questi ulteriori monosaccaridi non sono attivati da nucleotidi, ma sono legati ad altre molecole di

dolicolo fosfato → la formazione di un oligosaccaride di 14 residui attaccato al dolicolo fosfato.

Esso viene poi trasferito in blocco ad uno specifico residuo di asparagina della catena polipeptidica nascente.

 GLICOSILAZIONE CENTRALE:

La sequenza segnale indirizza la proteina nascente all’interno del lume del RE

- La sequenza segnale viene poi scissa e degradata

- La proteina inizia la glicolisilazione (legami in N), si forma un oligosaccaride precursore di 14 resisdui.

- Prima di lasciare il RE l’oligosaccaride composto da 14 residui perde 3 molecole di glucosio.

-

Tutte le proteine N-glicosilate hanno tutte in comune un nucleo di 5 monosaccaridi, costituito da 2 residui di

N-acetilglucosammina e 3 residui di mannosio.

Un nucleo pentasaccaridico è comune a tutti gli oligosaccaridi legati in N e serve da fondamento per

un’ampia varietà di oligosaccaridi legati in N.

A → oligosaccaride ricco di mannosio

B → oligosaccaride complesso

Trasporto vescicolare: le proteine sono trasportate all’interno del sistema di endomembrane attraverso le

vescicole di trasporto. Le proteine si spostano dall’ER sul lato cis del complesso di Golgi per mezzo di

vescicole di trasporto. La scelta della destinazione avviene principalmente sul lato trans del complesso di

Golgi.

 GLICOSILAZIONE TERMINALE:

Le unità carboidratiche legate in N delle glicoproteine vengono ulteriormente modificate in ciascuno dei

compartimenti del complesso di Golgi.

Nel Golgi cis tre residui di mannosio sono rimossi dalla catena oligosaccaridica delle proteine destinate alla

- secrezione o all’inserzione nella membrana plasmatica.

Nei compartimenti intermedi possono essere rimossi due o più reisdui di Nacetilglucosammina e un residuo

- di fucosio.

Nel Golgi trans può venire aggiunto un altro residuo di N-acetilglucosammina, seguito da galattosio e acido

- sialico.

La sequenza di unita oligosaccaridiche legate in N di una glicoproteina è determinata:

• Dalla sequenza e dalla conformazione della proteina

• Dalle glicosiltransferasi presenti nel compartimento di Golgi in cui le proteine sono modificate.

 “CONTROLLO QUALITA’ DELLE PROTEINE”:

Il controllo della qualità è un processo operato dalla cellula per scartare le proteine che non sono

correttamente ripiegate. Il principio di riconoscimento avviene sulla base della presenza o meno di un

particolare residuo di glucosio sulla struttura glicosidica.

Meccanismo di azione degli chaperoni: calnessina e calreticulina. Portano ala formazione di proteine

glicosilate nel reticolo endoplasmatico in cooperazione con le glicosiltransferasi. La calnessina ha un dominio

di transmembrana che la lega alla membrana del reticolo endoplasmatico, mentre la calreticulina ne è priva,

quindi rimane solubile nello spazio del lume.

Una glicoproteina ripiegata correttamente nel RE si trasferirà al complesso di Golgi dopo la rimozione di tre

unità di glucosio. Una proteina non ripiegata o ripiegata in modo errato riceverà un residuo di glucosio,

attraverso l’azione di una glucosiltransferasi. Queste proteine glucosiliate si legano ad una molecola

chaperone, che consente di effettuare più tentativi per raggiungere il ripiegamento corretto. Le proteine

correttamente ripiegate non vengono sottoposte di nuovo a glucolisazione.

Il Complesso di Golgi come centro di smistamento: il complesso di Golgi è il centro di smistamento

nell’indirizzamento delle proteine ai lisosomi, alle vescicole secretrici e alla membrana plasmatica.

La faccia cis del complesso di Golgi riceve vescicole dall'ER e la faccia trans invia un differente insieme di

vescicole ai siti bersaglio. Le vescicole trasferiscono anche proteine da un compartimento all'altro del

complesso Golgi.

L'insieme di reticolo endoplasmatico apparato di Golgi e tutte le vescicole e tubuli membranosi che li

collegano fra di loro e con l’esterno si denomina vie di secrezione, visto che una parte importante delle

proteine che viaggiano al loro interno sono destinate allo spazio extracellulare o alla membrana plasmatica.

RETICOLO ENDOPLASMATICO (RE):

- Si continua con le membrane del involucro nucleare.

- Ci sono membrane con tanti ribosomi attaccati dal lato citosolico: RE rugoso (o ruvido), dedicate alla sintesi

di proteine.

-membrane senza ribosomi: RE liscio, dedicate alla sintesi lipidica.

LECTINE:

Le lectine sono le proteine che riconoscono specifiche strutture saccaridiche.

Una lectina contiene di solito due o più siti di legame per unità carboidratiche; siti di legame delle lectine

sulla superficie di una cellula interagiscono con carboidrati esposti sulla superficie di un'altra cellula

attraverso interazioni deboli ( velcro).

lectina carboidrati L ENZIMI

Un enzima è una proteina in grado di catalizzare una reazione chimica.

Gli enzimi sono importanti molecole che determinano tutte le trasformazioni chimiche cellulari.

Essi sono particolarmente efficienti nel catalizzare molte reazioni chimiche perché sono capaci di legare in

modo specifico una grande varietà di molecole → gli enzimi riuniscono i substrati con un orientamento

ottimale, condizione necessaria alla formazione e rottura di legami chimici.

Essi catalizzano le reazioni stabilizzando gli stati di transizione, le specie a più elevata energia nelle vie di

reazione. Stabilizzando in modo selettivo lo stato di transizione, un enzima determina quale delle moltissime

reazioni potenziali deve realmente avvenire.

Caratteristiche fondamentali:

POTERE CATALITICO

- SPECIFICITA’ per la reazione e per la scelta dei reagenti (substrati)

-

Tutti gli enzimi sono proteine, ma non tutti i catalizzatori biologici sono enzimi, dal momento che esistono

anche catalizzatori costituiti di RNA, chiamati ribozimi.

 CLASSIFICAZIONE E NOMENCLATURA:

EC. A. B. C. D.

A = tipo principale di reazione (1-6)

B = tipo di substrato o tipo di molecola trasferita

C = natura del co-substrato

D = numero individuale dell’enzima

Un numero EC non indica uno specifico enzima, ma piuttosto una specifica reazione, a cui vengono associati i

vari enzimi in grado di catalizzarla. Se differenti enzimi (ad esempio di differenti organismi) catalizzano la

stessa reazione, infatti, ricevono lo stesso numero EC.

 FUNZIONI:

Gli enzimi portano a termine una gran quantità di funzioni all'interno degli organismi viventi:

1. Possibilità di lavorare in successione, creando un pathway metabolico. Nei pathways, ogni enzima

utilizza il prodotto della reazione precedente come substrato. È la presenza degli enzimi a determinare i

passaggi del pathway: senza enzimi, il metabolismo non passerebbe attraverso gli stessi passaggi e non

sarebbe in grado di generare prodotti ad una velocità sufficiente per le esigenze della cellula. Gli enzimi

quindi “obbligano” le reazioni ad avvenire nel modo