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Appunti di biologia della cellula Appunti scolastici Premium

Appunti di biologia della cellula basati su appunti personali del publisher presi alle lezioni della prof. Guastalla dell’università degli Studi di Torino - Unito, della facoltà di Scienze matematiche fisiche e naturali. Scarica il file in formato PDF!

Esame di Biologia della cellula e dello sviluppo docente Prof. A. Guastalla

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ESTRATTO DOCUMENTO

l’enzima è presente si forma il prodotto della reazione, che deve essere insolubile e

colorato; se non lo è, allora bisogna fare rapidamente una serie di reazioni per

per l’enzima

renderlo colorato e insolubile. Ad esempio nel metodo di Gomori

fosfatasi alcalina si fanno una serie di reazioni di sostituzione per arrivare ad

ottenere un composto insolubile colorato. Se le proteine sono enzimi si usano

tecniche basate su questo principio, in caso contrario si usano reazioni

immunocitochimiche.

Le molecole di un anticorpo sono molecole proteiche e presentano una regione

pesante e una leggera; presentano inoltre una regione costante e una variabile,

quest’ultima è la porzione della molecola dell’anticorpo che riconosce in maniera

specifica l’antigene e porta alla formazione di un solido legame. Per quanto riguarda la

regione costante, tutti gli anticorpi prodotti dalle plasmacellule di una certa specie

hanno la regione costante uguale, che però è diversa da quella degli anticorpi prodotti

da animali di altre specie. Spesso la parte variabile, di specie diverse, diretta verso

l’antigene, riconosce lo stesso antigene. Vi sono due tipi di reazioni

immunoistochimiche: si utilizza l’anticorpo primario,

1) Reazione immunoistochimica diretta; se si vuole

si marca direttamente l’anticorpo antiormone

localizzare un ormone in una sezione

che si lega all’ormone. E’ una tecnica poco usata perché è poco efficace e

dispendiosa perché comporta la marcatura, si perde parte di anticorpo e la reazione

è meno intensa. l’anticorpo primario, che riconosce

2) Reazione immunoistochimica indiretta;

l’antigene, non è marcato quindi, si fa reagire con il tessuto ma non si vede dove si

è legato; per evidenziarlo si fa avvenire una seconda reazione antigene-anticorpo

utilizzando un anticorpo secondario prodotto in una specie diversa che riconosce la

regione costante di tutti gli anticorpi prodotti da quella specie; tale anticorpo viene

La prima reazione utilizza l’ anticorpo primario, la seconda quello

marcato.

secondario (marcato) che riconosce la parte costante di quello primario.

La tecnica più utilizzata è quella indiretta perché ha due vantaggi: 1) è molto più

economica perché se gli anticorpi primari sono stati prodotti dalla stessa specie basta

un anticorpo secondario che permetta di individuare tutti gli anticorpi primari; basta

disporre di quantità più piccole di anticorpo primario, in questo modo non si spreca. 2)

in secondo luogo, si possono unire più antigeni secondari marcati così il colore è più

intenso.

Marker per anticorpi:

- Fluorocromi; sono coloranti fluorescenti usati solo nella microscopia ottica a

fluorescenza. I marchi fluorescenti possono essere associati e si possono

localizzare più antigeni sulla stessa sezione. Per questi metodi di

immunofluorescenza doppia servono due antigeni differenti prodotti in specie

si avrà un’immagine in cui sono

diverse con due marchi differenti, come risultato

presenti contemporaneamente i due fluorocromi. 11

all’anticorpo secondario viene legato un enzima,

- Enzimi (perossidasi); se si

della reazione catalizzata dall’enzima, legato all’anticorpo

localizza il prodotto

secondario, che è legato a quello primario che, a sua volta, è legato all’antigene si

individua l’antigene. Questa tecnica è utilizzata principalmente nella microscopia

L’enzima marcato

ottica e anche in quella elettronica (anche se è più complessa).

più comune è la perossidasi, prodotta dal rafano; questo enzima è una

ossidoreduttasi che catalizza la reazione:

substrato + 2H O substrato ossidato + 2H O

2 2 2

perossido di idrogeno si riduce ad acqua

Il substrato è la diaminobenzidina che quando si ossida si colora di un color bruno intenso

che resiste alla disidratazione (a differenza della fluorescenza che diminuisce con il

tempo), non è solubile in acqua e alcool quindi disidratato resiste praticamente per un

tempo illimitato.

- Oro colloidale; principalmente viene usato nella microscopia elettronica anche se

può essere usato con il microscopio ottico però deve essere rinforzato con metalli

pesanti e quindi si usa poco. L’oro colloidale consiste in sferette molto piccole e

che sono legate all’anticorpo secondario.

dense Un altro vantaggio è che si

possono sfruttare delle particelle di diametro diverso e questo consente di usare

come per l’immunofluorescenza dei metodi doppi perché si riesce a individuare

sulla stessa sezione due antigeni, si riesce a vedere se la cellula ha il doppio

marchio. si basa sull’uso di isotopi radioattivi che emettono

ISTOAUTORADIOGRAFIA:

radiazioni che rappresentano un marchio che si può evidenziare da una lastra

fotografica; le radiazioni impressionano una emulsione fotografica. Le cellule utilizzano

l’isotopo come elemento normale e questi preparati possono anche essere colorati. I

grani d’argento delimitano dove l’emulsione è stata impressionata; il vantaggio è che si

può seguire un processo nel tempo all’interno di una cellula. Se si vuole verificare, ad

esempio, dove inizia la sintesi di una proteina e che percorso essa compie, si possono

cellula degli amminoacidi marcati (in cui l’idrogeno è sostituito da trizio o il

fornire alla

carbonio è sostituito con un suo isotopo radioattivo), che verranno utilizzati

normalmente dalla cellula e attraverso un’istoautoradiografia si nota che la marcatura

inizialmente è nel reticolo endoplasmatico e se, in seguito, si fissano altri amminoacidi,

L’amminoacido marcato è un

si possono ricostruire gli spostamenti delle proteine.

precursore della proteina.

La tecnica immunocitochimica è una tecnica morfologica. Se si vuole vedere dove vi è

la duplicazione del DNA utilizzo la timidina; se si vuole vedere dove vi è sintesi di RNA

l’uracinina. 12

IBRIDAZIONE IN SITU: si va ad evidenziare un certo RNA messaggero se si vuole

Questa tecnica consiste nell’utilizzo di

sapere se un certo gene si è attivato oppure no.

una sonda marcata (molecola di RNA o DNA a filamento singolo) complementare a

quella molecola che si vuole individuare, infatti la sonda si legherà a tale molecola e se

dove è localizzato l’RNA.

si evidenzia la sonda allora si riesce a vedere

GFP (GREEN FLUORESCENT PROTEIN): questa proteina è caratteristica di una

l’aequorina

medusa ed è localizzata nei suoi organi bioluminescenti; può emettere una

d’onda si vede

luce blu che colpisce la GFP, se si illumina con luce a bassa lunghezza

questa proteina che, infatti, viene utilizzata come marchio.

Le tecniche biomolecolari consentono di identificare proteine e tratti di DNA e RNA

specifici; di norma vengono impiegate prima di quelle morfologiche per verificare se

c’è o meno in un campione.

una molecola Si analizzano le molecole in provetta.

serve per l’analisi del

1. Southern blot: DNA; viene estratto il DNA e tagliato in

frammenti mediante enzimi (nucleasi di restrizione), poi viene trasferito in un gel di

e poi dal gel alla membrana (nitrocellulosa); viene fatta l’ibridazione con

agarosio

una sonda di DNA marcato e poi se la sonda è radioattiva si vede con una

autoradiografia dove la sonda si è legata.

serve per l’analisi dell’RNA,

2. Northern blot: si ibrida con una sonda di RNA

complementare o di DNA a catena singola, che può essere marcata

radioattivamente.

3. Western blot: serve per analizzare delle proteine e si usa come sonda un

anticorpo; è una tecnica immunocitochimica di separazione delle proteine mediante

elettroforesi su gel; si sottopongono le proteine ad un campo elettrico che si

fermano nel gel a livelli diversi perché migrano a velocità diverse. Dal gel vengono

trasferite su un supporto in cui vengono identificate e successivamente si fa

avvenire una reazione antigene-anticorpo specifica per la proteina che si vuole

vedere.

LE MEMBRANE CELLULARI

La membrana plasmatica è la membrana principale che delimita la cellula, ma dentro di

essa vi sono organuli cellulari delimitati da altre membrane interne; la membrana

plasmatica separa la cellula dall’ambiente esterno mentre, quelle interne,

compartimentalizzano gli spazi interni. Le diverse membrane sono strutturalmente

analoghe ma, in realtà, diverse per composizione. Le membrane non solo separano ma

regolano anche gli scambi perché non sono barriere impermeabili. Tutte le membrane

sono strutture laminari con uno spessore variabile, la loro caratteristica fondamentale, che

accomuna tutte le membrane, è che TUTTE le membrane biologiche sono sempre chiuse

su se stesse e non hanno mai margini liberi. Dal punto di vista biochimico tutte le 13

membrane sono costituite da proteine, lipidi e carboidrati, però le loro percentuali sono

variabili da membrana a membrana.

Le molecole lipidiche sono anfipatiche e quindi hanno sempre una regione polare e una

apolare; queste molecole tendono sempre spontaneamente a disporsi in uno strato

bimolecolare. I lipidi creano la struttura generale, queste molecole sono tenute insieme da

legami deboli, non da legami covalenti salvo casi particolari. Le proteine variano da

membrana a membrana e svolgono funzioni specifiche.

le due facce differiscono l’una

Le due metà della membrana non sono identiche, ma

dall’altra e quindi la membrana ha una struttura asimmetrica. Oltre a suddividere lo

spazio in compartimenti diversi, le membrane regolano gli scambi continui tra un

compartimento e l’altro; il controllo del passaggio di molecole e ioni è a carico delle

membrane. Si possono creare tra le membrane differenza di potenziale e differenza di

concentrazione tra i due versanti della membrana; ci sono sulla membrana dei recettori,

ossia dei sistemi di rilevazione dei segnali, inoltre, la membrana serve a mediare le

comunicazioni tra una cellula e l’altra.

ci sono anche sistemi di cattura e trasformazione dell’energia

Nelle cellule vegetali

luminosa (cloroplasti) e ci sono recettori sensoriali che ricevono stimoli provenienti

dall’esterno.

La membrana plasmatica consente anche il movimento e l’espansione della cellula

insieme al citoscheletro.

La membrana plasmatica ha un aspetto trilaminare al microscopio elettronico

(scuro/chiaro/scuro) perché le membrane appaiono con una struttura a tre strati.

Robertson fu il primo a parlare delle membrane interne alla cellula perché prima non si

sapeva che ci fossero altre membrane oltre a quella plasmatica. Si sapeva nell’Ottocento

che la membrana doveva avere una grossa componente lipidica; le molecole lipidiche si

dispongono in un doppio strato perché le regioni idrofobiche si riuniscono tra loro. Si parla

di modello a mosaico fluido perché la membrana è un mosaico di proteine che non

formano degli strati ma sono inserite nello spessore bimolecolare lipidico.

Le proteine hanno regioni idrofile e idrofobiche; si distinguono in:

1) Proteine estrinseche o periferiche (idrofile), non penetrano nella membrana

2) Proteine intrinseche (anfipatiche), sono inserite nello spessore della membrana e

unite da legami deboli; tutte le proteine hanno struttura globulare.

3) Proteine legate con legami covalenti ai lipidi (idrofile)

I lipidi sono tutti anfipatici e si dividono in: fosfolipidi e glicolipidi (in cui cambia la

regione idrofobica) e steroidi. Le code apolari sono costituite da catene di acidi grassi

saturi o insaturi; se non ci sono doppi legami (saturi) la catena è dritta, se, invece, ci sono

doppi legami (insaturi) la catena si piega. La parte polare è costituita da un gruppo fosfato

serina + glicerolo). Tra i fosfolipidi c’è la

esterificato con varie molecole (colina o

sfingomielina in cui al posto del glicerolo c’è la sfingosina. Il colesterolo è costituito da una

14

piccola testa polare e tutto il resto è apolare, la sua molecola è inserita nel doppio strato

fosfolipidico.

definizione “modello a mosaico fluido” indica che lo strato lipidico è allo stato fluido.

La Le

molecole all’interno della membrana sono in grado di ruotare su se stesse, flettersi e

diffondere lateralmente (scambiarsi di posto). Un movimento che avviene di rado è il flip

flop, cioè il passaggio dalla membrana interna a quella esterna.

La fluidità delle membrane non è sempre uguale, il suo livello si misura utilizzando la

temperatura di transizione attraverso la quale si ha il passaggio da uno stato di sol ad uno

stato di gel; la membrana per mantenere le sue funzionalità deve rimanere allo stato di sol.

Più è bassa la temperatura di transizione più la membrana è fluida, più è alta la

temperatura e meno è fluida. Questa temperatura varia da organismo ad organismo e,

anche, da distretto a distretto dello stesso organismo e in base alle condizioni ambientali.

Spesso gli organismi variano la temperatura di transizione delle membrane al variare delle

temperature esterne; tutti i fattori che fanno aumentare l’ordine delle molecole

diminuiscono la fluidità delle membrane. Anche la lunghezza delle catene degli acidi grassi

ha effetto sulla temperatura: più è lunga la catena, più è elevata la temperatura e minore è

la fluidità; più è corta la catena e più è fluida la membrana. Il numero di doppi legami

presenti negli acidi grassi cambia la fluidità; più doppi legami ci sono e meno è probabile

che si verifichino delle interazioni (più legami: bassa temperatura: molecola più fluida).

Anche il colesterolo ha effetto sulla fluidità e sulla permeabilità della membrana; a

temperature elevate se la membrana è troppo fluida il colesterolo, essendo una molecola

rigida, abbassa la fluidità della membrana, mentre, a basse temperature, ostacolando i

po’

legami tra i fosfolipidi, alza un la fluidità della membrana; il colesterolo agisce in modi

diversi per equilibrare la fluidità delle membrane. Ci sono fosfolipidi esclusivi per la

membrana interna e altri esclusivi per quella esterna.

Nel reticolo endoplasmatico sono sintetizzate nuove molecole lipidiche che sono aggiunte

solo su una metà della membrana, la flippasi facilita il passaggio di certe molecole

solo quelle destinate ad andare nell’altra metà. Questa asimmetria viene

lipidiche:

mantenuta in qualsiasi circostanza; le due superfici non hanno le stesse caratteristiche e

le stesse dimensioni.

PROTEINE DI MEMBRANA

Ci sono tre classi di proteine di membrana, quello che hanno in comune è che sono tutte

proteine globulari e sono loro a svolgere le principali funzioni della membrana; quasi

sempre per svolgere la loro funzione hanno necessità che la membrana sia fluida e,

spesso, la funzionalità della membrana è legata al fatto che le proteine si possano

spostare all’interno della membrana. La mobilità delle proteine è minore rispetto a quella

dei lipidi, tra cui tutti i legami sono deboli.

1) Proteine integrali o intrinseche; quasi tutte sono transmembrana, cioè non solo

hanno rapporti con le regioni idrofobiche dei lipidi ma attraversano la membrana e 15

sporgono su tutti e due i lati di essa. Hanno sempre dei tratti in cui la conformazione

è ad alfa elica, cioè delle zone esposte verso le regioni idrofobiche; mentre, le

porzioni che sporgono all’esterno, hanno conformazione casuale e caratteristiche

polari. Queste sono le proteine più difficili da separare. Le proteine intrinseche

transmembrana svolgono funzioni fondamentali, differiscono da membrana a

membrana e sono diverse in regioni differenti della stessa cellula.

La tecnica della CRIOFRATTURA consente di vedere la distribuzione delle proteine

intrinseche transmembrana; il primo passo è congelare rapidamente le cellule e poi

studiarne la superficie di frattura. Se si congela a temperature molto basse (- 160 /

- 190°C), rompendo il campione si rompono le membrane nei punti più deboli ossia

nelle regioni di confine tra due strati. Le proteine intrinseche non si rompono e

rimangono ancorate da una parte o dall’altra; principalmente, rimangono agganciate

alla faccia rivolta verso il citoplasma. Successivamente, sulla superficie di frattura si

usa la tecnica dell’ombreggiatura; si fa “nevicare” in metallo pesante inclinato in

modo da non farlo depositare uniformemente, poi si fa una replica metallica per

vedere le zone più scure e le zone più chiare: ciò per dimostrare che le proteine si

distribuiscono in modo vario all’interno della cellula.

2) Proteine estrinseche o periferiche; hanno relazioni solo con le regioni idrofile e

sono esposte sulla superficie della membrana

3) Proteine ancorate ai lipidi; sono legate ai lipidi con legami covalenti, sono le

uniche legate per mezzo di legami forti.

Le zattere lipidiche (o lipid raft) sono regioni della membrana che interessano perlopiù la

metà dello di membrana in cui vi sono molecole lipidiche associate, che non si mescolano

con le altre; questa regione è caratterizzata da rapporti tra i lipidi e le proteine specifiche.

Anche per i lipidi ci sono delle limitazioni perché a volte rimangono isolati rispetto al doppio

strato.

Misurazione della mobilità dei lipidi all’interno delle membrane mediante il recupero della

fluorescenza dopo il fotosbiancamento; nella tecnica per il recupero della fluorescenza

bisogna marcare i lipidi di membrana, se con una luce laser si colpisce un’area circoscritta

la fluorescenza sparisce; dopo un po’ si nota che, in realtà, l’area chiara diventa di nuovo

fluorescente, questo perché delle molecole lipidiche rimaste fluorescenti (non colpite dal

laser) si sono spostate ad occupare quella zona.

Dimostrazione della mobilità delle proteine di membrana mediante la tecnica della fusione

cellulare; per dimostrare che si muovono anche le proteine sono stati fatti degli ibridi di

cellule, è possibile formare degli ibridi di cellule di specie diverse grazie ad enzimi

specifici. Bisogna marcare proteine specifiche di una membrana di una specie di un colore

e, anche, quelle di un’altra specie con un altro colore; dopo la fusione si nota che le cellule

si sono mescolate perché la distribuzione del colore nelle cellule non è simmetrica.

Le proteine si possono spostare all’interno della membrana però ci sono delle limitazioni

causate da:

1- ancoraggio alla regione più periferica del citoplasma (corticale o cortex) 16

2- ancoraggio a molecole che stanno nella matrice extracellulare

3- ancoraggio a proteine di superficie della cellula adiacente

talvolta le proteine non sono bloccate ma si possono muovere in un’area limitata; ci

4- sono file continue di molecole proteiche che determinano un blocco del movimento,

cioè le proteine si possono muovere ma solo in aree circoscritte, delimitate, ad

esempio, da giunzioni occludenti.

Le proteine della parte apicale della cellula sono diverse da quelle della parte basale.

Glicosilazione delle proteine di membrana: oltre ai lipidi e alle proteine la terza

componente della membrana è quella glicidica. Sono catene di oligosaccaridi in cui

rientrano diversi monosaccaridi, sono molecole di grande importanza perché

estremamente varie. La specificità delle cellule deriva dalle diverse catene

oligosaccaridiche sulla membrana.

Nei gruppi sanguigni sono legati alle proteine residui di oligosaccaridi; tra i gruppi

sanguigni cambiano i monosaccaridi in posizione terminale (nel gruppo 0 manca il glucide

in posizione terminale). La sola differenza di un monosaccaride determina le differenze tra

un gruppo sanguigno e l’altro.

Quando gli eritrociti sono “giovani” hanno in posizione terminale residui di acido sialico che

man mano vengono persi, allora sulla superficie emerge il galattosio che viene

riconosciuto e fagocitato (gli eritrociti hanno circa 120 giorni). Le lectine sono delle

molecole che legano in maniera specifica determinati oligosaccaridi; i granulociti neutrofili

attraversano lo spazio tra una cellula endoteliale e l’altra (uscendo dai vasi sanguigni) e se

si legano ad un particolare oligosaccaride le lectine lo riconoscono.

La membrana controlla e regola i passaggi di molecole tra l’interno e l’esterno; i passaggi

avvengono in due modi:

vi è un sistema che coinvolge il passaggio di grandi molecole chiuse all’interno di

1) un sistema di membrane, il materiale non è libero nello ialoplasma ( o citoplasma)

ma è chiuso dentro una vescicola (endocitosi e esocitosi)

singole molecole o ioni passano direttamente dall’ambiente esterno al citosol e

2) viceversa; il passaggio può avvenire con o senza dispendio di energia (consumo di

ATP). Se le molecole o gli ioni passano da un compartimento in cui sono più

concentrati a uno in cui lo sono meno, si parla di trasporto passivo o diffusione

semplice. Se, invece, il passaggio avviene contro gradiente è necessaria energia e

si parla di trasporto attivo. 17

TRASPORTO PASSIVO (senza dispendio di energia)

Si divide in:

1) diffusione libera, che riguarda poche molecole che diffondono liberamente

attraverso lo strato lipidico; molecole idrofobiche, piccole molecole neutre o a carica

l’acqua

zero come che diffondono liberamente attraverso la membrana.

comporta l’intervento di molecole proteiche: le

2) diffusione facilitata, che molecole

canale per gli ioni e le proteine carrier (permeasi). Le proteine di trasporto

consentono il passaggio di molecole cariche di grosse dimensioni.

la membrana lascia passare soltanto il solvente ma non il soluto si ha l’osmosi,

Se

se la soluzione è isotonica il passaggio di acqua è equivalente nelle due soluzioni;

ipotonica l’acqua entra nella cellula che si rigonfia;

se la cellula è in una soluzione

se la cellula è nella soluzione ipertonica l’acqua esce dalla cellula.

Le cellule vegetali vivono in un ambiente iposmotico (con pochi soluti), perché hanno una

l’ulteriore ingresso di acqua. Le concentrazioni degli

parete cellulare rigida che impedisce

ioni sono molto costanti, nella membrana ci devono essere dei dispositivi per mantenere

costanti le differenze di concentrazione. Ci sono su tutte le membrane interne dei sistemi

specifici di trasporto per ioni e/o molecole per mantenerne costanti i livelli.

Canali ionici; queste proteine sono specifiche, esistono molti tipi di canali diversi; il

passaggio attraverso una proteina canale è almeno 100 volte più veloce rispetto alle

proteine carrier. E’ una diffusione facilitata secondo gradiente, ci sono sistemi che

determinano la selettività di ogni canale; i canali formati da più subunità si possono

organizzare per far passare un determinato ione, alcuni sono stabili mentre altri si formano

all’occorrenza.

Alcuni canali ionici sono sempre aperti (come quelli dell’eritrocita), mentre altri sono canali

ad apertura controllata, cioè hanno diversi sistemi che consentono di aprire o chiudere i

canali: se una certa molecola si lega al canale, quest’ultimo

1) canali a controllo di ligando;

passa dalla conformazione chiusa a quella aperta. Il meccanismo delle sinapsi

avviene mediante canali a controllo di ligando (l’acetilcolina è il ligando che che si

lega al recettore facendolo aprire)

2) canali a controllo voltaico; i canali ionici dipendono dal voltaggio e quindi dal

potenziale di membrana

3) canali ad attivazione da stimolo

PERMEASI

Le permeasi sono proteine che cambiano conformazione e si aprono alternativamente su

sull’altro della membrana; il passaggio delle molecole avviene secondo

un versante o

gradiente di concentrazione (da dove sono più concentrate a dove lo sono meno). Le

permeasi non sono propriamente enzimi ma hanno alcune caratteristiche di 18

comportamento simili; per prima cosa la specificità del rapporto, perché trasportano in

maniera molto specifica. Con il trasportatore la velocità inizialmente aumenta molto, poi

rimane costante e non aumenta più anche se aumenta la concentrazione perché le

permeasi sono tutte sature. Ci sono delle molecole specifiche (inibitori) che bloccano le

loro attività come avviene anche per gli enzimi. In secondo luogo, non vi è dispendio di

energia perché a determinare il trasferimento della molecola sono i continui cambiamenti

Vi può essere anche un’ inversione del verso del trasferimento.

di conformazione.

TRASPORTO ATTIVO (con dispendio di energia)

Sia nel trasporto attivo che in quello passivo le proteine carrier si comportano nello stesso

modo, la differenza è che nella permeasi il cambiamento di trasformazione avviene

spontaneamente.

Il trasferimento può essere:

1) uniporto; se passa solo una molecola attraverso il trasportatore

2) trasporto accoppiato, che a sua volta si divide in simporto (il trasportatore può

trasportare più molecole diverse nella stessa direzione), e antiporto (se avviene il

trasferimento contemporaneo di due diverse molecole in direzioni opposte).

POMPA SODIO-POTASSIO

Le pompe trasferiscono contro gradiente di concentrazione e, quindi, c’è sempre consumo

di energia; in questo caso non si inverte il verso del trasferimento delle molecole, vanno

+

E’ un antiporto che trasporta 3 ioni NA

sempre nella stessa direzione. fuori dalla cellula e

+ all’interno della

2 ioni K dentro; il potassio è più concentrato cellula e il sodio fuori; questo

sistema è detto pompa elettrogena.

TRASPORTO ATTIVO SECONDARIO

C’è un sistema di trasferimento del glucosio dall’esterno della cellula (contro

verso l’interno

+

gradiente); c’è un simporto di ioni sodio e un ingresso contemporaneo di Na che viene

+ fa aumentare l’affinità della

traferito secondo gradiente. Il legame della permeasi con Na

permeasi per il glucosio. Il trasporto del glucosio è quindi associato ad un trasporto

passivo secondo gradiente; il trasporto attivo secondario è associato a quello degli ioni

sodio (pompa sodio potassio). Gli enterociti fanno entrare le molecole di glucosio da un

lato e dall’altro escono per andare nel sangue: si dice trasporto transcellulare. Il glucosio

entra a seguito dello ione sodio ed esce normalmente dalla cellula secondo gradiente; per

far uscire il sodio c’è la pompa sodio-potassio che ripristina la minore concentrazione di

+ all’interno della cellula.

Na 19

In alcuni casi ci sono delle proteine di membrana che non si devono spostare e, quindi, ci

sono vari modi per limitarne la mobilità laterale. Uno di questi sono le giunzioni occludenti

che impediscono il passaggio delle proteine dalla regione apicale a quella vasolaterale

della cellula. Si chiamano giunzioni occludenti perché occludono lo spazio intercellulare e,

quindi, lo spazio tra due cellule è sigillato.

CITOSOL (citosol=ialoplasma)

Il citoplasma ha una struttura microtrabecolare, non è omogeneo. Il citosol occupa oltre il

50% del volume cellulare; in esso avvengono alcune importanti vie metaboliche, vi sono

molecole di riserva e gli elementi del citoscheletro. Se aumenta la viscosità il citoplasma

può passare dallo stato di sol a quello di gel ma, poiché le molecole sono in soluzione, è

importante che rimanga allo stato di sol in modo che le sue componenti possano

diffondere liberamente. Il citosol è la sede in cui si originano le molecole destinate a

essere smistate nei diversi organuli cellulari.

L’origine degli organelli cellulari; i mitocondri sarebbero in realtà procarioti aerobi che,

inglobati dalla cellula, sarebbero diventati anaerobi. Il reticolo endoplasmatico potrebbe

essere comparso contemporaneamente con il nucleo come invaginazione della membrana

plasmatica che andava a circondare il nucleo; fu chiamato così perché aveva un aspetto

reticolare (reticolo) e non si vedeva perché era dentro alla cellula (endo-plasmatico).

IL RETICOLO ENDOPLASMATICO

Il reticolo endoplasmatico non è visibile al microscopio ottico, ma a quello elettronico; può

essere liscio (smooth) o ruvido/granulare (rough) e, a seconda del tipo cellulare, può

prevalere un tipo oppure l’altro. Il reticolo endoplasmatico ruvido ha adese alla faccia

rivolta verso il citosol i ribosomi, che sono le particelle che rendono ruvido il reticolo. Le

membrane del reticolo costituiscono sacchi o tubuli appiattiti; il reticolo ruvido è connesso

all’involucro che chiude il nucleo, ed è costituito da cisterne piatte con andamento

regolare, mentre quello liscio è costituito fondamentalmente da tubuli con andamento

piuttosto irregolare.

Nella sezione al microscopio elettronico a trasmissione si riconoscono i profili allungati del

reticolo ruvido, mentre le sezioni di quello liscio dipendono da come sono sezionati i tubuli,

perché sono tubuli che si anastomizzano tra loro (cioè sono collegati). La presenza o

l’assenza dei ribosomi non è l’unico criterio per distinguere i due reticoli perché sono

differenti anche nella forma.

Nelle cellule del fegato vicino al reticolo liscio ci sono granuli di glicogeno; in cellule

interstiziali che producono steroidi (testicolo, cellula uovo o surrene) c’è molto reticolo

A seconda dell’attività

liscio in cui avvengono le attività di sintesi delle molecole steroidee.

della cellula prevale un reticolo o l’altro. 20

Per separare i singoli organuli cellulari si fa l’omogeneizzazione e il frazionamento per

centrifugazione sulla base del coefficiente di sedimentazione:

1) omogeneizzazione del tessuto

2) centrifugazione; si ottiene una separazione in base al coefficiente di

che tiene conto di diverse caratteristiche che sono l’insieme della

sedimentazione

forma e del peso specifico del campione; l’unità di misura è S (Svedberg); i

microsomi sono il risultato a seguito della omogeneizzazione e centrifugazione della

frammentazione del reticolo endoplasmatico che, dopo essere stato frullato, dà

origine a vescicole di dimensioni variabili (frazione microsomiale)

insieme è centrifugare l’insieme delle

Un altro metodo per separare tutte le componenti

particelle in un mezzo che ha densità variabile e, quindi, le particelle si stratificano a livelli

diversi.

IL RETICOLO ENDOPLASMATICO RUVIDO

Il reticolo di per sé non è visibile al microscopio ottico, però i ribosomi sono costituiti da

RNA e, quindi, il citoplasma di una cellula molto ricca di reticolo endoplasmatico ruvido

sarà basofilo perché l’RNA si lega a coloranti basici. Nell’ergastoplasma si vede al

microscopio ottico il citoplasma basofilo di quelle cellule del pancreas ricche di reticolo

endoplasmatico ruvido. Le zolle di Nissl (o sostanza tigroide) sono chiazze diffuse in tutto

il citoplasma di grossi neuroni fortemente basofile; i ribosomi possono essere attaccati al

reticolo o liberi nel citoplasma (basofilo) e, anche nelle zolle, i ribosomi possono essere

attaccati o liberi. Il pancreas è costituito da tante strutture acinose, la parte apicale delle

cellule non è colorata, mentre quella basale e laterale è basofila (ergastoplasma), in

questa regione vi è il reticolo endoplasmatico granulare. I neuroni sono colorati con la

chionina, non sono colorati in modo omogeneo ma presentano le zolle di Nissl, che sono

costituite da gruppetti di cisterne di reticolo endoplasmatico e in parte da ribosomi liberi;

tutti i citoplasmi di cellule che non hanno reticolo granulare sono acidofili. La membrana

del reticolo è leggermente più sottile di quella plasmatica (di 5/6 nm) ed è più ricca di

proteine che di lipidi, anche gli zuccheri sono minori e ci sono solo nella faccia rivolta

verso il lume.

I RIBOSOMI all’interno dei mitocondri detti

Esistono anche dei ribosomi mitoribosomi. Le due subunità

del ribosoma se sono associate (cioè solo durante la traduzione), portano il ribosoma ad

avere un coefficiente di sedimentazione di 80 S, se no i coefficienti di sedimentazione

separati sono 60 S e 40 S. I ribosomi sono costituiti da RNA e proteine soprattutto nella

subunità maggiore; ci sono diverse classi di RNA maggiore (5 S, 28 S e 5.8 S) e minore

(18 S), il 5 S viene trascritto fuori dal nucleolo e il resto dentro al nucleolo. I ribosomi si

formano nel nucleolo; le proteine sono sintetizzate nel citoplasma, e quando entrano nel

nucleo si associano con il DNA a formare i ribosomi ed escono dal nucleo. Il ribosoma

scorre lungo il messaggero dove vi è una sequenza di triplette di nucleotidi (codoni): ad

ogni codone viene associata una molecola proteica. La traduzione avviene

contemporaneamente da tanti ribosomi collocati lungo la molecola di RNA messaggero e

21

si formano i poliribosomi. Tutti i ribosomi sintetizzano proteine che possono rimanere

libere nel citosol, andare negli organuli cellulari delimitati da membrana, possono andare

nella membrana e delimitare il lume oppure andare fuori dalla cellula. I ribosomi sono tutti

uguali ma il loro comportamento è legato al destino della proteina che sintetizzano.

La traduzione inizia sempre su ribosomi liberi del citosol, se la proteina sintetizzata

(definita dall’RNA messaggero) è destinata a rimanere libera nel citosol o ad andare in

alcuni organuli (nucleo, mitocondri, cloroplasti o perossisomi). In questo caso si ha

un’importazione postraduzionale; la sintesi si completa nel citosol e il traferimento delle

e poi avviene l’importazione

proteine avviene dopo che è finita la traduzione

postraduzionale negli organuli; la traduzione in pratica si completa nel ribosoma libero.

Se, invece, la proteina ha come destino di rimanere nel reticolo o di andare nel complesso

del Golgi o nei lisosomi oppure di essere esocitata o nella membrana, allora la traduzione

il ribosoma con l’RNA messaggero trasloca sul reticolo

iniziata nel citosol si blocca e l’importo nel reticolo è

endoplasmatico e lì riprende la traduzione: cotraduzionale, cioè

contiene anche l’informazione

contemporaneo alla traduzione. Il gene relativo alla proteina

riguardante il suo destino; nella proteina sintetizzata c’è un pezzo di molecola che è il

segnale che indica il destino della molecola stessa, il trasferimento in questo caso avviene

mediante vescicola.

TRAFERIMENTO MEDIANTE SEQUENZE SEGNALE; le sequenze segnale sono quelle

che determinano il destino di una qualsiasi molecola proteica. Una determinata sequenza

di amminoacidi presenta il segnale di smistamento in modo che l’organulo destinato ad

accoglierla la riconosca. Cambiando le sequenze segnale si capì che erano quelle a

determinare il destino della proteina; normalmente le sequenze segnale vengono staccate

da diversi enzimi.

TRASFERIMENTO MEDIANTE VESCICOLE; il compartimento da cui parte la vescicola

gemma e poi dopo la fusione della vescicola con la membrana esterna il contenuto è

riversato all’esterno.

SINTESI DI UNA PROTEINA (destinata ad andare nel lume): nel citosol ci sono particelle

proteiche chiamate SRP (particella di riconoscimento del segnale), che si legano alla

sequenza segnale, si blocca così il processo di traduzione. Sulla membrana del reticolo

granulare è presente un recettore per l’RSP che, quindi, si lega al recettore. Sulla

membrana del reticolo c’è anche un sito di legame per il ribosoma; quando il recettore per

l’RSP si lega, il ribosoma si avvicina e la proteina entra nel traslocatore della proteina (o

traslocone) e la traduzione continua allungandosi dentro il reticolo endoplasmatico

granulare. La molecola proteica così cresce dentro il lume del reticolo.

Modifiche delle proteine nel REG

1• Taglio proteolitico del peptide segnale

2• Ripiegamento (folding)

3• Idrossilazione di amminoacidi (prolina e lisina) 22

4• Formazione di ponti disolfuro

5• Eventuale inserimento di un’ ancora lipidica (GPI),

6• Glicosilazione iniziale

Dopo che la proteina cresce dentro il lume del reticolo, la peptidasi rompe il legame

peptidico che separa la sequenza segnale dalla molecola proteica e, quindi, la proteina

rimane dentro il lume del reticolo (1). La proteina può rimanere inserita anche nella

membrana del reticolo e, in questo caso, la sequenza di trasferimento al reticolo è

Dove c’è una sequenza con caratteristiche idrofobiche la catena rimane inserita

idrofobica.

nella membrana ed assume una conformazione ad alfa elica; il tratto idrofobico

rappresenta un segnale di blocco del trasferimento, è un segnale di arresto e la proteina

rimane inserita nello spessore della membrana. E’ anche possibile che vi sia solo una

sequenza di inizio e allora la proteina è capovolta rispetto alla precedente, vi è stata una

sorta di inversione. Inoltre, ci sono proteine multipass che possono attraversare la

membrana più di una volta; in questo caso non viene rimossa la sequenza di

riconoscimento inserita nello strato bimolecolare lipidico. Se ci sono due sequenze

idrofobiche ad alfa elica la proteina attraversa la membrana due volte e così via; tutto

dipende dalle sequenze di nucleotidi del gene che sintetizza per questa proteina. Se le

proteine rimangono nella membrana hanno necessariamente regioni idrofobiche.

Le proteine subiscono una serie di trasformazioni e si ripiegano assumendo la struttura

sia all’interno della stessa

terziaria (2); si possono inoltre formare dei ponti disolfuro,

catena sia tra proteine diverse: i ponti disolfuro possono determinare una ripiegatura

intracatena (avviene tra due residui di cisteina) oppure una ripiegatura che può avvenire

tra diverse catene (4); si può avere una idrossilazione di amminoacidi come prolina e lisina

essere inserita un’ancora lipidica

(3); nella proteina può anche (5).

Alcune proteine vengono glicosidate (hanno residui glucidici) e tale processo inizia nel RE

e si completa nel complesso del Golgi (6) la glicosilazione iniziale avviene mentre sta

ancora avvenendo la traduzione; su residui di asparagina (ASP) viene trasferito un blocco

reticolo è modificato l’oligosaccaride

di oligosaccaridi. Nel e staccato il glucusio (con la

glucosidase) e il mannosio (con la mannosidase). Le proteine verranno traferite nel

complesso di Golgi dove altri enzimi modificano ancora gli oligosaccaridi. Le proteine si

legano alle regioni idrofobiche delle catene polipeptidiche nascenti.

“controllo di qualità”

Nel reticolo endoplasmatico ruvido avviene il ,cioè viene fatta una

verifica per la conformazione della proteine e, se non sono fatte correttamente, vengono

C’è un controllo sulla conformazione delle proteine; se sono ben

corrette o degradate.

conformate allora sono trasferite dal lume del reticolo fino alle vescicole di secreto. Se,

invece, la proteina non è correttamente ripiegata, viene modificata la componente glicidica

perché ci sono enzimi nel lume del reticolo che traferiscono un residuo di glucosio alla

molecola stessa; vengono staccati dei residui di mannosio e questa proteina viene fatta

uscire dal reticolo grazie al chaperone, una volta uscita finisce nel proteosoma, che è un

complesso enzimatico che distrugge la proteina e vengono riciclati i monomeri della

Il reticolo granulare è l’organulo tipico delle cellule che secernono.

proteina sbagliata. 23

IL RETICOLO ENDOPLASMATICO LISCIO

Sul reticolo liscio ci sono diversi enzimi per cui questo reticolo ha specifiche funzioni; il

reticolo nel suo insieme è l’organulo che dà origine a nuove membrane.

Funzioni del reticolo endoplasmatico liscio

• Sintesi dei fosfolipidi di membrana (col REG); il reticolo interviene nei fenomeni di

autofagia, processo per cui le cellule isolano il materiale da rinnovare dal resto del

citoplasma con un sistema di membrane fornito dal reticolo liscio. I fosfolipidi di membrana

sono sintetizzati da enzimi che si trovano sulla faccia citosolica della membrana del

tutte le nuove molecole lipidiche diverse l’una dall’altra vengono inserite nella

reticolo;

faccia citosolica della membrana del reticolo. L’enzima presente nella membrana

lipidiche all’altra faccia;

(flippasi) trasferisce le molecole le flippasi sono specifiche per

singoli fosfolipidi e, quindi, sono trasferiti in maniera mirata quelli destinati a passare

dall’altra faccia. Secondo un’altra teoria, invece, il trasferimento dei lipidi sarebbe casuale

e l’enzima che trasferisce è la scramblase; poi interverrebbe successivamente la flippasi

molecole fosfolipidiche da una parte all’altra.

che catalizza lo spostamento di specifiche

• Sintesi e catabolismo del glicogeno; gli enzimi si trovano solo sulla parte rivolta verso

il citosol. Il glicogeno viene degradato a molecole di glucosio, grazie al REL, che finiscono

nel sangue; la permeasi consente al glucosio di uscire.

• Sintesi del colesterolo

• Sintesi di steroidi (ormoni, acidi biliari); la bile prodotta dalle cellule del fegato ha

come costituenti essenziali gli acidi biliari sintetizzati dal reticolo liscio. Alcune delle

reazioni che portano alla sintesi degli ormoni steroidei avvengono anche nei mitocondri

oltre che nel reticolo endoplasmatico liscio.

• Detossificazione (o detossicazione); è una funzione specifica in certi tipi cellulari con il

reticolo liscio più sviluppato. Consiste nel fatto che ci siano molecole poco idrosolubili

difficilmente eliminabili: queste molecole devono prima essere rese solubili per essere

eliminate. Vengono modificate nel reticolo endoplasmatico liscio da enzimi (idrossilasi o

glucuronidasi) che aggiungono gruppi polari per rendere le molecole più solubili. A volte le

molecole che si originano sono più tossiche di quelle di partenza però sono più solubili in

acqua. Nella cellula epatica c’è tanto reticolo liscio; nelle cellule del fegato vengono

catabolizzati anche gli steroidi, che sono resi più solubili.

• Immagazzinamento e rilascio di calcio intracellulare; nelle cellule scheletriche del

tessuto striato c’è un reticolo sarcoplasmatico molto sviluppato che ha la funzione di

immagazzinare il calcio e rilasciarlo perché possa favorire la contrazione muscolare. Il

reticolo sarcoplasmatico è molto sviluppato nelle fibre muscolari scheletriche ed è la sede

di accumulo di ioni Ca. Quando arriva un potenziale di azione si aprono i canali per il

calcio e, quindi, si ha la fuoriuscita di ioni calcio dal lume del reticolo al citosol; gli ioni

calcio tornano nel reticolo tramite una pompa per il calcio che lo riporta dentro quando

termina la contrazione. 24

BIOGENESI DELLE MEMBRANE

I glucidi sono solo sulla faccia esterna della membrana. Se dal reticolo si staccano

l’orientamento delle

vescicole che poi percorrono una via che porta alla secrezione,

molecole rimane sempre lo stesso e si mantiene sempre l’asimmetria della membrana. La

principale ipotesi di accrescimento è che tutte le molecole che costituiscono le membrane

sono prodotte in tutti i tipi di cellule e le membrane si estendono grazie alle molecole

prodotte nel reticolo liscio. Oppure, le altre ipotesi sulle modalità di accrescimento delle

membrane sono che: 1) in realtà sono gli enzimi a modificare le caratteristiche della

membrana; 2) la membrana che gemma potrebbe avere una composizione diversa,

l’ipotesi è che la costituzione in fosfolipidi sia già cambiata; 3) le membrane di organuli

adiacenti possono ricevere specifiche molecole lipidiche da proteine trasportatrici di lipidi,

che caricano una singola molecola lipidica da una membrana e la trasferiscono in un’altra;

4) accostamento delle membrane a scambio diretto; ci sono diversi meccanismi di

accrescimento delle membrane a seconda del tipo di organuli.

APPARATO DEL GOLGI

Camillo Golgi era un ricercatore italiano che studiava il tessuto nervoso e, applicando le

l’internal

tecniche di impregnazione argentica, osservò reticular apparatus (chiamato in

seguito apparato di Golgi). Successivamente i ricercatori notarono che usando tecniche

che depositavano meno argento si vedeva una regione nelle cellule nervose in cui

costantemente vi era il precipitato di sali d’argento. Questa regione era sempre sopra il

nucleo in tutte le cellule; per molti ricercatori quello che si vedeva con l’impregnazione

argentica era un artefatto. Se sullo stesso tessuto di villi intestinali al posto

dell’impregnazione argentica si fa una colorazione che metta in evidenza altri organuli si

osservano delle zone non colorate; Corti chiamò tale regione lacunoma. Il microscopio

elettronico dimostrò che quella regione in cui non si vedeva nulla corrispondeva a quella

identificata da Golgi e, da ciò, quella regione prese il nome di complesso/apparato di

Golgi. Con il microscopio elettronico si vede un sistema di membrane interne costituite da

diverse cisterne schiacciate e incurvate verso la stessa direzione; ci sono anche piccole

vescicole verso la faccia convessa e grosse vescicole verso la faccia concava. Il numero

dei sacchi è variabile da 4/5 a 20. Lo stesso organulo è sia nelle cellule animali che

vegetali, ma i biologi vegetali definiscono queste cisterne dittiosomi; varia il numero di

membrane all’interno di un dittiosoma e anche il numero di dittiosomi presenti in una

cellula.

La faccia convessa è detta regione CIS, mentre quella concava è definita regione TRANS

del Golgi; vengono chiamate zone/regioni/reti cis/trans. La rete cis è verso il reticolo

mentre la rete trans è quella più lontana. L’apparato di Golgi è

endoplasmatico granulare,

un organulo che coopera con il reticolo, è un organulo a sé stante che ha però relazioni

con il reticolo. 25

Le funzioni del Complesso del Golgi:

• centro di maturazione e smistamento delle proteine della via secretoria; il Golgi,

non solo trasporta e completa le molecole prodotte nel reticolo granulare, ma le smista e le

indirizza anche verso la loro destinazione finale. In corrispondenza della regione trans si

staccano molte vescicole; le sue membrane sono simili a quelle del reticolo

endoplasmatico. Ci sono delle differenze di composizione tra le proteine nelle diverse

regioni della membrana; se si fa una tecnica immunocitochimica per proteine si

localizzano solo nelle regioni intermedie. Nelle diverse regioni avvengono diverse reazioni

ad opera di diversi enzimi; sono molte reazioni che hanno a che fare con la glicosilazione

delle proteine. Il materiale pronto può fruire nei lisosomi, come componente della

membrana plasmatica o come secreto, fuori, grazie ad una vescicola.

L’apparato di Golgi è la sede di smistamento delle molecole prodotte dentro la cellula; dal

reticolo endoplasmatico le proteine vanno nel Golgi attraverso piccole vescicole, che si

fondano con la sua rete cis. Vi sono due ipotesi di meccanismi di trasporto attraverso le

cisterne del Golgi: 1) le diverse regioni del complesso del Golgi mantengono la loro

identità; si ritiene che ci sia una sorta di flusso continuo di cisterne, cioè una maturazione

progressiva delle cisterne che poi ritornano indietro per il ripristino progressivo delle

caratteristiche delle diverse zone; 2) è un meccanismo che prevede vescicole nei due

sensi e cioè non solo per ripristinare le caratteristiche originarie. Ci sarebbe un flusso di

vescicole da un compartimento all’altro del complesso del Golgi; questo modello si chiama

di trasporto vescicolare. In realtà probabilmente sono presenti tutti e due i modelli.

• completamento del processo di glicosilazione delle proteine; per fare il

completamento della glicosilazione delle proteine a partire dalla regione cis sono staccati i

residui di mannosio. La glicosilazione era iniziata contemporaneamente alla traduzione; ci

sono oligosaccaridi molto ricchi di residui di mannosio.

• sintesi di glicosaminoglicani; in realtà nel complesso del Golgi ci sono molecole che

Nella cellula mucipara c’è

vengono sintetizzate direttamente lì: sono i glicosamminoglicani.

complesso del Golgi molto sviluppato; l’istoautoradiografia ha dimostrato che

un la sintesi

dei glicosamminoglicani avviene nel complesso del Golgi.

• fosforilazione di un mannosio legato alle proteine destinate ai lisosomi e

indirizzamento degli enzimi lisosomali; i lisosomi contengono al loro interno degli

enzimi idrolitici (idrolasi) che rompono dei legami attraverso l’introduzione di una molecola

“idrolasi

di acqua. Sono definiti anche acide” perché le idrolasi agiscono esclusivamente in

ambiente acido; sono enzimi sintetizzati nel reticolo endoplasmatico granulare che

passano nella rete cis del Golgi dove queste molecole sono riconosciute da un enzima lì

presente, che lega un gruppo fosfato ad un radicale di mannosio in posizione 6 (del

mannosio); tutti gli enzimi lisosomiali vengono fosforilati su enzimi di mannosio in

posizione 6. Questo è un sistema per marchiare queste proteine che devono finire nei

l’identificazione di questo marchio avviene nella rete trans del Golgi,

lisosomi, dove nella

membrana è presente un recettore per il mannosio 6-fosfato. Quando la vescicola si 26

stacca il rivestimento proteico si stacca e si ha la depolimerizzazione di clatrina, che è

usata per altre vescicole.

Idrolasi acide + recettore = prelisosoma; nei lisosomi per funzionare ci deve essere un

substrato e anche il distacco dal recettore che avviene nel compartimento degli endosomi

tardivi; gli endosomi tardivi sono caratterizzati dal PH acido, infatti, vengono trasferiti

contro gradiente ioni H+ che abbassano il PH: tutto ciò determina il distacco dai recettori e

il substrato è nell’endosoma tardivo, alla fine tutto ciò porta alla

del gruppo fosfato;

dell’endosoma maturo.

formazione

• Formazione dell’acrosoma; l’acrosoma è una grossa vescicola che si trova nella testa

dello spermatozoo sopra al nucleo, e che contiene al suo interno degli enzimi litici analoghi

a quelli dei lisosomi. La funzione è quella di smontare le membrane della cellula uovo al

momento della fecondazione e consentire la penetrazione del nucleo. L’origine

dell’acrosoma deriva dalla fusione del complesso del Golgi durante il processo di

spermatogenesi. un percorso in direzione

VIE BIOSINTETICO-ESCRETORIA ED ENDOCITICA; c’è

opposta a quello verso l’esterno che serve per riciclare le vescicole. Le vescicole che si

staccano dal reticolo e vanno nel Golgi hanno una proteina di rivestimento di tipo II

(COPII), le vescicole che tornano indietro hanno invece come rivestimento il COPI.

Il rivestimento di clatrina si organizza solo e sempre in vescicole in cui si verifica

un’interazione tra i recettori di membrana e un determinato ligando.

SECREZIONE

Esistono due diversi tipi di vie secretorie:

1) via secretoria costitutiva/continua; man mano che le vescicole si formano si

portano a ridosso della membrana plasmatica e si fondono con essa riversando

all’esterno il loro contenuto.

2) via secretoria regolata; le vescicole di secreto si accumulano sulla membrana

nella parte apicale della cellula. Ci deve essere un segnale, come un ormone, che

faccia scattare l’esocitosi. Ad esempio l’aumento della concentrazione di ioni calcio

fa scattare la fusione delle membrane delle vescicole, i canali si aprono come

conseguenza di un particolare legame tra un ligando e un recettore di membrana.

Durante tutti questi trasferimenti di membrane esse mantengono sempre lo stesso

orientamento, è mantenuta l’asimmetria delle membrane. Le vescicole si muovono

principalmente grazie ai microtubuli; in maniera minore contribuiscono al

movimento i microfilamenti contrattili. I microtubuli sono strutture orientate, cioè le

loro due estremità sono diverse, essi sono formati dalla polimerizzazione della

Poiché i microtubuli sono strutture dinamiche, da un’estremità prevale

tubulina.

l’accorciamento dei monomeri e dall’altra l’allungamento (si chiamano

rispettivamente estremo meno ed estremo più). Il centrosoma è la regione dove 27

sono collocati i centrioli, è il centro organizzatore di microtubuli; essi hanno

l’estremo meno nella regione dei centrioli e quello più verso la superficie cellulare e,

quindi, la periferia della cellula. Ci sono proteine motrici che hanno la caratteristica

di muoversi lungo i microtubuli con un dispendio energetico. Due proteine motrici

viaggiano in direzione opposta l’una all’altra; la proteine dineina si sposta

dall’estremo più a quello meno, la proteina chinesina, invece, dal meno al più; ciò

avviene con un consumo di energia. Queste proteine si legano alle vescicole

perché hanno affinità per la loro membrana, il movimento delle vescicole dipende

proteine motrici. Consumando ATP le “gambette” delle proteine

da queste

cambiano conformazione e fanno spostare le vescicole; vi sono due tipi di trasporto:

dall’interno verso la superficie della cellula;

1) anterogrado, che parte 2)

retrogrado, che parte dalla rete trans del Golgi fino al reticolo. Se si applica la

tecnica dell’istoautoradiografia con amminoacidi marcati si vede il percorso della

proteina.

Ci sono tipi di cellule che secernono in maniera continua e altri tipi cellulari che hanno

Le cellule dell’acido pancreatico sono ad

solo una secrezione di tipo controllato.

escrezione regolata.

determina l’ingresso di materiali dall’esterno; vi è un’invaginazione della

ENDOCITOSI:

membrana e si ha il distacco della vescicola dalla membrana plasmatica

si ha l’apertura della

ESOCITOSI: la vescicola si avvicina alla membrana plasmatica,

vescicola verso l’esterno e il rilascio del suo contenuto. C’è un complesso meccanismo

che consente ad una vescicola di aderire alla membrana bersaglio: 1) intercettazione;

c’è un sistema di riconoscimento specifico della vescicola; vi è un riconoscimento tra le

proteine della vescicola e le proteine della membrana, la proteina laccio riconosce le

proteine RAB sulla vescicola. 2) attracco; dopo che la RAB è stata agganciata alla

proteina si ha l’attracco grazie alle proteine snare sia sulla membrana della vescicola

queste proteine favoriscono l’avvicinamento della

sia sulla membrana destinataria,

vescicola alla membrana. Le proteine snare si riconoscono tra loro perché sono

complementari: v-snare (della vescicola) + t-snare (della membrana bersaglio). Le

vescicole così vanno a finire nel compartimento corretto, se cambia il bersaglio allora

cambia anche la proteina di destinazione; dopo la fusione si ha la dissociazione delle

proteine snare. Quando le proteine snare della cellula e del bersaglio si legano,

vengono escluse molecole di acqua che si trovano nello spazio tra le due membrane

essendo un ambiente idratato; tuttavia, per la fusione serve uno spazio in cui non vi è

dopo l’esclusione dell’acqua si ha la fusione

acqua (molecole idrofobiche). 3) fusione;

della prima parte e poi della seconda.

In alcuni casi all’interno delle vescicole si possono verificare dei cambiamenti alle

molecole contenute al loro interno. A seconda di come la molecola è tagliata dagli

L’ipofisi produce l’ormone

enzimi protolitici si possono originare molecole diverse.

ACTH (adenocorticotropo) che stimola la parte corticale della surrene, nelle cellule

dell’ipofisi la molecola è tagliata per produrre L’ormone melanoforo stimolante

ACTH. β-MSH

(MSH) fa cambiare colore alla pelle; la lipotropina dà origine a ed endorfina. A

28

seconda del tipo di cellula, all’interno della vescicola prima dell’esocitosi possono

Ci sono dei casi in cui quando c’è

avvenire trasformazioni fondamentali della molecola.

scatta l’esocitosi.

il legame antigene-anticorpo

Nei mastociti anche le vescicole più interne si fondono con vescicole più vicine che poi

si fondono con la membrana; tutte le vescicole si fondono insieme e poi riversano tutto

il contenuto all’esterno. Queste vescicole contengono tante molecole diverse e anche

l’istamina, che viene liberata nelle reazioni allergiche e che può portare alla

contrazione della muscolatura liscia (shock anafilattico). I mastociti sono i responsabili

di questi effetti: si chiama esocitosi a esplosione, ed è un particolare tipo di esocitosi

regolata. In certi tipi cellulari le vescicole possono essere importanti per la membrana

che delimita la cellula; le vescicole possono anche essere importanti come riserve di

membrana poiché a volte la membrana ha bisogno di aumentare di molto e in poco

Ad esempio quando una cellula si divide c’è un notevole

tempo le sue dimensioni.

aumento di superficie e, quindi, una serie di vescicole si fondono con la membrana.

Nella fagocitosi la cellula estende la sua membrana grazie alle vescicole presenti nella

cellula; se c’è un danno modesto alla membrana vi può essere così un rapido

aggiustamento della membrana. Vi può essere un indirizzamento diretto delle vescicole

verso la membrana oppure le vescicole finiscono in maniera casuale nella membrana

ma poi ci sono diversi sistemi che consentono di smistare in maniera corretta le

proteine di membrana.

I principali tipi di rivestimento delle vescicole sono la clatrina I, clatrina II e la caveolina;

quest’ultima riguarda il rivestimento di vescicole che si formano dalla superficie

cellulare con delle piccole invaginazioni (caveole).

ENDOCITOSI

Il termine endocitosi si usa per indicare la tappa iniziale del percorso, opposto

all’esocitosi, che va dall’esterno della cellula all’interno e che coinvolge tutti gli organuli

L’endocitosi va divisa in due fenomeni un po’

cellulari tra cui lisosomi ed endosomi.

diversi l’uno dall’altro: la consiste nell’assunzione di

pinocitosi e la fagocitosi; il primo

la fagocitosi è l’assunzione di particelle solide

macromolecole in soluzione, mentre

anche grandi, e anche di intere cellule. Mentre la pinocitosi è un fenomeno

estremamente diffuso che riguarda la maggior parte dei tipi cellulari, la fagocitosi nei

metazoi (organismi pluricellulari) è caratteristica di cellule specializzate chiamate

macrofagi e granulociti del sangue (in particolare neutrofili); gli altri tipi cellulari non

hanno questa attività, tipica, invece, dei protozoi unicellulari che la utilizzano per

Nei metazoi la fagocitosi ha come significato la difesa dell’organismo.

nutrirsi.

PINOCITOSI è un fenomeno attivissimo nelle cellule endoteliali e si distingue in:

1) Pinocitosi aspecifica; si formano delle piccole vescicole, la membrana plasmatica

forma una fossetta e invagina inglobando materiale; non vi sono proteine di clatrina.

La cattura di molecole non specifiche non è selezionata, nessuna molecola viene 29

controllata né vi è concentrazione del materiale introdotto in soluzione. Le cellule

endoteliali sfruttano molto questa attività e anche molti altri tipi di cellule, come le

cellule del connettivo. La pinocitosi aspecifica contribuisce anche al recupero di

membrane per riequilibrare la superficie della membrana plasmatica se viene

lesionata.

2) Pinocitosi mediata da recettori o specifica; la membrana plasmatica presenta,

sulla faccia rivolta verso il citosol, un rivestimento che vi è anche sulla faccia

citosolica della vescicola che si disgrega dopo poco. Si ritiene che questo

rivestimento, come gli altri, favorisca la chiusura e la formazione della vescicola. I

recettori di membrana legano in maniera specifica le molecole, non molto

concentrate fuori dalla cellula, che vengono catturate e concentrate grazie a questi

specifici recettori. Si forma un complesso recettore-ligando; contemporaneamente

compare un rivestimento sotto i recettori fatto da molecole di clatrina, che non si

legano direttamente alle molecole del recettore, ma si legano alla proteina

adattatrice che fa da ponte tra la clatrina e il recettore. Vi è una polimerizzazione

“cesto” attorno alla membrana e

della clatrina che forma una sorta di favorisce il

A questo punto, interviene un’altra proteina

processo di formazione della vescicola.

per far staccare la vescicola dalla membrana (dinamina); il rivestimento si disgrega

appena la vescicola si forma, rimane la vescicola non rivestita con il ligando ancora

legato al recettore. Questa vescicola confluisce in un endosoma precoce in cui

avviene un abbassamento di PH (grazie a pompe protoniche), che determina il

distacco del ligando dal suo recettore. Una vescicola, contenente recettori specifici,

si stacca dall’endosoma precoce e li riporta nella membrana plasmatica. Il ligando

diversi; può essere degradato andando, quindi, nell’endosoma

può avere destini parte della

tardivo (lisosoma), oppure queste molecole sono fatte uscire dall’altra

l’endosoma è una “stazione di

cellula nel fenomeno della transcitosi: precoce

smistamento” del materiale in entrata.

Le molecole di clatrina associandosi formano una struttura sulla periferia della

vescicola; la molecola di clatrina è formata da monomeri detti trischelion. La

interviene solo nell’ultima

dinamina fase a completare la strozzatura e le sue

formano una specie di “laccio” che favorisce il distacco. E’ necessaria

molecole

l’idrolisi di molecole di ATP perché sia la polimerizzazione che la

depolimerizzazione richiedono un dispendio energetico. Gli endosomi precoci si

trovano più vicini alla superficie della cellula (detti anche periferici), mentre quelli

tardivi sono più in profondità. Gli endosomi sono un vero e proprio organulo, quelli

precoci rappresentano il compartimento in cui il materiale che arriva viene smistato;

dall’endosoma precoce ciò che deve essere degradato va nell’endosoma tardivo

Nell’endosoma tardivo arrivano gli enzimi

dove il PH si abbassa ulteriormente.

lisosomiali da vescicole della rete trans del Golgi; gli enzimi lisosomiali si staccano

dal recettore per il mannosio 6-fosfato che ritorna alla rete trans del Golgi. Si ha alla

fine un lisosoma vero e proprio, e in questa vescicola avviene la degradazione delle

molecole.

N.B: il complesso del Golgi smista il materiale prodotto dalla cellula, mentre

l’endosoma precoce smista il materiale che entra nella cellula. 30

FAGOCITOSI

La fagocitosi è un meccanismo molto usato dai protozoi. La membrana plasmatica emette

dei pseudopodi, che sono prolungamenti utilizzati per circondare il batterio da inglobare. In

realtà, si creano dei legami tra le molecole della membrana e gli antigeni della molecola;

gli pseudopodi inglobano grazie a questi legami con gli antigeni. Il fagosoma formatosi

finisce nel compartimento degli endosomi, dove gli enzimi hanno il compito di smontarlo;

non sempre le cellule ci riescono perché a volte il batterio si divide e prende il

sopravvento. Gli enzimi lisosomiali sono a contatto con il batterio nel fagolisosoma. Se il

materiale è digerito completamente, allora le sue componenti entrano nel citosol e

vengono riutilizzate. Se, invece, non avviene la degradazione del batterio, esso può

danneggiare il lisosoma; se le sue componenti non sono digerite del tutto, la vescicola

che contiene il materiale non digerito prende il nome di corpo residuo; i protozoi buttano

fuori il contenuto dei corpi residui, i metazoi invece no. Se le cellule hanno vita breve,

allora i corpi residui vengono distrutti con la morte della cellula; mentre è tipico di grossi

neuroni accumulare all’interno grossi residui che sono segno dell’invecchiamento della

cellula (come le lipofuscine).

I LISOSOMI

L’esistenza dei lisosomi è stata ipotizzata ancora prima della loro scoperta. L’unico enzima

che è sempre stato ritrovato nei lisosomi è la fosfatasi acida, come aveva ipotizzato René

de Duve perché, se non si evidenzia la fosfatasi acida, non si riescono ad identificare i

Se l’ambiente non è acido, gli enzimi lisosomiali non funzionano e, per questo

lisosomi. La membrana è rivestita dall’esterno

motivo, il PH nelle idrolasi acide è molto più basso.

da un rivestimento glicidico; i lisosomi si identificano soltanto facendo una reazione

immunocitochimica per la fosfatasi acida.

Nei granulociti del sangue, in particolare in quelli neutrofili, una grossa parte di granuli

sono dei lisosomi che si possono evidenziare al microscopio ottico; i lisosomi si possono

A partire dall’endosoma precoce fino al

vedere anche in quelli eosinofili e basofili.

lisosoma si abbassa progressivamente il PH a causa della pompa protonica.

I destini dei recettori endocitari sono diversi; i recettori possono essere riciclati a partire

dall’endosoma precoce oppure tornare dalla membrana da cui si sono originati, oppure

ancora essere degradati dal lisosoma e subire quindi transcitosi.

I destini del materiale endocitato possono essere molteplici: 1) recettore riciclato e ligando

degradato; 2) recettore e ligando riciclati; 3) recettore e ligando degradati; 4) recettore e

ligando trasportati (transcitosi).

Gli endosomi riciclanti sono importanti anche come sede di accumulo di proteine di

membrana, se non vi è necessità di far entrare il glucosio nella cellula, la membrana ha

pochi trasportatori per il glucosio; se, invece, aumenta la glicemia nel sangue, è 31

nelle cellule grazie all’immissione di trasportatori grazie

necessario far entrare il glucosio

agli endosomi. La maggior parte degli enzimi lisosomiali ha come bersaglio un endosoma

tardivo, una parte invece prende la via dell’esocitosi però il recettore rimane nella

e viene recuperato per endocitosi e ritorna nell’endosoma tardivo.

membrana

Il materiale che viene digerito nei lisosomi può avere due origini diverse:

il materiale è introdotto dall’esterno della cellula;

1) Eterofagia; essa si trova negli

organismi pluricellulari solo per meccanismi di difesa.

2) Autofagia; gli enzimi lisosomiali agiscono su materiali provenienti dalla cellula

stessa, in questi fenomeni interviene il reticolo endoplasmatico liscio. Durante

l’autofagia si forma l’autofagosoma. In casi estremi di digiuno prolungato le cellule

possono dare origine a fenomeni di autofagia per sopravvivere. La crinofagia

riguarda le cellule delle ghiandole endocrine che accumulano secreto, se ne viene

accumulato in eccesso queste vescicole sono degradate per autofagia.

Gli enzimi lisosomiali normalmente non possono riversare il loro contenuto nel citosol, ma

il materiale deve essere isolato dal resto del citoplasma; la digestione può essere

endolisomiale o esolisomiale. Nel fenomeno dell’autolisi, invece, gli enzimi lisosomiali

escono dalle vescicole e distruggono la cellula. Si riteneva che questo meccanismo

venisse utilizzato in eventi fisiologici, adesso invece si ritiene che avvenga solo per

processi patologici; quelli che si riteneva fossero fenomeni di autolisi erano in realtà

fenomeni di apoptosi. osseo; all’esterno

Gli osteoclasti riassorbono la sostanza fondamentale del tessuto

esocitano nel tessuto dei lisosomi, ma gli enzimi lisosomiali funzionano a PH acido e sulla

parte organica vi è un deposito di calcio, quindi, bisogna rendere solubili i sali di calcio

(fosfati di calcio) e far si che gli enzimi possano agire. Gli osteoclasti producono anche

all’esterno e decalcificano e rendono possibile l’attività degli enzimi

acidi che sono riversati

lisosomiali.

Patologie da accumulo di molecole per deficienza di enzimi lisosomiali: la mancanza di un

dannoso per l’organismo.

enzima fa accumulare il substrato causate dall’esposizione a molecole

Patologie dovute a liberazione di enzimi lisosomiali:

inorganiche come la silice o l’amianto (quest’ultimo oltre a provocare questi danni

immediati, essendo cancerogeno, provoca anche i tumori). Particelle di carbonio e,

soprattutto, di silice sono inglobate dai macrofagi sotto gli alveoli polmonari, queste

particelle finiscono nei lisosomi ma formano dei ponti con la membrana stessa dei lisosomi

che si rompe buttando fuori gli enzimi e il materiale inglobato: è un danno che aumenta in

maniera esponenziale. Il materiale non è degradato e la cellula va in autolisi. I granulociti

che li inglobano vanno incontro ad autolisi: processo infiammatorio.

mentre l’APOPTOSI

La NECROSI è la morte incontrollata delle cellule, è la morte

controllata delle cellule costituita da una serie di reazioni controllate e successive che

portano alla diminuzione del DNA e alla riduzione degli organuli: si formano dei frammenti

cellulari chiamati corpi apoptotici che vengono uccisi dai macrofagi; la cellula muore senza

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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze biologiche
SSD:
Università: Torino - Unito
A.A.: 2018-2019

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher annatoso95 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biologia della cellula e dello sviluppo e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Torino - Unito o del prof Guastalla Alda.

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