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Biologia cellulare - smistamento delle proteine Appunti scolastici Premium

Appunti di biologia cellulare della professoressa Defilipppi sulla struttura ed il metabolismo dei glicoprotidi. Gli argomenti trattati sono i seguenti: le proteine che legano monosaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi (proteine glicate) e la struttura delle unità disaccaridiche fondamentali. Vedi di più

Esame di Biologia cellulare docente Prof. P. Defilippi

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e) Eparansolfati: il disaccaride fondamentale è simile a quello presente nelle eparine con la

differenza che l’acido iduronico è meno frequente e la glucosamina è spesso acetilata e

meno solforilata. Sono componenti delle membrane cellulari particolarmente espressi

nell’endotelio dei vasi arteriosi ed a livello dei polmoni. A differenza dell’eparina non hanno

azione anticoagulante.

Biosintesi del proteoglicano

La biosintesi del proteoglicano prevede la costruzione della catena saccaridica sulla proteina

già formata, processo che è attivo a livello dell’apparato di Golgi. La sintesi della catena

prevede reazioni di trasferimento delle unità saccaridiche tutte in forma attivata cioè legate

ad un nucleotide (UDPG, UDPGal, UDPGlcA, UDPGlcNAc, UDPGalNAc), UDPxiloso,).

Nella sintesi di catene oligosaccaridiche impegnate a formare il protide-oligosaccaride. oltre

alle forme attive dei monosaccaridi sopra riportate, sono coinvolti anche le forme attive di

mannoso (Man), fucoso (Fuc), acido N-acetilneuraminico, rappresentate da GDPMan

GDPFuc CMPNeuNAc. Nella reazione di trasferimento di solito il legame glicosidico fra il

 

monosaccaride ed il nucleotide per di più glucosidico diventa glucosidico all’atto in cui

il monosaccaride si lega alla proteina o ad un precedente monosaccaride, fatta eccezione per

NeurNAc il cui legame sia con CMP sia con un altro monosaccaride è sempre glucosidico.

Sintesi di GlcNAc e GalNAc: inizia da G-6-P che viene isomerizzato in F-6-P; quest’ultimo

in una reazione di trasferimento accetta dalla glutamina (acido glutamico aminato al

) 

carbossile l’aminogruppo in e si trasforma simultaneamente in glucosamina-6-P (GlcN);

questa è quindi acetilata all’aminogruppo in presenza di acetil coenzima A (acetilCoA) e

successivamente trasformata in GlcNAc-1-P per spostamento del fosfato da 6 in 1. GlcNAc-

1-P in presenza di UTP per reazione nucleotidiltransferasica si trasforma in UDPGlcNAc e

pirofosfato. UDPGlcNAc a sua volta può trasformarsi in UDPGalNAc per epimerizzazione

del carbonio 4 ad opera di una epimerasi NAD dipendente.

Sintesi di fucoso: il fucoso è un monosaccaride della serie L e precisamente è un 6-desossi

L-galattoso considerato anche un metilpentoso. Nei nostri tessuti il fucoso non si trova

libero ma sempre impegnato con GDP a formare la sua forma attiva (GDPFuc) o impegnato

in catene oligosaccaridiche legate a proteine, mai però all’estremo della catena. La forma

attiva si costituisce a partire da GDPMan in presenza di NADP ridotto. La reazione di

riduzione del gruppo alcolico in 6 del mannoso a gruppo metilico implica anche

un’inversione di configurazione per cui il carbonio in 6 dalla configurazione trans rispetto

all’ossidrile legato al carbonio 4 assume quella cis, e del pari dell’ossidrile legato a C3 che

diventa codirezionale con l’ossidrile legato a C4.

Sintesi di UDPxiloso: il composto si origina da UDPGlcA per perdita del carbonio

carbossilico in 6 ad opera di una liasi con liberazione di CO . Si spiega in questo modo la

2

forma piranosica di questo pentoso.

Sintesi di acido sialico (NeurNAc) e della forma attiva CMPNeurNAc: NeurNAc si forma a

partire da UDP-N-acetilglucosamina (GlcNAc) convertita in una reazione complessa, che

prevede l’intervento di ATP e forse di NAD, in N-acetil-mannosamina ; quest’ultima in una

reazione cinasica in presenza di ATP viene fosforilata in 6 a formare NAcetil-mannosamina

-6-P, che in presenza di fosfoenolpiruvato (PEP) in una reazione di tipo liasico, in cui la liasi

2+

è attivata da Mg e glutatione, si trasforma in NeurNAC-9-fosfato con liberazione di

fosfato; NeurNAc-9-fosfato viene defosforilato e successivamente in presenza di

citidintrifosfato (CTP), su intervento di una CMP transferasi, originano pirofosfato e CMP-

NeurNAc in cui NeurNAc è unito a CMP con legame glucosidico, legame che verrà

conservato anche quando NeurNAc si unisce ad altri monosaccaridi: es. Gal.

Sintesi di solfato attivo: origina da ATP e solfato in una reazione nucleotidiltransferasica

che comporta la formazione di adenosin-5-fosfosolfato (legame di anidride mista tra fosfato

e solfato) e pirofosfato; successivamente per reazione cinasica in presenza di ATP al

carbonio 3 del riboso di adenosin-5-fosfosolfato viene unito un fosfato con formazione di

adenosin-3-fosfato, 5-fosfosolfato definito solfato attivo.

Nei proteoglicani la costruzione del tetrasaccaride ponte inizia con il trasferimento, a mezzo

di xilosiltransferasi, galattosiltransferasi e glucuroniltransferasi delle unità glucidiche

attivate a partire da Xil seguito da Gal, Gal e GlcA; il legame fra Xil e Ser della proteina è

  

glucosidico, fra Xil e Gal è 1-4 glucosidico, fra Gal e Gal è 1-3 glucosidico ed ancora

1-3 glucosidico fra Gal e GlcA. A quest’ultimo segue la catena del polisaccaride. Queste

modalità di sintesi riguardano anche la costruzione dei proteoglicani contenente

cheratansolfato. Quindi la proteina verrà rilasciata dal trans Golgi inclusa in vescicole ed

avviata alla sua posizione definitiva. Se legata alla membrana della vescicola, questa

collabisce con la membrana plasmatica e la proteina si localizzerà sulla faccia esterna della

membrana, se invece presente nella matrice della vescicola essa rimarrà a formare proteine

citoplasmatiche eventualmente escreta dalla cellula: es. eparina da cui solo il

glicosaminoglicano viene rilasciato in circolo.

La sintesi delle proteine leganti catene oligosaccaridiche è assai complessa e non del tutto

nota nelle diverse tappe. La sintesi dell’oligosaccaride procede nel reticolo endoplasmico e

spesso si conclude nel cis o medio Golgi. Per le proteine in cui il legame con

l’oligosaccaride è di tipo O-glucosidico è probabile che l’oligosaccaride si costruisca

progressivamente sulla proteina processo che inizia nel reticolo sulla cui membrana sono

adese le varie glicosiltransferasi ed a cui può essere adesa la proteina; alternativamente la

proteina può essere libera nel lume del reticolo e qui venire glicosilata. Se la proteina è

inclusa nella membrana del reticolo rimarrà tale anche quando verrà rilasciata in forma di

vescicola dal trans Golgi e quindi andrà a formare proteine integrali di membrana sia quella

plasmatica sia degli organelli subcellulari; se invece è libera nel lume del reticolo rimarrà

tale anche quando verrà rilascata in forma di vescicola dal trans Golgi ed in questo caso

formerà proteine libere nel citoplasma o nella matrice degli organelli subcellulari.

Meglio noto nelle sue diverse tappe è il processo sotteso alla sintesi di glicoproteine in cui il

legame con la catena oligosaccaridica è di tipo N-glucosidico. In questo caso la

glicosilazione avviene sulla proteina ancora in via di sintesi, la cui catena emergendo dal

ribosoma si lega alla membrana del reticolo, e prevede la costruzione di un oligosaccaride

precursore che inserito sulla proteina verrà poi profondamente rimaneggiato già nel reticolo

e poi nel cis e medio Golgi; dal trans Golgi la proteina in forma matura verrà quindi

rilasciata racchiusa all’interno di vescicole entro le quali può trovarsi libera o legata alla

membrana della vescicola.

La sintesi dell’oligosaccaride non avviene sulla proteina ma su un alcool primario a lunga

catena altamente idrofobico costituito da unità isoprenoidi in numero di 17-20 definito

dolicolo. Questo dolicolo, che è inserito nella membrana del reticolo ora sul lato

citoplasmatico ora sul lato minimale, si può trovare come tale, o esterificato con acidi grassi

a lunga catena, ma più spesso in forma fosforilata in cui il gruppo alcolico del dolicolo è

esterificato con un fosfato a formare dolicolo-fosfato o con pirofosfato a formare dolicolo-

pirofosfato. Dolicolo fosfato origina in una reazione cinesica in presenza di ATP e di una

dolicolo cinasi probabilmente legata alla faciia citoplasmatica della membrans del reticolo

endoplasmico. Dolicolo-pirofosfato non si forma come tale bensì al momento del suo

distacco dall’oligosaccaride precursore per trasferimento di quest’ultimo alla proteina

nascente, reazione che ha luogo nel reticolo endoplasmico; liberato esso va incontro ad una

reazione idrolitica su intervento di una pirofosfatasi e si trasforma in dolicolo-fosfato. La

sintesi del dolicolo procede nel citoplasma ed in parte sulla faccia citoplasmatica della

membrana del reticolo endoplasmico a mezzo do enzimi e reazioni che sono comuni con il

proceso di sintesi del colesterolo fino alla formazione del unità sesquiterpenica (tre unità di

isoprene unite fra loro con legame testa coda, vedi sintesi del colesterolo).

La sintesi dell’oligosaccaride precursore inizia con dolicolo-fosfato legato alla membrana

del reticolo dal lato esposto verso il citoplasma, sul quale viene trasferita da UDPGlcNAc la

GlcNAc-1-fosfato ad opera di una GlcNAc-1-fosfato transferasi con liberazione di UMP;

ne consegue che GlcNAc conserva la configurazione sul proprio gruppo glucosidico;

prodotto terminale sarà dolicolo-pirofosfato-GlcNAc; inibitore della reazione di

trasferimento è l’antibiotico tunicamicina. dolicolo-pirofosfato-GlcNAc viene trasferito una

seconda molecola di GlcNAc a partire da UDP-GlcNAc, ed in successione cinque molecole

di Man a partire da GDP-Man. Il precursore così formato si trasloca sul lato luminale della

membrana del reticolo e qui su di esso vengono trasferite in successione ancora 4 molecole

di Man a partire non da GDP-Man bensì da dolicolo-P-mannoso a sua volta generato da

GDP-Man, e da ultimo 3 molecole di glucosio a partire da dolicolo-P-glucoso a sua volta

derivato da UDP-Glc. Il precursore legato sempre alla membrana del reticolo lato luminale il

blocco da una glucosiltransferasi viene portato sulla proteina accettore con liberazione di

dolicolo-PPi. -glucosidico

La proteina impegna nel legame asparagina formando così il legame N fra

Asn (gruppo amidico) ed GlcNAc. Nel reticolo stesso la catena oligosaccaridica viene

profondamente rimaneggiata con perdita delle tre unità di glucosio e di una unità di

mannoso su intervento di glicosidasi specifiche. A questo stadio è probabile che la proteina

racchiusa entro vescicole migri al cis Golgi e quindi al Golgi medio dove può andare

incontro a modificazioni diverse.

Se destinata a formare proteine glicosilate ricche in mannoso frequentemente uno e due

residui di mannoso dell’oligosaccaride si legano mediante il carbonio 6 a GlcNAc-1-P

formando mannoso 6-PGlcNAc; la reazione è catalizzata da una transferasi GlcNAc-1-

fosfato transferasi che utilizza come substrato UDPGlcNAc, con liberazione di UMP;

successivamente una idrolasi stacca GlcNAc lasciando il fosfato legato su carbonio 6 del

mannoso. Questo fosfato fa da ligando per una proteina della membrana del trans Golgi, che

lega la glicoproteina e ne media l’inclusione all’interno di vescicole nelle quali la

glicoproteina-P è localizzata sulla superficie esterna della membrana. Il fosfato della

glicoproteina svolge ora il ruolo di ligando per proteine citoplasmatiche che facilitano il

trasferimento della vescicola al lisosoma, il suo aggancio ed il successivo trasferimento della

proteina-P all’interno del lisosoma dove il pH acido favorisce il distacco del fosfato e la

trasformazione della proteina in idrolasi; queste idrolasi sono svariate ed hanno specificità di

substrato varia; possono comportarsi come mannosidasi, fucosidasi, galattosidasi, N-

 .

acetilgalattosaminidasi con specificità per il legame glucosidico ora ora La mancanza

della transferasi che nel Golgi trasferisce GlcNAc-1-P al mannoso rende impossibile il

trasferimento della glicoproteina ai lisosomi e quindi la presenza dell’idrolasi attiva nel

lisosoma. Di conseguenza i lisosomi accumulano elevate quantità di composti atipici non

degradabili; questo difetto è alla base della malattia a cellule I dove I sta per inclusione.

Glicoproteine in cui la catena oligosaccaridica è in parte ricca di unità di mannos e del pari

porta altre unità glucidiche, quali GlcNAc, Gal ed acido sialico (glicoproteine ibride) nel cis

Golgi perderanno altre unità di mannoso fino ad un minimo di 5, rimpiazzate da GlcNAc,

Gal ed acido sialico e talvolta fucoso solitamente legato alla GlcNAc che è di aggancio alla

proteina.

Glicoproteine povere in mannoso di solito portano solo 3 unità del monosaccaride disposte a

formare due antenne sulle quali in sequenza si trovano legati GlcNAc, Gal ed acido sialico.

Al termine del processo di glicosilazione, e quindi a catena oligosaccaridica ultimata, la

proteina passa nel trans Golgi dal quale viene rilasciata racchiusa in vescicole nelle quali si

può trovare sulla membrana o libera nel lume. A seconda di questa disposizione la proteina


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DESCRIZIONE APPUNTO

Appunti di biologia cellulare della professoressa Defilipppi sulla struttura ed il metabolismo dei glicoprotidi. Gli argomenti trattati sono i seguenti: le proteine che legano monosaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi (proteine glicate) e la struttura delle unità disaccaridiche fondamentali.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in tecniche di laboratorio biomedico (CUNEO - TORINO)
SSD:
Università: Torino - Unito
A.A.: 2013-2014

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher cecilialll di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biologia cellulare 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 Defilippi Paola.

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