Biologia della cellula eucariota

ENDOCITOSI

L'endocitosi definisce l'insieme dei processi di trasporto intracellulare di sostanze o organismi provenienti dall'esterno. Ciò che distingue l'endocitosi da meccanismi di trasporto attivo o passivo (singole molecole di trasporto o canali) è che prevede formazione di vescicole a seguito di curvatura della membrana plasmatica. Queste vescicole, successivamente, si fondono l'una con l'altra a formare degli endosomi, i quali si fondono con il lisosoma per permettere la degradazione di tutto il materiale presente all'interno di essi.

Esistono tre tipi di endocitosi accomunati dall'internalizzazione di sostanze derivanti dall'esterno mediante formazione di vescicole più o meno grandi delimitate da membrana:

• Pinocitosi: prevede l'introduzione continua all'interno della cellula di sostanze disciolte in acqua;
• Fagocitosi: prevede l'internalizzazione di materiale di grandi dimensioni;
• Receptor-mediated endocytosis: prevede l'internalizzazione di sostanze specifiche legate a recettori presenti sulla membrana plasmatica.

Come un complesso dimacromolecole oppure un batterio (es: cellule sistema immunitario responsabili della ricerca e cattura di batteri);

• Endocitosi mediata da recettore: meccanismo di endocitosi attivato unicamente in risposta all'interazione tra un recettore specifico presente sulla superficie della membrana plasmatica ed un determinato ligando proveniente dall'esterno presente sulle molecole che devono essere internalizzate.

Un esempio di endocitosi mediata da recettori è il trasporto del colesterolo all'interno del sangue. Il colesterolo (lipide molto idrofobico) circola nel sangue complessato a formare delle proteine LDL (low-density lipoprotein: molecole di trasporto che permettono di tenere il colesterolo idrofobico in soluzione). Una proteina presente sulla superficie della LDL funge da ligando, catturato da un recettore presente sulla superficie della cellula. Questo ligando attiva la formazione di vescicole rivestite, con conseguente curvatura della membrana.

Una volta che le vescicole rivestite entrano nel citosol perdono il loro rivestimento, fondendosi l'una con l'altra e raggiungendo l'endosoma. Il passaggio della particella LDL nell'endosoma, prima di raggiungere il lisosoma, si spiega grazie al fatto che l'endosoma non possiede enzimi in grado di degradarne il contenuto, ma il suo pH basso permette la dissociazione tra particella e recettore, cosicché il recettore possa tornare sulla membrana per essere riciclato. Solo a questo punto, l'endosoma si fonde con il lisosoma, dove avviene l'attività digestiva che permette il rilascio del colesterolo nella cellula. Nel caso in cui questo meccanismo avesse dei difetti, si va incontro a ipercolesterolemia familiare, una condizione genetica nella quale, anche di fronte a una dieta a bassissimo contenuto lipidico, si hanno livelli di colesterolo molto alti. Ciò avviene perché tali persone possono avere una mutazione di una proteina.componente della LDL che serve da ligando per il recettore: questa mutazione porta ad una mancata internalizzazione della particella LDL; - una mutazione a livello del recettore che porta ad una mancata internalizzazione del colesterolo. Livelli alti di colesterolo circolante possono causare placche di aterosclerosi con conseguente rischio di chiusura dei vasi sanguigni e, quindi, trombosi. *degradazione delle proteine: IL PROTEASOMA Il lisosoma non risulta essere l'unica struttura della cellula in grado di realizzare la degradazione delle proteine. Le proteine che vengono sintetizzate, ma non si ripiegano correttamente devono essere degradate rapidamente. Ecco allora che quando si parla di turnover delle proteine, oltre alla possibilità del lisosoma, si parla anche di proteasoma. Esso permette di degradare velocemente le proteine ed è la sede principale della degradazione di quelle proteine non ripiegate correttamente, provenienti dal reticolo endoplasmatico. Il sistema

Il completo che espleta questa funzione si chiama “ubiquitin-proteasome system” (UPS): le proteine che non riescono a ripiegarsi escono dal RE e vengono etichettate con ubiquitina, proteina che caratterizza le proteine da degradare attraverso il proteasoma.

Il proteasoma è una struttura macromolecolare, costituita da proteine di dimensioni sufficientemente grandi per essere viste al microscopio elettronico. La sua forma è simile a quella di un cilindro, ovvero una struttura tubulare cava all’interno, attraverso il cui “canale” passano le proteine da degradare. Gli enzimi con cui vengono degradate le proteine sono dette proteasi, per formare singoli aminoacidi o insingoli peptidi.

Molte proteine che svolgono un ruolo transitorio vengono regolate attraverso questo meccanismo: dunque, perché il proteasoma e non il lisosoma?

Il sistema attraverso il quale il proteasoma compie la propria funzione è molto più veloce rispetto

quella interna è ripiegata su se stessa in strutture chiamate creste. Questo organello è il mitocondrio. Grazie alla presenza della doppia membrana è possibile distinguere due zone separate l'una dall'altra, ovvero lo spazio intermembrana, ovvero lo spazio presente tra le due membrane, e la matrice mitocondriale, ovvero la zona interna del mitocondrio. mitocondrio stesso. I mitocondri assumono perlopiù una forma a bastoncello, forma che permette loro di adattarsi agli spazi lasciati liberi dal citoplasma, tanto che questi organelli non hanno una forma definita ma dinamica. Inoltre, dopo varie osservazioni fatte alla cellula attraverso microscopio a fluorescenza, è certo che i mitocondri non abbiano una disposizione casuale, ma anzi si posizionano esattamente in corrispondenza dei microtubuli del citoscheletro, perché essi sono in grado di tenere in posizione i mitocondri. Inoltre, in cellule specifiche, i mitocondri hanno posizioni ben precise: ad esempio, nel tessuto muscolare essi si trovano lungo le fibre del muscolo, mentre negli spermatozoi essi sono concentrati alla base della testa dello spermatozoo lungo il flagello. La funzione principale dei mitocondri è quella di produrre energia sotto forma di ATP mediante la fosforilazione ossidativa. L’ATP o adenosintrifosfato è una molecola formata da un

Nel processo di demolizione del glucosio, l'energia liberata viene utilizzata per legare un gruppo fosfato a una molecola di ADP, formando così l'ATP. Un nucleotide è composto da un gruppo fosfato e da altri due gruppi fosfato.

Per quanto riguarda l'origine dei mitocondri, si pensa che abbiano avuto origine da una cellula procariote aerobica (o un parassita cellulare) che, in un certo momento della sua vita, ha instaurato una relazione simbiotica con una cellula eucariote anaerobica. La cellula eucariote poteva sfruttare l'energia prodotta dal mitocondrio, mentre la cellula procariote poteva beneficiare della protezione e del nutrimento forniti dalla cellula eucariote.

Lynn Margulis è stata una pioniera nello studio dell'origine dei mitocondri. Tuttavia, le sue scoperte hanno incontrato molta resistenza. Infatti, è difficile riprodurre in laboratorio un fenomeno che potrebbe aver impiegato milioni di anni per completarsi. Inoltre, nel 1960 non si sapeva ancora quanto il genoma dei mitocondri fosse diverso da quello delle cellule eucariote.

Il mitocondrio è un organulo cellulare che ha una struttura simile a quella dei batteri. Ci sono diverse evidenze che supportano questa teoria, come la presenza di una doppia membrana, di un DNA mitocondriale e di ribosomi all'interno del mitocondrio. Solo dopo molto tempo, Margulis riuscì a far prendere in considerazione la propria ipotesi sull'origine endosimbiontica dei mitocondri.

Evidenze a supporto dell'origine endosimbiontica del mitocondrio:

• Doppia membrana
• DNA mitocondriale circolare
• Codice genetico
• Ribosomi 70S e Sintesi proteica
• I mitocondri hanno divisione indipendente per scissione binaria (mentre la cellula si divide una sola volta durante il ciclo cellulare, i mitocondri si dividono in più fasi della cellula).

IL GENOMA MITOCONDRIALE

Il mitocondrio possiede una certa indipendenza rispetto alla cellula in cui si trova: esso ha, infatti, un proprio DNA circolare, situato nella matrice mitocondriale (osservabile al microscopio elettronico).

È un DNA di piccole dimensioni rispetto a quello della cellula in cui si trova: infatti, possiede 16mila paia di basi rispetto alle 3.2 miliardi paia di basi della cellula.

Andando ad analizzare la sequenza del contenuto di un genoma mitocondriale si scoprì che in esso sono contenuti 37 geni, dei quali 2 sono RNA ribosomiali, 22 sono RNA transfer e 13 sono geni codificanti proteine: da ciò si comprende che i mitocondri hanno anche un proprio apparato traduzionale (essi possiedono ribosomi e un proprio codice genetico).

→ Sono sufficienti questi geni per far svolgere al mitocondrio le proprie funzioni? No. Questi geni rimasti sul genoma mitocondriale sono soltanto alcuni di quelli necessari, quelli mancanti sono codificati dal genoma nucleare. Nel corso dell’evoluzione il mitocondrio ha perso, infatti, parte dei suoi geni, ovvero quelli che erano presenti sia nel genoma mitocondriale che in quello nucleare.

→ La trasmissione di malattie genetiche mitocondriali

Segue sistemi di trasmissione particolari: ad esempio, per avere la manifestazione di una malattia genetica mitocondriale occorre che tutti i mitocondri siano mutati o portatori di mutazioni. Inoltre, la maggior parte di queste malattie riguarda gli organi che consumano più ATP. Una malattia mitocondriale può essere causata anche da un gene nucleare che codifica una proteina funzionale al funzionamento del mitocondrio. In ogni caso, è importante specificare che tutti i mitocondri presenti nelle nostre cellule hanno origine materna, dunque anche le malattie mitocondriali sono di derivazione materna. *TRASPORTO DI PROTEINE NEI MITOCONDRI Poche sono le proteine presenti nei mitocondri che vengono codificate dal genoma mitocondriale, solo 13. Dunque, la maggior parte delle proteine presenti nel mitocondrio vengono codificate da geni presenti nel genoma nucleare. Le proteine destinate al mitocondrio vengono sintetizzate dai ribosomi liberi nel citosol (quindi non dal reticolo).

endoplasmatico): esse non presentano sequenze di lo