Biologia generale e cellulare

INSERZIONE CO-TRADUZIONALE:

Come nel caso della importazione, il peptide in via di formazione è stato associato ad un poro grazie

ad una serie di proteine e la sequenza segnale è stata rimossa.

La sequenza di nucleotidi, però, ha una porzione particolarmente idrofobica che determina l'arresto

della traslocazione della proteina attraverso la membrana del reticolo endoplasmatico rugoso.

La sintesi della proteina si concluderà con il gruppo amino-terminale nel lume del reticolo e il

gruppo carbossi-terminale nel citosol.

Questa disposizione può anche invertirsi, ma poi resterà immutata anche quando verrà trasportata,

tramite vescicole, ad un'altra membrana dove verrà endocitata e disposta nel luogo di destinazione

finale.

Ricorda

Una glicoproteina è sintetizzata co-traduzionalmente nella membrana del reticolo endoplasmatico,

poi viene trasferita all'apparato di Golgi per essere glicosidata tramite l'aggiunta di catene

polisaccaride e solo successivamente sarà funzionante e potrà essere inserita nella membrana

cellulare. La parte della glicoproteina che nel reticolo endoplasmatico era rivolta verso il lume,

sarà glicosidata e, una volta assemblata con la membrana, sarà rivolta verso l'ambiente extra-

cellulare.

Questo sottolinea come una proteina che non deve mai entrare in contatto con il citosol della

cellula, non lo farà neanche dopo essere stata modificata, mentre la parte a contatto con esso, lo

sarà anche successivamente. LA MATRICE EXTRA-CELLULARE

La matrice extra-cellulare contribuisce a determinare la forma e le proprietà meccaniche dei tessuti

e degli organi. Per questo motivo, la percentuale dei suoi principali componenti proteici varia a

seconda del tipo di tessuto coinvolto.

Ad esempio, nel tessuto cartilagineo è particolarmente presente la componente proteoglicanica,

mentre nei legamenti quella collagenosa.

È composta prevalentemente di proteine prodotte dalle cellule stesse, in particolare quelle più

abbondanti sono: - COLLAGENE ed ELASTINA (componente proteica fibrosa)

- PROTEOGLICANI. COLLAGENE

La fibra di collagene è caratterizzata da una resistenza straordinaria alle azioni meccaniche.

Basti pensare che serve una forza pari a 9kg per riuscire a spezzare una fibra di diametro 1mm.

La sua formazione passa attraverso diversi stadi in cui il polipeptide è prima tradotto come singolo,

poi associato ad altre catene, secreto, modificato e solo alla fine è associato con altre strutture a

formare la fibra.

La prima parte del processo, ovvero la

sintesi della CATENA ALPHA precursore,

avviene nel lume del reticolo

endoplasmatico rugoso. Sempre qui,

avviene l'avvolgimento di 3 catene alpha

che formano una tripla elica con estremità

non strutturate, detta

PROTOCOLLAGENE.

A questo punto avviene la secrezione del

polipeptide in struttura quaternaria e la

rimozione delle estremità non strutturate,

grazie alla PEPTIDASI del protocollagene che effettua un taglio protolitico. Si forma così la

MOLECOLA DI COLLAGENE che, sempre dopo la secrezione, si assembla con altre molecole a

formare la FIBRA DI COLLAGENE che a sua volta si assocerà ad altre fibre, a formare il prodotto

finale, ovvero la FIBRA DI COLLAGENE (spessore: 0,1-0,2μm).

ELASTINA

É particolarmente abbondante nei tessuti che hanno bisogno di molta elasticità, quali quelli di

polmoni, cuore, arterie, cute e intestino.

Le molecole di elastina sono polipeptidi assemblati singolarmente,

però successivamente si legano tra loro mediante legami covalenti,

creatisi tra lisine presenti nella sequenza di amminoacidi.

Questi legami sono detti LEGAMI CROCIATI e la loro presenza (o

assenza) determina l'elasticità del tessuto. In particolare, con l'avanzare

dell'età, la presenza di questi legami aumenta e questo causa una

perdita di elasticità.

I gruppi di molecole di elastina possono trovarsi RILASSATI, con le

molecole di elastina agglomerate e riavvolte, oppure STIRATI, con le

molecole distese. PROTEOGLICANI

Sono macromolecole composte da un ASSE PROTEICO (core) a cui sono unite, in modo covalente,

lunghe catene di disaccaridi o glicosamminoglicani (GAG). Il processo di maturazione, cioè la

glicosidazione, avviene nell'apparato di Golgi e solo dopo questo processo, la molecola sarà

funzionante.

Sono particolarmente presenti nella CARTILAGINE e hanno la funzione di creare la matrice in cui

sono immersi collagene ed elastina. In questo modo riescono ad intrappolare moltissima acqua,

anche 50 volte il loro peso. LE MEMBRANE BIOLOGICHE

Svolgono diverse funzioni a seconda della componente proteica presente nelle diverse membrane.

Alcune tra le FUNZIONI più frequenti sono:

- comunicazione tra cellule

- protezione

- delimitazione sia della cellula in sé, ma anche degli organelli con diverse funzioni

- regolazione del trasporto di molecole sia verso l'interno che verso l'esterno

- rilevamento e\o trasduzione si segnali

Tutte le membrane biologiche hanno uno SPESSORE REGOLARE e un aspetto a “binario”, ovvero

sono costituite da 3 BANDE (scura-chiara-scura) di spessore di circa 25A ciascuna, per un totale di

75A.

N.B. Questo aspetto è una ulteriore conferma della presenza di un DOPPIO STRATO

FOSFOLIPIDICO, dentro il quale sono ancorate in modi differenti diverse tipologie di proteine.

A seconda della membrana analizzata, è possibile riscontrare una variazione di composizione

chimica dei tre componenti principali: CARBOIDRATI, LIPIDI e PROTEINE.

Ad esempio, la membrana del mitocondrio è particolarmente ricca di proteine.

Ricorda

La componente lipidica è costituita da:

- FOSFOLIPI (glicerolo + 2 acidi grassi + gruppo fosfato)

- COLESTEROLO (mantiene il corretto stato di fluidità della membrana)

Entrambe queste molecole, hanno una loro POLARITÀ.

MODELLI DI STRUTTURA PROPOSTI

- Fine '800: Overton

comprende la natura lipidica della membrana, osservando che era

trapassata solo da molecole (piccole) apolari.

- Inizio '900: Langmuir

ipotizza la presenza di un monostrato fosfolipidico

- 1925: Gorter e Grendel

dimostrano la presenza di un doppio strato fosfolipidico Ipotesi di Gorter e Grendel

- Circa 1930: Davison e Danielli

propongono un modello a Sandwich in cui il doppio strato fosfolipidico

era compreso tra due strati, uno superiore e uno inferiore, di proteine.

- 1972: SINGER E NICOLSON

propongono il MODELLO A MOSAICO FLUIDO, partendo

dall'osservazione dello spessore regolare della membrana, reso possibile

dagli sviluppi in campo di microscopia.

Secondo questo modello, ancora oggi in vigore, le proteine di membrana

sono immerse o associate al doppio strato fosfolipidico. Ipotesi Davison e Nicolson

Approfondimento esperimento Gorter e Grendel

I due scienziati hanno dimostrato la presenza del doppio strato fosfolipidico partendo da una

semplice ipotesi:

- CASO 1: la superficie della cellula è uguale a quella totale formata da un monostrato di fosfolipidi

(S = S ) => la membrana è costituita da un unico strato.

f e

- CASO 2: la superficie della cellula è la metà di quella totale formata da un monostrato di

fosfolipidi (S = 2S ) => la membrana è costituita da un doppio strato.

f e

Per verificare quale delle due ipotesi fosse quella corretta, hanno utilizzato un numero noto di

eritrociti, di cui hanno stimato la superficie.

Successivamente hanno strato con l'acetone tutti i fosfolipidi presenti in ciascun eritrocita e li hanno

fatti disporre a monostrato su una superficie acquosa.

Una volta evaporato il liquido, hanno stimato la superficie totale occupata dai fosfolipidi.

Dato che hanno trovato S = 2S , hanno dimostrato la presenza del doppio strato fosfolipidico.

f e

In realtà, Gorter e Grendel hanno commesso 2 errori, che però si sono compensati generando

comunque il risultato corretto, ovvero: 2 2.

- hanno sottostimato la superficie degli eritrociti, ipotizzando fosse 100μm invece di 145μm .

- non hanno tenuto conto delle proteine di membrana che aumentano la superficie della membrana.

MODELLO A MOSAICO FLUIDO

Il modello proposto da Singer e Nicolson prevede un doppio strato fosfolipidico al quale sono

ancorate o immerse proteine e lipidi (come il costerolo).

La regione immersa nel doppio strato è IDROFOBICA, mentre le regioni esposte verso i versanti

citoplasmarico e extra-cellulare sono IDROFILE.

Le proteine associate alla membrana possono essere:

- ESTRINSECHE: se sono situate sulle superfici esterna o interna della membrana. Possono essere

più o meno ancorate ad un lipide, ad altre proteine o associate direttamente alla membrana.

- INTRISECHE: attraversano da parte a parte il doppio strato lipidico, sono proteine

transmembrana.

Questo modello è caratterizzato da:

- ASIMMETRIA: è data dalla distribuzione ineguale dei lipidi e delle proteine lungo la superficie

della membrana.

Basti pensare che i glicolipidi si trovano solo sul lato extra-cellulare e che la composizione di

fosfolipidi dei due lati è differente, tale per cui si assemblano cariche negative sul lato citosolico.

Inoltre, le glicoproteine presentano i residui saccaridici solo sul lato esterno della membrana.

- FLUIDITÀ: è data dalla presenza di una certa percentuale di acidi grassi insaturi e colesterolo.

I primi interrompono la regolarità del doppio strato fosfolipidico, mentre il secondo assicura il

corretto stato di liquidità. La membrana, infatti, non deve né diventare troppo rigida alle basse

temperature, né deve disgregarsi completamente alle alte temperature.

I movimenti permessi sono di rotazione introno al proprio asse, di diffusione laterale e, nel caso dei

fosfolipidi, anche di ribaltamento, permesso però dall'enzima FLIPPASI solo in casi specifici.

Approfondimento dimostrazione fluidità

L'approccio sperimentale usato per dimostrare la fluidità della membrana, è stato quello di

dimostrare il movimento laterale delle proteine di membrana.

Le proteine scelte erano specie-specifiche, facilmente marcabili e identificabili univocamente.

FASE 1: Marcatura di proteine di membrana di topo e di uomo: le prime marcate con la

RODAMMINA e le seconde con la FLUORESCINA, tramite reazione anticorpale.

FASE 2: creazione di un ETEROCARIONTE, cioè una cellula ibrida binucleata, ottenuta grazie alla

fusione di altre due cellule, sempre una di topo e una di uomo, e marcatura delle proteine di

membrana, con i marcatori sopra citati.

FASE 3: incubazione a 37°C di un eterocarionte (diverso da quello della fase 2) e, dopo 40 minuti,

marcatura delle stesse proteine prese in considerazione negli altri casi.

CONCLUSIONE: Fu confrontata la disposizione assunta dalle proteine nelle fasi 2 e