Riassunto esame Biologia, prof. Rossella, libro consigliato L'essenziale di biologia molecolare della cellula Alberts, Bray

GDP.

Recettori accoppiati a proteine G

Sono recettori costituiti da una proteine transmembrana che passa 7 volte a/r per la membrana plasmatica. Quando legano il segnale extracellulare (ne legano

numerosi tipi) cambiano conformazione e interagiscono con una proteina G posta sul lato citosolico della membrana.

Esistono tante tipologie di proteine G in base al recettore con il quale interagiscono ma la struttura è pressoché simile: sono composte da 3 unità , e e due

α β γ

di queste subunità sono collegate alla membrana plasmatica per mezzo di piccole code di lipidi.

Funzionamento proteina G La proteina G si trova spesso legata a GDP che rende inattivata la proteina G. Quando il recettore lega la molecola segnale e

interagisce con la proteina G, la subunità lega GTP e si separa dalle altre subunità che andranno a formare un complesso : le due subunità separate

α βγ

influenzano bersagli diversi posti sulla membrana plasmatica fintanto che non ritornano nella forma associata; la subunità ha capacità di idrolisi di GTP che

α

quindi torna in forma GDP relativamente presto, causando la riassociazione della proteina G che torna nello stato inattivo. Molti batteri/patologie causano

l’incapacità della subunità di associarsi a GTP o ad idrolizzarlo causando un’informazione assente o troppo prolungata.

α

Influenza di canali ionici: Come sopra affermato, sia la subunità che la subunità possono andare a influenzare l’attività di bersagli intracellulari come nel

α βγ

caso della subunità che se attività dal recettore che lega Ach nelle cellule del miocardio induce un cambiamento conformazionale di un canale ionico

βγ +

(legandosi al lato citosolico del canale ionico) e permettendo un’uscita di K dalla cellula che inibisce l’attività del miocardio.

Influenza di enzimi: Le proteine G possono andare a stimolare l’attività di vari enzimi di cui i più importanti sono l’adelinato ciclasi e la fosfolipasi C che

producono piccole molecole dette secondi messaggeri come l’AMP ciclico e l’inositol trifosfato/diacilglicerolo che diffondono rapidamente all’interno della cellula.

 Stimolazione dell’adenilato ciclasi (che produce AMP ciclico): La subunità della proteina G induce una variazione dell’attività dell’adenilato ciclasi

α s

che si trova a produrre in abbondanti quantità (se l’enzima è attivo) di AMP ciclico a partire da ATP. Esiste poi l’AMP ciclico fosfodiesterasi che ha il

compito di degradare AMP ciclico ad AMP semplice (la caffeina induce una fortissima attività nel lavoro dell’adenilato ciclasi). Sono diverse le

risposte che conseguono all’aumento della concentrazione di cAMP dentro la cellula ma, solitamente, il cAMP interagisce con un enzima detto

protein­chinasi cAMP dipendente che può fosforilare serina e treonina di enzimi diversi inducendo diverse risposte a livello intracellulare. La risposta

all’aumento di cAMP può essere sia lenta che veloce.

 Stimolazione della fosfolipasi C: la proteina G stimola l’attività dell’enzima fosfolipasi C che taglia una molecola di inositol fosfolipide (inserito nella

membrana plasmatica e composto da un fosfolipide + zucchero), precisamente la testa fosfoglucidica della molecola, creando due diversi secondi

messaggeri che sono l’inisotol 1,3,5, trifosfato (IP3) e il diacilglicerolo (DAG). L’IP3 è una zucchero+fosfato che sono idrofilici e diffondo nel citoso, il

DAG è la parte lipidica dell’ex inositol fosfolipide e resta dentro la membrana plasmatica.

2+

L’IP3 diffonde nel citosol e va a stimolare l’apertura dei canali per Ca del RE con uscita dello ione nel citosol, il DAG recluta una protein chinasi,

2+

PKC, in prossimità della membrana plasmatica che funziona se stimolata dal Ca che è in grado di produrre diverse modifiche a livello intracellulare

(in base al tessuto).

2+ ­7

Ca : Le concentrazioni del calcio nel citosol sono molto basse (10 ) grazie al lavoro di pompe che portano questo ione fuori dalla cellula o dentro al RE.

2+

L’aumento di Ca per mezzo di diversi segnali permette a questo ione di legarsi a molte proteine sensibili che incrementano la loro attività solitamente nulla

(come la secrezione di neurotrasmettitore da parte del terminale assonico). Il calcio non influenza direttamente l’attività proteica responsabile delle modifiche

2+ 2+

intracellulari ma si associa a proteine che legano lo ione Ca (la più comune è la calmodulina) che a loro volta, quando sono associate al Ca si associano ad

2+

altre proteine bersaglio note come protein chinasi Ca /calmodulina dipendenti che fosforilano altre proteine.

Recettori legati a enzimi

Sono recettori che hanno da sé attività enzimatica o sono legati a proteine che hanno attività enzimatica: la risposta può essere molto lenta, come quella che

porta alla modificazione dell’espressione genetica o veloce, come quella per la modifica del citoscheletro (solitamente la proteina segnale è situata sulla

parete/cellula su cui la cellula bersaglio si muove). La classe più nota di questi recettori ha il dominio citoplasmatico che ha attività di tirosin chinasi, che fosforila

catene laterali di tirosina di diversi tipi cellulari.

I recettori tirosin chinasici sono composti da una sola elica che attraversa la membrana che non è sufficiente a determinare un cambio conformazionale della

α

molecola: perché si abbia l’inizio dell’attività enzimatica due recettori si avvicinano (quando arriva una sola molecola segnale) e si uniscono le loro code a livello

intracellulare che si fosforilano a vicenda (la tirosina presente nelle code). Quando si osserva la fosforilazione delle due code queste diventano siti di legame per

molte molecole che, associati alla coda del recettore tirosin­chinasico, hanno attività che modificano diversi comportamenti intracellulari. Il recettore possiede

anche un enzima, detto protein­tirosin­fosfatasi, che defosforila le code fosforilate che si separano dai ligandi proteici intracellulari. Sono moltissime le molecole

che si legano alle code del recettore fosforilate e una delle più frequenti è un enzima noto come fosfatidil insitol 3­chinasi che fosforila l’inositol fosfolipide (quello

nella membrana plasmatica che diventa PI3 e DAG) che, se fosforilato, diventa sito di attacco per la protein chinasi B (PKB) che a sua volta fosforila serine e

treonine di altre cellule.

La via di segnalazione più nota di questi recettori porta al nucleo ed è causa della proliferazione cellulare incontrollata del tumore. I recettori tirosin chinasici

solitamente hanno un ruolo nell’aggregare composti multiproteici e tra questi un ruolo molto importante è svolto dalla proteina RAS (quasi tutti i recettori proteici

attivano RAS) che lega GTP. La proteina RAS è attivata da una proteina attivatrice di RAS legata indirettamente (per mezzo di altre proteine) al recettore legato

alla molecola segnale. Quando RAS viene attivata e si lega a GTP, parte la cascata MAPchinasica induce una serie di fosforilazioni a cascata che finiscono con

al fosforilazione di una MAP chinasi (fosforilata da una MAP chinasi­chinasi e così via) che a sua volta fosforila serine e treonine di proteine regolatrici di geni

che influenzano l’espressione genica inducendo la divisione cellulare e dunque la proliferazione di alcune cellule.

Un’altra via di segnalazione prevede che i recettori non sono enzimi e che il loro legame con molecole segnale note come citochine induca delle tirosin chinasi

del citoplasma associate ai recettori (JAK) a fosforilarsi e a fosforilare a loro volta delle proteine STAT che direttamente, senza intermediari, vanno a modificare

l’attività delle proteine che regolano l’espressione genetica. La fine del segnale avviene quando una protein­fosfatasi toglie il fosfato dalle JAK.

Un’altra famiglia di recettori con attività enzimatica diretta sono i recettori del GTF che, una volta legata la molecola segnale si fosforilano a vicenda e

β

reclutano l’avvicinamento di enzimi che direttamente regolano il segnale che poi si associano tra loro e migrano nel nucleo a modificare l’attività delle proteine

regolatrici.

Sono 4 le principali vie di segnalazione cellulare (e ve ne sono altri minori) e la complessità della trasmissione del segnale è anche dovuta al fatto che le diverse

protein­chinasi che fosforilano altre chinasi della via di segnalazione contribuiscano anche a influenzare segnali di altre vie rendendo completo il sistema di

segnalazione.

Citoscheletro

Il citoscheletro è lo scheletro della cellula, costituito da 3 tipologie di filamenti proteici diversi che si diramano lungo tutta la cellula, la sostengono e le permettono

di muoversi e di contrarsi.

I tre filamenti sono i microtubuli, i filamenti intermedi e i filamenti di actina.

Filamenti di actina

Di dimensioni intermedie rispetto agli altri filamenti garantiscono alla cellula resistenza alla trazione e costituiscono, oltre che parte dello scheletro cellulare, la

lamina nucleare. Sono proteine fibrose allungate composte da una testa N­terminale e una coda C­terminale: il centro è un dominio proteico molto allungato. I

domini centrali di due filamenti di actina si avvolgono tra loro in una spirale ritorta e due dimeri di actina si uniscono per legami non covalenti in una struttura

falsata che a sua volta si unisce ad un’altra struttura per formare il filamento di actina. Le teste e le code sono molto importanti per le interazioni tra questi

filamenti e altri elementi cellulari.

Svolgono il loro compito allungandosi e ridistribuendo le forze applicate localmente, impedendo lo stiramento della cellula.

Esistono 4 tipologie di filamento in base alla subunità che polimerizza a formare il filamento: filamenti di cheratina, f. di vimentina e proteine vimentina omologhe

(in glia, cellule del connettivo e nervose), neurofilamenti, lamina nucleare. I più importanti sono i filamenti di cheratina, composti da diversi tipi di cheratina e

localizzati nelle cellule epiteliali, attraversano tutto lo spazio cellulare e collegano tra loro le cellule in zone dette desmosomi (i filamenti si ancorano ai

desmosomi che collegano le cellule) e servono a garantire la resistenza alla trazione della pelle. Ai filamenti di actina, spesso, si trovano ancorate delle proteine

che aumentano la resistenza alla trazione del filamento e lo uniscono agli altri filamenti e ai desmosomi (la pectina è una di queste).

Lamina nucleare I filamenti sono composti dalla subunit à lamine e non costituiscono un robusto strato meccanismo ma formano uno strato bidimesionale che

costantemente si polimerizza e depolimerizza in base alla fosforilazione (che fa disaggregare i filamenti della lamina nucleare) o defosforilazione.

Micro