Che materia stai cercando?

Citologia e istologia

Appunti completi per il corso di citologia + parte teorica di istologia, contenente indicazioni che aiutano nel riconoscimento dei vetrini. Tra gli argomenti: morfologia della cellula, carboidrati, lipidi, proteine, acidi nucleici, mitocondri, citoscheletro: microtubuli, microfilamenti, filamenti intermedi; nucleo, nucleolo, trascrizione e traduzione, riproduzione cellulare. Tessuti epiteliale, connettivo,... Vedi di più

Esame di Citologia e istologia docente Prof. A. Colombo

Anteprima

ESTRATTO DOCUMENTO

SINTESI DEI POLIMERI (abbassano l’energia di attivazione velocizzando

MONOMERI-TRASPORTATORE-ENZIMI

processi che in natura avverrebbero comunque ma con tempi troppo lunghi) -ATP

I monomeri, nel momento in cui il polimero deve formarsi, vengono attivati per accoppiamento con

una molecola trasportatrice e vengono aggiunti al polimero tramite una reazione di condensazione.

Il legame tra trasportatore e monomero non è spontaneo ma è necessario ATP + enzima specifico.

DEPOLIMERIZZAZIONE

ACIDI NUCLEICI (polimeri informazionali che regolano i processi vitali e dirigono la costruzione

della cellula): DNA ed RNA.

La molecola di DNA è costituita da 2 filamenti. I 3 tipi di RNA invece sono a singolo filamento. Il

ma è anch’esso costituito da un unico filamento che si

tRNA ha una conformazione particolare

ripiega.

• mRNA: porta l’informazione che determina la sequenza amminoacidica dei polipeptidi

• rRNA: componente dei ribosomi che servono per la sintesi proteica

• tRNA: si lega agli amminoacidi per trasportarli al ribosoma che sta leggendo il messaggio

contenuto nell’mRNA.

Tutti gli RNA derivano da geni, tratti codificanti che stanno sul DNA. Il DNA è infatti depositario

delle informazioni per la sintesi di tutte le proteine. Esso deve 1) sapersi autoreplicare altrimenti le

cellule non potrebbero andare incontro a mitosi. Si parla di replicazione semiconservativa perché la

nuova molecola di DNA è formata da un filamento vecchio che fa da stampo e da uno di nuova

l’informazione

formazione; 2) avere la possibilità di trasmettere in esso contenuta.

Gli RNA sono molecole mediatrici che stanno tra il DNA e la catena polipeptidica. Tutti gli RNA

sono prodotti nel nucleo ed escono dai pori tranne gli rRNA che escono già associati a proteine per

andare a formare subunità ribosomiali. 

Un NUCLEOTIDE è formato da: (zucchero + base NUCLEOSIDE)

- 1 ZUCCHERO + 1 BASE AZOTATA (legata al C1) + 1 GRUPPO FOSFATO

(che assume forma ciclica) | | | | | (legato al C5)

/ \

Ribosio Desossiribosio adenina, timina, citosina, guanina, uracile

( manca di un ossigeno in

)

corrispondenza del C2

Gli RNA sono lineari. Il DNA invece necessita di 2 filamenti.

L’estremità di un polimero che rimane libera è detta estremità terminale del polimero nascente. Il

legame tra nucleotidi è un legame di tipo fosfodiesterico. Esso avviene a livello del gruppo OH

legato al C3 dello zucchero. Lo zucchero di un nucleotide può essere un ribosio o un desossiribosio.

del DNA e dell’RNA.

Le basi azotate costituiscono la parte informazionale Zucchero e fosfato

invece lo scheletro portante della molecola.

Le basi possono essere divise in purine (quando hanno 2 anelli) e pirimidine (quando hanno 1 solo

anello).

Le purine comprendono: adenina e guanina; le pirimidine: citosina, timina e uracile.

Nel DNA i 2 filamenti sono equidistanti tra loro. La guanina infatti si lega sempre con la citosina e

l’adenina con la timina. In questo modo, legandosi una purina con una pirimidina, viene mantenuta

l’equidistanza tra i 2 filamenti l’appaiamento delle

antiparalleli e complementari: basi deve

rispettare l’ingombro sterico. L’accoppiamento specifico delle basi è dato anche dal fatto che tra

esse si creano legami idrogeno deboli ma sufficienti a stabilizzare la molecola. In particolare,

adenina e timina formano 2 legami idrogeno mentre guanina e citosina 3.

In una catena di DNA i punti più deboli e quindi più adatti per avviare la sua apertura si trovano in

a caso l’apertura, seguita dalla formazione della bolla

corrispondenza del legame A-T e infatti, non

di replicazione, comincia spesso a livello delle TATABOX (sequenze di DNA in cui si ripete la

coppia T-A). Il numero di legami idrogeno quindi riguarda si la stabilizzazione della molecola ma

anche la possibilità da parte del DNA di svolgere le sue ulteriori funzioni.

LEGAME FOSFODIESTERICO

5’ 5’

nucleotide 3’

+ mantiene la direzionalità

5’

nucleotide 3’ 3’

Il secondo nucleotide si avvicina quindi al primo per far creare il legame tra il C3 e il gruppo

fosfato che cede solo l’idrogeno e si lega ad esso tramite l’ossigeno. Il legame è fosfodiesterico

rompere il legame è necessario l’ingresso di una molecola di

anche tra fosfato e zucchero. Per

acqua.

gene porta l’informazione per formare l’mRNA. L’RNA è creato tramite l’enzima RNA

Il

polimerasi che lavora in direzione 5’3’. Nell’RNA la complementarità non è tra 2 filamenti

(RNA ha un solo filamento) come nel DNA, ma tra mRNA e tRNA.

Si forma quindi una catena lineare con direzionalità intrinseca. Per la sintesi del polimero è

necessaria energia. Le basi azotate non sono impegnate in nessun altro legame se non quello con lo

zucchero, in modo da poter interagire tra loro. Nella molecola di DNA dunque i 2 filamenti

polinucleotidici sono uniti e stabilizzati grazie a tale interazione tra le basi. I 2 filamenti sono inoltre

avvolti a doppia elica attorno ad un asse immaginario.

Le molecole di DNA nelle cellule possono essere finemente disperse o finemente compattate.

Quando la cellula si replica si parla di nucleo vescicoloso perché il DNA si apre per dare avvio alla

duplicazione.

n.b. ricordarsi di disegnare zuccheri al contrario nel filamento complementare.

il contatto con l’acqua, contenuta nel

Le zone idrofiliche del DNA cercano di massimizzare

nucleoplasma. Si trovano quindi nella parte più esterna. Il tutto serve per rendere la molecola

l’acqua e quindi

funzionale. Le basi azotate sono anelli aromatici con minor affinità per sono rivolte

verso l’interno appaiarsi. L’appaiamento è energeticamente favorito da:

della molecola per un

ingombro sterico costante e dalla formazione del maggior numero di legami idrogeno che

stabilizzano la molecola. Se la struttura è sbagliata la molecola perde la sua funzionalità. Le basi si

appaiano ogni volta che si deve formare il DNA cioè ogni volta che il DNA viene sintetizzato,

duplicato.

Storia del DNA

Gli studi messi in atto da vari ricercatori hanno permesso a Watson e Crick di arrivare, nel 1953, a

descrivere la struttura del DNA. Prima di loro infatti grazie a studi di cristallografia Maurice

Wilkins e Rosalind Franklin sono stati i primi a ipotizzare che: 1. Il DNA fosse una molecola lunga

e sottile con elementi che si ripetono (i nucleotidi); 2. Il DNA è costituito da due filamenti e ha una

forma ad elica.

Il biochimico Chargaff invece dimostrò che la concentrazione della purina adenina è sempre uguale

a quella della pirimidina timina. La genialità di Watson e Crick stette quindi nel capire la

complementarità esistente tra le 2 catene antiparallele e la presenza di legami idrogeno tra le basi

azotate. Queste scoperte furono pubblicate nel 1953 su Nature. Nel 1958 si scopre invece il concetto

l’antiparallelismo delle

di replicazione semiconservativa dimostrata da Meselson e Stahl. Nel 1961

2 catene viene dimostrato da Kornberg.

La distanza tra due basi successive in un singolo filamento è di 0.34 nm e vi sono 10 coppie di basi

per ciascun giro dell’elica: per cui il passo del DNA è di 3.4 nm.

Il senso di rotazione della molecola può essere a elica destrorsa (DNA B) o sinistrorsa (DNA Z).

Quest’ultima è stata ottenuta in lab facendo ruotare la molecola del DNA in senso opposto. Nelle

cellule infatti la conformazione presente è quella del DNA B. Essa è infatti biologicamente attiva. Il

DNA Z invece non presenta i solchi, maggiore e minore, presenti nel B e ha un andamento dello

scheletro zucchero-fosfato a zig-zag. I solchi hanno funzioni biologiche. Per esempio il solco

maggiore sta a contatto con le proteine istoniche ovvero le proteine che legano il DNA.

Ma per formare gli acidi nucleici non bastano il messaggio e i monomeri; occorre anche energia. I

chimica. Nel momento in cui c’è

nucleotidi trifosfato fungono da vettori temporanei di energia

bisogno di inserire un nuovo nucleotide nel polimero, i nucleotidi arrivano come nucleosidi

trifosfato. Essi sono quindi energicamente carichi. Perdono allora 2 gruppi fosfato rilasciando così

l’energia necessaria per formare il legame fosfodiesterico.

PROTEINE

Le proteine costituiscono il 50 % del peso secco delle cellule. Esistono diverse tipologie di proteine:

- Proteine strutturali;

- Proteine con funzione di deposito: costituiscono un deposito di amminoacidi; es. albumina,

contenuta nell’albume dell’uovo, caseina;

es. emoglobina, trasporta l’ossigeno ai tessuti e allontana la CO

- Proteine di trasporto: ,

2

trasportatori di membrana;

- Proteine ormonali: portano informazioni, messaggi; es. insulina, regola il livello di zuccheri

nel sangue ed è prodotta dalla componente endocrina del pancreas;

- Recettori: proteine che devono ricevere messaggeri chimici;

es. enzimi digestivi localizzati a livello dell’apparato digerente

- Proteine enzimatiche:

deputati alla digestione degli alimenti; es. amilasi contenuta nella saliva comincia la

digestione dell’amido in bocca.

- Proteine con funzione di difesa;

- Proteine contrattili: es. actina e miosina;

- Proteine di regolazione: es. chinasi, regolano le funzioni cellulari.

Le proteine sono macromolecole tutte costituite da amminoacidi, la cui struttura varia a seconda

della funzione che svolgono. In particolare esse sono eteropolimeri costruiti a partire da 20 diversi

amminoacidi che variano tra loro per la catena laterale o catena R.

Struttura di un amminoacido generico

In forma ionica:

H R gruppo amminico

| |

α

– – –

+ -

H N - C C O

| | || R: catena laterale o gruppo radicale

H H O gruppo carbossilico

In base alle caratteristiche del gruppo R gli amminoacidi vengono suddivisi in:

- Polari carichi (con comportamento idrofilo)

- Polari non carichi (idrofili)

- Non polari (idrofobi)

È necessario che nella cellula siano presenti anche amminoacidi idrofobi perché nel caso di proteine

in quanto

transmembranali esse si trovano in un ambiente non affine all’acqua formato dalle code

idrofobiche dei fosfolipidi. In natura esistono 60 amminoacidi ma quelli che noi utilizziamo sono

solo 20.

LEGAME PEPTIDICO

Il legame peptidico che si forma è un legame covalente di condensazione che si realizza tra il

gruppo carbossilico di un amminoacido e il gruppo amminico dell’amminoacido successivo con

eliminazione di una molecola di acqua.

R’ R’’ R’ R’’ Gruppo carbonilico

| | | |

– – – – – – – – – – – – – –

H - N C C OH + H N C C OH H N C C N C C H Gruppo imminico

| | || | | || | | || | | ||

H H O H H O H H O H H O legame peptidico : -

Dipeptide

I due gruppi, carbonilico e amminico, sono importanti per imporre alla catena polipeptidica una

struttura secondaria. Nelle cellule questa reazione avviene sui ribosomi e richiede energia, un

enzima specifico che la catalizzi ed informazione poiché l’ordine degli amminoacidi nel polimero in

fase di sintesi non è casuale. Nel corso della formazione della proteina potrebbero esserci dei

problemi nell’attribuzione della sua conformazione tridimensionale oppure durante la traduzione

con conseguenze sulla funzionalità della proteina stessa.

La catena polipeptidica è un polimero che presenta una polarità intrinseca in quanto il polimero

stesso presenta un’estremità ammino-terminale e una carbossi-terminale.

proteine transmembrana che si orientano con l’N

La direzionalità è importante perché ci sono

rivolto verso l’esterno e l’ambiente citosolico.

il C verso

l’acqua, è una sostanza

Una sostanza anfotera, come che può comportarsi sia da acido che da base.

La carica netta delle proteine dipende dalla somma delle cariche dei gruppi R degli amminoacidi

che la compongono. Conoscendo la carica delle proteine mi è poi possibile sottoporre determinati

campioni ad elettroforesi e in tal modo separare le proteine sulla base delle loro cariche.

LIVELLI DI STRUTTURA DELLE PROTEINE

Esistono diversi livelli strutturali. Il primo livello o conformazione, ovvero la struttura primaria,

dipende esclusivamente dalla sequenza degli amminoacidi la quale è determinata dall’mRNA e

ancora prima dal gene. Quella primaria è l’unica struttura che accomuna tutte le proteine.

Trattandosi però di una struttura lineare non è detto che essa sia già funzionale. La struttura

secondaria è determinata dal fatto che alcuni amminoacidi a una distanza ben precisa cominciano ad

attrarsi tra di loro, si avvicinano deformando così la catena. I gruppi coinvolti in questa attrazione

sono i gruppi carbonilico e imminico. Il tutto porta a delle proteine che possono avvolgersi ad elica,

nel caso della struttura secondaria ad α-elica, oppure a β-foglietto. Al primo gruppo appartengono le

proteine elastiche mentre al secondo proteine dotate di una certa resistenza, per esempio le proteine

della seta. In entrambe i casi le interazioni tra i 2 gruppi stabilizzano la molecola.

La struttura terziaria deriva da interazioni tra amminoacidi distanti tra loro. Ad esempio una cisteina

può interagire con un’altra cisteina a una certa distanza formando un ponte disolfuro.

Il livello successivo, la struttura quaternaria, è dato dalla presenza di più catene polipeptidiche; si

parla di proteine multimeriche. Es: emoglobina. Essa è costituita da 4 catene uguali a 2 a 2. Tali

catene che si associano a formare la struttura quaternaria possiedono già la terziaria. Per completare

il processo di avvolgimento intervengono poi proteine dette Chaperonine.

Una proteina ben conformata è quindi una proteina funzionale. Le cellule possiedono meccanismi di

controllo che eliminano le proteine mal conformate. Questo però non sempre avviene: a volte

rimango nell’organismo proteine che funzionano male o non funzionano proprio. La prima proteina

è stata determinata la sequenza è stata l’insulina, formata da 2 catene, a opera di Sanger cui

di cui

andò il premio Nobel nel 1956.

MODIFICAZIONI NELLA STRUTTURA PRIMARIA

Gli errori che possono verificarsi nella struttura primaria si ripercuotono sulla funzionalità della

proteina. Un es. è dato dall’anemia falciforme. Questa malattia comporta la perdita della corretta

morfologia da parte dei globuli rossi dovuta ad una errata sintesi dell’emoglobina. Le persone

affette da anemia falciforme hanno globuli rossi anomali, con forma simile a una falce, poiché la

tensione superficiale dell’ossigeno determina tale cambiamento di struttura. Ciò comporta che i

globuli rossi non riescano più a portare ossigeno ai tessuti. I malati riportano danni alla milza e

L’errore di sintesi si verifica a livello delle catene β, lunghe 140 amminoacidi

maggiore stanchezza.

(le α sono sane). Il sesto amminoacido infatti dovrebbe essere il Glutammato mentre al suo posto

viene inserita una Valina. Le persone affette da anemia sono meno soggette alla malaria perché i

globuli rossi muoiono prima che il plasmodio riesca a completare il ciclo.

La struttura secondaria delle proteine, che può essere ad α-elica o a β-foglietto, è stata definita per la

prima volta da Pauling e Corey nel 1951. A volte le proteine sono molto lunghe e possono avere

tratti ad α-elica seguiti da tratti lineari seguiti a loro volta da altri tratti ad α-elica o a β-foglietto. Si

hanno quindi anche avvolgimenti ripetitivi. Tutto dipende dalla funzione svolta dalla proteina.

La struttura ad α-elica è abbondante nella cheratina, proteina presente nell’epidermide (formata da

cheratinociti; lo strato più esterno della cute è formato da cellule morte) e nei suoi derivati, quindi

capelli e unghie. La β-foglietto nella fibroina che è la principale costituente della seta.

Nella struttura a β-foglietto i segmenti vicini dello scheletro polipeptidico possono andare nella

β parallelo, o in direzione opposta, foglietto β antiparallelo.

stessa direzione, e si parla di foglietto | |

Ammino-carbossi terminale ammino-carbossi terminale

Ammino-carbossi terminale carbossi-ammino terminale

La struttura terziaria è un livello di organizzazione superiore, un ripiegamento guidato da

interazioni deboli e covalenti tra le catene laterali degli amminoacidi (aa):

interazioni: - apolari, gli aa con gruppo R apolare si associano alla parte più interna della proteina, è

se essi fuggissero dall’ambiente acquoso esterno stando protetti all’interno;

come - legami idrogeno

(deboli); - ponte disolfuro; - legami tra gruppi R con cariche opposte (polari).

Es. una proteina ricca di cisteina si conforma grazie a ponti disolfuro assumendo una struttura

stabile all’interno della cellula. In laboratorio è possibile srotolare le proteine utilizzando composti

quali agenti ossidanti o riducenti cosa che permette di studiarne le caratteristiche. Togliendo gli

agenti che rompono per es. i ponti di solfuro è possibile riottenere la proteina. Le proteine quindi

formano spontaneamente i legami che stabilizzano la loro molecola, si conformano cioè

spontaneamente.

In presenza di agenti denaturanti come urea e mercaptoetanolo la proteina viene srotolata. Se

l’ambiente continua ad essere denaturante la proteina rimane srotolata. Altro agente denaturante è

l’alta temperatura (la proteina perde la sua struttura e diventa biologicamente inattiva) ma lo stesso

vale per le variazioni di pH, presenza di riducenti (come urea o mercaptoetanolo) o concentrazione

di sali.

La conformazione nativa di una proteina dipende dalla sequenza amminoacidica e può essere

recuperata: l’informazione è infatti intrinsecamente contenuta nella struttura primaria delle proteine.

cisteina

• ----------C---------

|

CH 2

|

SH -------C------

|

Ossidanti CH 2

 |

SH riducenti S

•  

| | ponte disolfuro tra catene polipeptidiche

CH S

2

| |

------C----- CH 2

| |

CH ---------C---------

2

|

SH C

|

SH CH 2

| |

CH S

2 

| | ponte disolfuro intracatena

-------C----- S

|

CH 2

|

C-----

La cellula, per evitare la disattivazione degli enzimi deve mantenere costanti i valori di pH così

lo stesso motivo il corpo dell’organismo deve mantenere costante la T. L’uomo è infatti

come per

un organismo omeoterma. La T costante alla quale viene mantenuto il nostro corpo consente agli

enzimi di lavorare correttamente. Se la T aumenta troppo si ha denaturazione degli enzimi. Inoltre

anche le membrane che costituiscono tutte le nostre cellule (sia le membrane plasmatiche che quelle

dell’elevata T.

intracellulari) risentono

di proteina dotata di struttura quaternaria è data dall’emoglobina. Essa è formata da 4

Un esempio

subunità uguali a 2 a 2: 2 α e 2 β. Per costruire questo tipo di proteina sono necessari 2 geni.

L’emoglobina per funzionare necessita anche dei cosiddetti gruppi prostetici che consentono il

legame con lo ossigeno. La presenza di una proteina così ingombrante nei globuli rossi spiega

perché essi sono anucleati: al termine del processo di maturazione infatti perdono il nucleo. I legami

es. dell’emoglobina) possono essere

e le forze che stabilizzano la struttura quaternaria (per

interazioni deboli o forti che avvengono tra le catene laterali.

I CARBOIDRATI (carboni idrati in quanto ogni carbonio lega 1 H e 1 OH cioè 1 molecola di H O)

2

I carboidrati, detti comunemente zuccheri, possono essere zuccheri semplici ovvero monosaccaridi

come il glucosio, disaccaridi o polisaccaridi. La struttura generale dei carboidrati è C H O .

n 2n n

La formula del glucosio è C H O . Esso è quindi un esoso. Gli zuccheri possono anche essere fatti

6 12 6

da 5, 4 o 3 carboni, come nel caso della gliceraldeide, fino a un massimo di 7.

MONOSACCARIDI (zuccheri semplici)

Sulla base di determinate caratteristiche appartenenti all’uno o all’altro tipo i monosaccaridi sono

stati classificati in: H O

- Aldosi perché presentano 1 gruppo aldeidico C e possono essere triosi cioè a 3 atomi di

carbonio, è il caso della gliceraldeide, pentosi cioè a 5 atomi di carboni, è il caso del ribosio,

esosi cioè a 6 atomi di carbonio, è il caso del glucosio.

O

||

- Chetosi: perché presentano gruppo chetonico - C- :

Gli zuccheri in acqua tendono a ciclizzare. Si possono avere 2 possibili configurazioni: α e β. Esse

dipendono dalla disposizione dei sostituenti asimmetrici legati al C.

Proiezione di Fisher: forma lineare Proiezione di Haworth: forma cicilica

OH

Quella rappresentata è la conformazione α glucosio. Invertendo il gruppo ossidrilico e l’H (C )

H

si ottiene il β glucosio. A seconda si tratti di α o β glucosio la cellula lo utilizza diversamente.

che

La ciclizzazione si verifica in quanto in ambito biologico il gruppo aldeidico negli aldosi, e

chetonico nei chetosi, tendono a reagire con il gruppo ossidrilico legato al C5 assumendo così la

conformazione di un anello. Dai due tipi di glucosio è possibile ottenere dei polimeri quali

l’energia è contenuta

glicogeno, cellulosa e amido. Questi sono macromolecole energetiche dove

nei legami tra le molecole di glucosio, i legami glicosidici. Le cellule sono quindi in grado di

discriminare tra α e β glucosio: l’α glucosio viene utilizzato per costruire polisaccaridi di riserva

l’amido e il glicogeno, mentre il β glucosio per polisaccaridi strutturali come

come la cellulosa o la

chitina che costituisce lo scheletro degli insetti.

Tra gli zuccheri pentosi ricordiamo: ribosio e desossiribosio i quali rivestono una grande

importanza biologica in quanto formano la struttura dei nucleotidi ma anche GTP e ATP;

esosi: glucosio, galattosio e fruttosio, vengono utilizzati per produrre energia (ATP); inoltre sono

fonte di atomi di carbonio per le biosintesi di importanza biologica; rappresentano poi i monomeri

per costruire disaccaridi o polisaccaridi di riserva o strutturali.

I disaccaridi sono zuccheri formati da 2 zuccheri. Un es. è rappresentato dal saccarosio ovvero il

comune zucchero da tavola. Esso è formato da α glucosio + legati tramite legame α 12.

fruttosio

Un altro disaccaride è il lattosio formato da glucosio + galattosio tramite legame β 14.

L’amido ha funzione di riserva nelle piante ed è prevalentemente concentrato nei semi. È formato

α α14, e con ramificazioni α 16

da glucosi legati tra loro attraverso legami nell’amilosio,

nell’amilopectina. L’amido è presente sottoforma di granuli nei plastidi.

è formato da catene di α glucosi legati tra loro da legami α14

Il glicogeno (detti di tipo 2). Anche

caso si hanno ramificazioni con legami α16

in questo (detti di tipo 1). Il glicogeno è presente in

forma di granuli a livello di fegato, dove viene depositato, muscoli e cervello dove viene

essere pronto all’uso. Si trova nella cellula vicino a quegli organuli

accumulato per che sono in

grado di utilizzare l’energia ricavata dal glucosio (mitocondri).

La cellulosa possiede una struttura ordinata in modo tale da formare strutture resistenti. Quindi si ha

disposizione in relazione alla funzione svolta. Nella cellula è presente con legami di tipo 3 perché

composta da β glucosi.

I LIPIDI

I lipidi sono inserite nella categoria delle macromolecole non perché polimeri ma per il loro elevato

l’acqua poiché possiedono una grande

peso molecolare. Essi hanno scarsa o nulla affinità per

porzione idrofoba costituita dalla lunga catena carboniosa, la quale fugge l’acqua. Hanno perciò

delle cell 3 ruoli:

comportamento anfipatico. I lipidi svolgono all’interno

- Riserva energetica: i trigliceridi quando vengono idrolizzati liberano, a parità di peso, più

degli zuccheri. L’energia –

energia è immagazzinata nei legami C C quindi più è lunga la

catena più energia viene liberata;

i fosfolipidi costituiscono infatti l’impalcatura delle membrane;

- Strutturale:

- Trasmissione di segnali chimici: ormoni sessuali, essi sono steroidi, ad es. il testosterone.

Sia i trigliceridi che i fosfolipidi sono costituiti da acidi grassi. Gli acidi grassi sono infatti i

componenti di numerose classi di lipidi. Sono costituiti da lunghe catene (carboniose)

idrocarburiche non ramificate e apolari che vanno da un min 12 a un max di 24 atomi di C. Hanno

polare ad un’estremità rappresentato dal gruppo carbossilico.

inoltre un gruppo

Gli acidi grassi hanno quindi comportamento anfipatico in H O. Il gruppo COOH rende idrofila la

2

testa mentre la restante catena idrocarburica è idrofoba.

Per formare un trigliceride occorrono 3 acidi grassi uniti con un glicerolo. La variabilità tra gli acidi

grassi è dovuta alla presenza o assenza di doppi legami tra gli atomi di C della catena.

È possibile intervenire sui grassi insaturi da un punto di vista industriale con processi di

idrogenazione dei doppi legami i quali vengono saturati con H. Ne è un es. la margarina. I grassi

idrogenati sono più nocivi rispetto ai grassi animali.

Gli acidi grassi sono utilizzati dalle cellule per creare le proprie strutture e riserve energetiche.

TRIGLICERIDI: sono costituiti da 1 glicerolo (è un alcol) + 3 acidi grassi legati mediante legami

estere che si formano in seguito a una reazione di condensazione. I tre acidi grassi di un trigliceride

possono essere uguali o diversi.

I trigliceridi si accumulano nel tessuto adiposo. Quest’ultimo si trova sotto la cute e svolge una

funzione isolante al fine di proteggerci dal freddo. In particolare i trigliceridi sono accumulati negli

adipociti che costituiscono il tessuto adiposo e vanno a formare i pannicoli adiposi negli animali

con funzione di protezione da un ambiente freddo (è il caso di foche, pinguini ecc.). Anche attorno

ai reni troviamo tessuto adiposo.

L’organismo consuma prima gli zuccheri. È infatti per esso molto più difficile mobilitare i grassi.

Terminate le riserve di grassi passa infine alla demolizione delle proteine con eliminazione del

gruppo amminico NH che è tossico. Quando ciò avviene si ha perdita di massa muscolare.

3

Le cellule sfruttano i lipidi per costruire strutture. I fosfolipidi infatti costituiscono le membrane

delle cellule. La loro struttura è data da: 1 glicerolo + 2 acidi grassi + 1 gruppo fosfato dotato di

carica negativa a cui è legata una molecola dotata anch’essa di carica (per es. colina, serina,

etanolammina).

Quando si trovano in acqua i fosfolipidi si dispongono o con le teste verso la superficie dell’acqua e

le code rivolte verso l’aria o se mischiati con l’acqua vanno a formare micelle. Queste ultime sono

polari sono rivolte verso l’esterno, quindi a contatto con l’acqua,

strutture circolari in cui le teste

mentre le code sono all’interno del piccolissimo spazio che si viene a creare. Questa struttura non è

favorevole in biologia in quanto serve spazio affinché possano essere contenuti gli organuli. Il

citoplasma inoltre è di natura acquosa.

Tra i 2 strati della membrana non c’è esatta simmetria. Questo perché gli ambienti extra e

intracellulare non sono uguali. La cellula sceglie quindi quali fosfolipidi utilizzare per la

costruzione della membrana basandosi sulle catene di acidi grassi saturi e insaturi presenti negli

stessi. Questo è necessario al fine di evitare che la membrana sia troppo rigida o troppo fluida. I

trigliceridi vengono efficacemente accumulati negli adipociti. In queste cellule nucleo e organuli

sono schiacciati verso la periferia a causa delle grosse dimensioni dei trigliceridi.

Gli steroidi costituiscono un'altra classe di lipidi e sono dotati di una struttura a 4 anelli. Ne fa parte

il colesterolo il quale è contenuto nella membrana plasmatica al fine di regolarne la fluidità. In

particolare esso è intercalato tra un fosfolipide e l’altro, distanziandoli per aumentare la fluidità di

membrana o occupando lo spazio presente tra i due per diminuire la fluidità. Viene quindi aggiunto

o rimosso in base alle necessità della cellula. Nelle membrane dei mitocondri non è presente il

colesterolo.

LA MEMBRANA PLASMATICA

La membrana plasmatica è costituita da un doppio strato fosfolipidico. La componente idrofilica di

uno strato è data da gruppi diversi da quelli dell’altro strato. Dal lato esterno della membrana

sporgono brevi catene oligosaccaridiche che formano il glicocalice. Queste catene sono legate a

delle proteine presenti nella membrana dando luogo così a delle glicoproteine molto voluminose. Si

tratta di proteine transmembrana. Sono anche dette proteine integrali di membrana e come tali

devono avere 3 domini: 1 rivolto verso l’esterno capace di legare catene oligosaccaridiche, 1 che

attraversa la membrana e 1 rivolto verso l’interno della cellula. (Un dominio è una porzione della

proteina con particolari caratteristiche.) I domini rivolti verso il lato citoplasmatico ed extracellulare

possiedono amminoacidi con gruppi R polari. Queste proteine sono anche dette proteine multipasso

perché passano più volte attraverso la membrana; questo permette di creare anche dei pori, dei

canali. α elica. Il loro dominio

Altre proteine di membrana hanno invece una conformazione ad

citoplasmatico assume una forma globosa. Hanno un peso molecolare inferiore rispetto alle proteine

integrali e la loro funzione è recettoriale. Legano inoltre sul lato esterno catene oligosaccaridiche.

Queste catene di oligosaccaridi possono essere anche legate ai fosfolipidi formando così i

glicolipidi. Le proteine di membrana possono essere intrinseche o estrinseche a seconda che

attraversino totalmente o parzialmente la membrana. Le proteine periferiche hanno funzione di

ancoraggio per le proteine transmembrana e si trovano sul lato citoplasmatico.

in grado di trasferirsi da uno strato della membrana all’altro. Questo avviene

I fosfolipidi sono

all’enzima flippasi

grazie che catalizza il movimento detto flip-flop. È un movimento che avviene

con scarsa frequenza. I fosfolipidi possono invece anche girare su sé stessi ma anche spostarsi da un

punto all’altro dello strato; questo per non dare rigidità alla membrana. I movimenti sono controllati

nell’ambiente interno e da una matrice

da una componente citoscheletrica che sta che sta sul

versante esterno.

La membrana plasmatica deve essere una struttura selettiva.

L’acqua può diffondere liberamente attraverso la membrana per diffusione semplice. Nel caso di

altre sostanze servono invece proteine che facciano da mediatrici.

L’integrità della membrana è necessaria sia dell’organismo

per la sopravvivenza della cellula che

intero. La membrana deve avere capacità di movimento e di espansione in quelle cellule dove

risulta necessario, ovvero in quelle cellule in cui è necessario aumentare la superficie. Questo però

non deve andare ad intaccare sul volume della cellula. Il giusto grado di fluidità permette questo.

Anche la fusione tra due membrane deve essere possibile; nel caso dei gameti per es. la membrana

plasmatica deve essere sufficientemente duttile per potersi dividere e creare nuove cellule.

La membrana plasmatica è osservabile solo al microscopio elettronico. Il suo spessore è infatti di

6nm (al microscopio ottico appare come una semplice riga).

I lipidi costituiscono il 40% delle membrane: essi sono rappresentati dai fosfolipidi ma anche da

glicolipidi e steroidi (colesterolo).

Il 50-55% del peso secco di una membrana cellulare è formato da proteine (strutturali, enzimi,

antigeni ecc.).

Il 5-8% da carboidrati: oligosaccaridi legati alle proteine (glicoproteine) o ai lipidi (glicolipidi).

Un es. biologico dell’asimmetria di membrana è dato dalla fosfatidilserina (PS) la quale si trova

solo nel monostrato interno poiché ha una carica negativa che gli permette di legarsi con residui di

arginina e lisina carichi positivamente. La comparsa di PS sulla superficie esterna per es. dei

linfociti è un segnale che essi sono invecchiati ed è necessaria la loro distruzione da parte dei

macrofagi.

I glicolipidi presenti nel foglietto esterno hanno funzione di ligandi extracellulari. Quando la PS si

all’azione della flippasi,

sposta, grazie nello strato esterno, i macrofagi percepiscono questa

traslocazione come segnale per la distruzione della cellula.

Un caso particolare è invece quello delle piastrine: la comparsa della PS sulla loro superficie esterna

l’inizio della coagulazione. Il meccanismo è quindi dato dall’attribuire al passaggio

è un segnale per

di particolari fosfolipidi da uno strato all’altro un significato di segnale.

spostarsi da uno strato all’altro grazie all’enzima flippasi. Essa catalizza

I fosfolipidi possono perciò

il movimento flip-flop, denotato come diffusione trasversale. Le varie modalità di movimento sono

indispensabili per far sì che la membrana plasmatica non sia troppo rigida. Queste caratteristiche

della membrana hanno portato al modello a mosaico fluido determinato nel 1972 da Singer e

Nicholson. Viene definito a mosaico perché ci sono tanti tasselli che vanno a formare la membrana

plasmatica.

Il movimento riguarda però anche le proteine. Le molecole che costituiscono le membrane non sono

quindi statiche. La maggior parte dei fosfolipidi si spostano lateralmente, più raro è invece il

movimento di tipo flip-flop catalizzato dalla flippasi. Anche le code dei fosfolipidi non sono

immobili. FLUIDITA’?

COSA FAVORISCE IL MOVIMENTO DEI FOSFOLIPIDI E CHI REGOLA LA

Ad es. nell’uomo alla T di 37°C i fosfolipidi

La temperatura è un parametro molto importante.

presentano un certo grado di fluidità e infatti si trovano in uno stato relativamente fluido. Alla

assume una consistenza di “cristallo liquido

temperatura corporea il doppio strato fosfolipidico

bidimensionale” ovvero non troppo solida né troppo liquida ma di gel cristallino. Se la T scende

si trasformano in “gel cristallino congelato”

troppo i lipidi che costituiscono le membrane cellulari

con conseguente limitazione nei movimenti. Gli enzimi inoltre non sono più in grado di lavorare, la

cellula blocca il metabolismo e la struttura membranale perde la sua funzionalità.

l’organismo. Sopra la T di transizione i

La T di transizione è dunque la T ideale per fosfolipidi si

muovono mantenendo un livello di ordine elevato ma se la temperatura aumenta troppo i fosfolipidi

perdono la loro struttura ordinata perché si muovono troppo. La fluidità del doppio strato

a bassissime T l’acqua contenuta nelle cellule

fosfolipidico è quindi in relazione alla T. Inoltre

forma cristalli di ghiaccio che spaccano la cellula. Le cellule in coltura vengono conservate in

congelatore a 180°C. Esse vengono protette con glicerolo in modo tale da evitare danni alle

membrane.

DEL COLESTEROLO NELLA FLUIDITA’ DI MEMBRANA

RUOLO

Il colesterolo è posizionato all’interno del monostrato e si lega al fosfolipide:

Quando la T è elevata il colesterolo va a riempire gli spazi tra i fosfolipidi riducendo la fluidità della

invece ostacola la solidificazione interferendo con l’impacchettamento dei

membrana. A basse T

fosfolipidi. La fluidità è essenziale per il funzionamento di tutte le membrane cellulari e può essere

regolata per mezzo della composizione lipidica.

LA FLUIDITA’ DI MEMBRANA?

ALTRE STRATEGIE PER MANTENERE

La cellula può a tal fine intervenire cambiando i fosfolipidi che costituiscono la sua membrana. Può

scegliere per es. fosfolipidi con catene idrocarburiche insature che si compattano meno strettamente

e la membrana rimane così fluida anche a T basse.

Ad es. nelle cellule incubate a basse temperature si verificano delle modificazioni metaboliche. La

cellula interviene allora in modo tale che la prolungata esposizione a basse T non diventi letale o

per lo meno non lo sia per un certo periodo di tempo:

- Desaturazione: la cellula inizia a desaturare le catene di acidi grassi saturi trasformandoli in

 dall’enzima

insaturi; elimina quindi H e si forma il doppio legame processo catalizzato

desaturasi;

- Formazione di doppi legami

- Rimescolamento delle catene tra molecole differenti per formare il maggior numero

possibile di fosfolipidi con ac. grassi insaturi; ciò avviene per es. se si hanno fosfolipidi con

catene insature ma che lì dove sono non sono funzionali. La cellula allora stacca la catena

dal glicerolo e la porta a un altro lipide tramite gli enzimi fosfolipasi, che stacca, e

acetiltransferasi, che trasferisce, la catena a un altro fosfolipide.

- Sintesi di fosfolipidi con catene di ac. grassi insaturi.

Come già detto, le membrane contengono proteine. Le proteine multipasso sono proteine che

volte la membrana. L’estremità carbossi-terminale

attraversano più è rivolta verso il lato

citoplasmatico mentre quella ammino-terminale verso il lato extracellulare. La disposizione delle

proteine ad α elica si trova solamente all’interno del doppio strato. Nelle porzioni extramembranali

abbiamo invece strutture lineari. In questa forma sono infatti disponibili per legarsi con catene

glucidiche. Queste proteine sono ben ancorate infatti per studiarle bisogna rompere le membrane e

utilizzare detergenti che sciolgono i grassi (ad. es. SDS contenuto nel detersivo per il bucato).

PROTEINE DI MEMBRANA

- Proteine transmembrana multipasso;

- Proteine transmembrana che attraversano una sola volta la membrana; in entrambe i casi la

porzione della proteina a contatto con le catene idrofobiche dei fosfolipidi ha conformazione

ad α elica;

- Proteine integrali: con una o più eliche transmembrana;

- Proteine periferiche: alcune prendono contatto con le teste dei fosfolipidi altre interagiscono

solo con proteine transmembrana tramite legami non covalenti;

- Proteine ancorate alla membrana plasmatica tramite molecole che fanno da ponte tra esse e

il fosfolipide: es. il glicosilfosfatidilinositolo;

- Proteine legate a un lipide, a un acido grasso; quindi non alla testa, no al gruppo fosfato.

PROTEINE INTEGRALI

È importante che le proteine abbiamo nello loro sequenza amminoacidica amminoacidi idrofobici e

idrofilici nelle corrette posizioni. I gruppi laterali idrofobici devono essere a contatto con le code

l’esterno e/o verso il lato

idrofobiche dei fosfolipidi. Il dominio idrofilico è invece rivolto verso

rappresentati dalle conformazioni ad α elica con

citoplasmatico. I domini intramembrana sono

catene laterali idrofobiche rivolte verso l’esterno interagire con i fosfolipidi. All’interno delle

per

con conformazione ad α elica che dispone i gruppi R nel modo

proteine multipasso, proteine

corretto, si viene a creare un poro acquoso attraverso il quale passano le sostanze affini con l’acqua.

Nei globuli rossi per es. la glicoforina (proteina di membrana) costituisce con le catene

oligosaccaridiche una sorta di mantello che maschera il globulo rosso rendendolo invisibile agli

agenti infettanti.

Negli archeobatteri invece la batterio-rodopsina forma un canale protonico che rende possibile

l’assorbimento di energia +

luminosa. In presenza di luce il canale si apre e gli ioni H vengono

pompati all’esterno. In assenza di luce il canale si chiude.

Le proteine imprimono ad ogni cellula e ad ogni organulo la loro prerogativa. Nelle membrane le

proteine di trasporto costituiscono un canale idrofilico selettivo oppure possono essere proteine

ATP.

pompa che necessitano di energia

Le proteine ad attività enzimatica formano un legame chiave-serratura con il loro substrato.

Altre proteine sono in grado di effettuare traduzioni di segnali. Esse legano la molecola segnale,

cosa che determina un cambio di conformazione. Successivamente si ha una cascata di risposte

nella cellula. Le molecole segnale non possono entrare direttamente nelle cellule.

Alcune proteine consentono il riconoscimento tra cellule, ad es. il riconoscimento tra cellula uovo e

gameti maschili della stessa specie; altre l’adesione intracellulare, cioè l’unione tra cellule; altre

l’adesione

ancora al citoscheletro, disposto al di sotto del monostrato interno e alla matrice

extracellulare ciò infatti non avviene direttamente ma attraverso una proteina periferica.

Il glicocalice è un rivestimento cellulare costituito non solo dalla componente oligosaccaridica ma

anche dalle porzioni di proteine che sporgono dal lato extracellulare. Le glicoproteine assorbite

sono proteine che si trovano a contatto solo con le proteine che sporgono.

- Gli oligosaccaridi sulla superficie cellulare determinano, per ciascun tipo cellulare, una

distinta maschera di identificazione.

- Il glicocalice è usato nel riconoscimento cellula-cellula ed è particolarmente importante nel

mediare le risposte infiammatorie.

Mobilità o immobilità: le proteine di membrana sono immobili o hanno un certo grado di

movimento?

Le proteine non sono statiche ma la loro mobilità deve essere regolata; non possono infatti spostarsi

liberamente da un punto all’altro della membrana. Per rispondere a questa domanda i ricercatori

hanno condotto degli esperimenti su cellule in vitro. In particolare sono state utilizzate cellule di

topo e cellule umane marcate rispettivamente con rodammina (rosso) e fluoresceina (verde). Le due

cellule sono state costrette a fondersi ottenendo così una cellula ibrida che viene mantenuta a una T

costante di 37°C. Dopo un periodo di 40 minuti di incubazione, contati a partire dal momento della

fusione cellulare, il risultato è stato che le proteine delle due cellule nella membrana si erano

mischiate. Un altro esperimento è stato invece condotto abbassando la T. Si è visto che il doppio

strato fosfolipidico diventa più viscoso e le proteine riducono la loro mobilità.

Un ulteriore esperimento è quello del recupero della fluorescenza dopo fotosbiancamento (Frap

Recovery Fluorescence After Photobleaching): l’esperimento viene condotto al buio; le proteine

vengono marcate con colorazione fluorescente. Successivamente un raggio laser colpisce una

piccola area della superficie cellulare. In questo modo le proteine vengono sbiancate e per tanto non

risultano più visibili. Quindi, di conseguenza, se è vero che le proteine possono muoversi, il punto

un certo intervallo di tempo, avrebbe dovuto essere “ricolonizzato” da proteine

bianco, dopo che si

trovavano precedentemente in altri punti della cellula. Si tratta di un esperimento grossolano in

quanto il raggio laser colpisce più di una proteina e ci sono delle proteine che non si muovono del

tutto. Non si riesce quindi ad ottenere un risultato preciso.

Dagli esperimenti condotti si è dedotto che le proteine integrali si muovono lentamente nel doppio

strato. È stato visto inoltre che una frazione delle proteine integrali che va dal 30 al 70 % , a

seconda del tipo di cellula, non è libera di muoversi.

MOVIMENTO DELLE PROTEINE INTEGRALI DI MEMBRANA

- proteine di tipo A si muovono casualmente attraverso tutta la membrana e rappresentano per

questo un’eccezione rispetto alle altre tipologie;

- proteine di tipo B sono immobilizzate a causa delle interazioni con le proteine

citoscheletriche presenti sotto la membrana;

- proteine di tipo C si spostano lungo una direzione ben precisa perché interagiscono con le

proteine motrici localizzate sulla superficie interna della membrana;

- proteine di tipo D hanno una diffusione limitata a causa di altre proteine di membrana che

stanno attorno ad esse;

- proteine di tipo E si muovono secondo determinati spostamenti ma entro una palizzata

costituita da proteine del citoscheletro;

- proteine di tipo F hanno diffusione limitata da materiale extracellulare.

È COSI’ IMPORTANTE IL CITOSCHELETRO?

Anche per rispondere a questa domanda sono stati condotti esperimenti. Alcune cellule sono state

modificate geneticamente a livello delle porzioni citoplasmatiche o extracellulari di specifiche

proteine integrali di membrana modificando così la loro capacità di legarsi al citoscheletro o alle

proteine della matrice extracellulare. Si è così scoperto che queste proteine possono muoversi più

liberamente rispetto alla controparte intatta. Questi risultati suggeriscono che sul lato citoplasmatico

la barriera è il citoscheletro mentre sul lato extracellulare lo sono i componenti della matrice.

METODI DI STUDIO DELLA MEMBRANA PLASMATICA

I primi studi condotti sulle membrane plasmatiche sono stati fatti sui globuli rossi in quanto

facilmente reperibili con un semplice prelievo del sangue. Questi sono stati posti in soluzione

ipotonica con il risultato che i globuli rossi scoppiavano creando in questo modo frammenti di

membrana plasmatica detti GHOST, fantasmi dei globuli rossi, in modo da poterli studiare. Una

tecnica utilizzata per procedere al loro studio è quella del Freeze-fracturing. Essa consiste in: -

congelamento del campione opportunamente crioprotetto, - taglio della membrana che consente la

separazione dei 2 monostrati; le proteine possono trovarsi in uno di questi due monostrati; - il

campione è poi sottoposto a trattamenti con candeggina e aggiunta di polvere di carbone per

annerire i 2 monostrati ottenendone così lo stampo, il calco, che può essere visualizzato.

POLARITA’ CELLULARE E DOMINIO DI MEMBRANA

Esempi di cellule polarizzate sono: gameti maschili, neuroni, enterociti ecc.

Le cellule dell’epitelio intestinale presentano tra loro delle giunzioni. Per costruire tali giunzioni le

cellule necessitano di proteine transmembrana. Le giunzioni di adesione tra cellule sono formate da

placche proteiche e da filamenti facenti parte della componente citoscheletrica.

A livello dei microvilli invece non ci sono proteine specializzate a formare giunzioni ma proteine

trasportatrici che devono essere presenti solo nel tratto che si solleva a formare i microvilli stessi.

Sulla porzione basale ci sono delle proteine che interagiscono con il contenuto sottostante. Al di

sotto della membrana basale è infatti localizzato il tessuto connettivo che è vascolarizzato e fa si che

le sostanze nutritizie diffondano nell’epitelio sovrastante.

La maggior parte delle membrane plasmatiche mostrano una variabilità nella composizione proteica

dell’ingresso

e nella mobilità. A livello della membrana plasmatica apicale avviene la regolazione

di molecole nutritizie e acqua nonché delle secrezioni. Inoltre ha funzione di protezione. In

e l’adesione,

corrispondenza della membrana plasmatica laterale avviene il contatto tramite

desmosomi, e la comunicazione tra cellule per mezzo di giunzioni comunicanti dette gap, le quali

possono esistere in conformazione aperta che consente passaggio di piccoli ioni e molecole, o

chiusa che non permette alcun passaggio.

Ma perché creare giunzioni cellulare e non utilizzare proteine trasportatrici? Perché le giunzioni gap

costituiscono tante unità che si aprono nello stesso momento e la quantità di molecole che entrano è

elevata mentre nel caso delle proteine trasportatrici ne passerebbero troppe poche. Questo tipo di

nei cardiociti i quali necessitano che l’entrata delle molecole avvenga in tempi

giunzioni si trovano

ridotti.

Tra una cellula e l’altra sono presenti giunzioni occludenti per non far passare glucosio e altre

molecole.

La membrana plasmatica basale si trova a contatto con il substrato e si ha creazione di gradenti

ionici.

Come suddetto un es. di polarità è dato dal gamete maschile:

Per consentire la nascita di un nuovo individuo è necessaria la presenza di specifici domini. Nel

flagello troviamo la tubulina. Anticorpi anti-tubulina marcati con rodammina colorano di rosso il

flagello. Questo tipo di segnali fluorescenti svanisco però nel giro di poco tempo.

Le membrane possiedono dunque 2 facce: una rivolta verso il lato citosolico a contatto con il

citoplasma delle cellule e l’altra esoplasmatica, cioè a contatto con l’esterno della cellula.

I due strati lipidici, sulla base di alcune esigenze, possono differire per:

- Composizione in fosfolipidi;

- Orientamento spaziale di ciascuna proteina di membrana;

- Carboidrati confinati alla superficie esterna.

Le membrane derivano da membrane preesistenti e il loro accrescimento è determinato

di lipidi e proteine nella matrice fluida del doppio strato. Anche nel mitocondrio si

dall’inserimento

ha la presenza del doppio strato fosfolipidico; esso infatti possiede due membrane.

La membrana deve garantire una barriera semipermeabile. Tutto ciò che presenta cariche, a meno

che non abbia dimensioni estremamente ridotte, deve entrare in maniera controllata.

sia nell’ambito farmacologico

I liposomi sono vescicole prodotte per diversi scopi. Sono importanti

essere caricate con la molecola d’interesse, ad es.

che in quello cosmetico. Tali vescicole possono

un farmaco liposolubile, oppure possono agganciare sulla loro superficie un anticorpo. Sono quindi

dei vettori che arrivano alle cellule ed entrando in contatto con la membrana plasmatica di queste

ultime si fondono con la membrana delle cellule stesse per endocitosi.

FUNZIONI SVOLTE DALLA MEMBRANA PLASMATICA

Si tratta di una struttura semipermeabile altamente selettiva per quanto riguarda il trasporto delle

sostanze attraverso di essa. Caratteristica essenziale di ogni cellula è data dalla capacità di

molto diverse dall’ambiente circostante.

accumulare sostanze in concentrazioni

scambia con l’ambiente esterno le sostanze

La cellula nutritizie e regola la concentrazione degli ioni

+ + + 2+ 2+

cm H , Na , K , Ca . Lo ione Ca per es. potrebbe essere accumulato nel R.E.L. Un segnale

2+

esterno alla cellula infatti fa sì che il Ca venga rilasciato. Quando poi la cellula non ne ha più

bisogno riprende ad accumularlo.

PERMEABILITA’ SELETTIVA DELLA MEMBRANA

La membrana lascia permeare, cioè lascia passare, per diffusione semplice, molecole apolari (ad es.

ormoni steroidei in quanto essendo di natura lipidica riescono a passare perché hanno affinità col

doppio strato) e piccole molecole polari (ad es. H O, che non ha affinità col doppio strato ma in

2

compenso ha dimensioni piccolissime, e gas respiratori). Impedisce invece l’ingresso di grosse

molecole polari e ioni. Piccole molecole prive di carica sfruttando le loro ridotte dimensioni

riescono a passare liberamente (H O, O , CO , etanolo, glicerolo, N ). Grosse molecole polari e ioni

2 2 2 2

ad es. l’alanina, arrivati a livello della

+ + 2+ -

come glucosio, H , Na , Ca , Cl , amminoacidi, come

membrana plasmatica non riescono ad attraversarla. Tutto ciò che viene respinto dalla membrana

necessita di una componente proteica ovvero proteine canale o proteine di trasporto che ne mediano

l’ingresso.

La tipologia di trasporto può essere di tipo attivo, quando richiede consumo di energia, o passivo

quando non richiede consumo di energia. Il gradiente di concentrazione determina il tipo di

trasporto. Andando da un ambiente più concentrato a uno meno concentrato si ha un trasporto di

tipo favorevole che non necessita di energia. Se però la cellula necessita di aggiungere ad un

ambiente più concentrato essa deve farlo consumando energia. Il trasporto attivo avviene quindi

contro gradiente e necessita perciò di energia.

Diffusione semplice: (H O, CO ecc.) le sostostanze diffondono senza alcun problema.

2 2

 

TRASPORTO PASSIVO necessita di proteine di membrana TRASPORTO ATTIVO

Proteine canale e proteine vettrici proteine vettrici

Le proteine vettrici sono proteine specifiche con meccanismi chiave-serratura.

POTENZIALE DI MEMBRANA

Il flusso netto di ciò che passa attraverso una membrana plasmatica non è in equilibrio.

Ambiente interno eccesso ioni positivi

Membrana plasmatica

Ambiente esterno eccesso ioni negativi

Questa differenza di carica va ad instaurare un voltaggio o

differenza di potenziale.

Tutte le membrane plasmatiche hanno un potenziale di membrana dato dalla somma delle cariche

interne ed esterne e un potenziale di riposo pari a circa -70 mV. Questa d.d.p. è particolarmente

importante per le cellule eccitabili, quali cellule nervose e muscolari.

DIFFUSIONE FACILITATA

Per molecole elettricamente cariche e per gli ioni, il trasporto dipende dal loro gradiente

elettrochimico. Sono importanti quindi sia la carica che la concentrazione del soluto che deve essere

trasportato.

Tra le funzioni del R.E.L. rientrano la sintesi dei lipidi e il metabolismo del glicogeno. Gli epatociti

costituiscono il principale sito di accumulo di glicogeno. Il R.E.L. degli epatociti è coinvolto nella

degradazione del glicogeno. La regolazione dei livelli di glucosio rilasciati nel sangue è di tipo

ormonale: insulina e glucagone sono i due ormoni coinvolti e sono sintetizzati dal pancreas.

La degradazione del glicogeno è finemente regolata da enzimi specifici. Sul polimero del glicogeno

interviene infatti la glicogeno-fosforilasi provocando la rottura del legame. In seguito ad essa 1

gruppo fosfato si lega al glucosio nella posizione in cui prima si trovava il legame. Il glucosio 1-

fosfato non può però uscire dalle cellule perché le permeasi della membrana riconoscono solamente

il glucosio. Interviene perciò la fosfoglucomutasi che lo trasforma in glucosio-6-fosfato.

Quest’ultimo viene trasportato al R.E.L. dove una proteina enzimatica, la glucosio-6-fosfatasi,

è così libera di passare all’interno del circolo

stacca il fosfato e rilascia la molecola di glucosio che

sanguigno. Il segnale che determina il rilascio di glucosio da parte delle cellule è portato dal

glucagone.

FUNZIONI DEL R.E.R.

Il R.E.R. rappresenta il punto di partenze per le vie biosintetiche (ad es. biosintesi delle proteine).

Interviene infatti nella biosintesi e maturazione (cioè ripiegamento) delle proteine, sintesi dei

carboidrati (strutture oligosaccaridiche da legare alle proteine stesse), partecipa alla sintesi dei

fosfolipidi.

I primi esperimenti sul R.E.R. sono stati condotti su cellule acinose del pancreas e su cellule

mucipare del tubo digerente.

La subunità maggiore dei ribosomi è legata alla membrana del R.E. dalla proteina traslocone la

quale serve poi per trasferire le proteine nel lume del R.E.R. I ribosomi adesi al versante citosolico

della membrana effettuano la sintesi di proteine destinate ad essere incorporate:

- Negli organuli del sistema di endomembrane (Golgi, lisosomi, endosomi, cisterna

perinucleare, R.E.)

- Nella membrana plasmatica o altrimenti esportate dalla cellula sotto forma di prodotti di

secrezione.

Anche i ribosomi collocati sulla cisterna perinucleare fanno sintesi.

SINTESI DELLE PROTEINE

I ribosomi legati al R.E. producono:

- Proteine secrete;

- Proteine integrali di membrana estrinseche;

- Proteine solubili.

I ribosomi liberi nel citoplasma invece:

- Proteine citosoliche;

- Proteine periferiche citosoliche;

- Proteine nucleari (anche il nucleo necessita di un suo citoscheletro);

i radicali liberi e l’H

- Perossisomi (eliminano O )

2 2

- Proteine mitocondriali (i mitocondri hanno infatti un corredo proteico caratteristico).

Gli organuli e la membrana plasmatica devono continuamente acquisire le proteine idonee. La

sintesi di una proteina inizia sempre sui ribosomi che si trovano liberi nel citosol. Una sequenza

segnale indica poi dove deve proseguire la sintesi. La proteina neosintetizzata deve essere

indirizzata all’organulo giusto; deve quindi intervenire qualche molecola che lo traslocherà al

comparto corretto.

Il punto di partenza della sintesi è rappresentato dalle subunità ribosomiali comuni sia per la sintesi

le proteine secrete o transmembrana. Arriva l’mRNA. Il primo

di proteine citosoliche sia per

ribosoma si lega all’estremità 5 e inizia a leggere le triplette. L’mRNA viene letto

1

contemporaneamente da più ribosomi. La struttura che si forma in questo modo è detta

poliribosoma. I ribosomi che ne fanno parte producono tutti lo stesso polipeptide. Quando il

messaggio è stato letto tutto la proteina si stacca e acquisisce la conformazione finale.

Alcuni ribosomi ad un certo punto della sintesi riconoscono una sequenza segnale costituita da 7-12

amminoacidi che blocca l’attività di traduzione del ribosoma stesso e determina la sua traslocazione

sul R.E. La sequenza segnale, grazie ad una proteina capace di riconoscerla, viene legata alla

membrana del R.E. Successivamente interviene una peptidasi che stacca la proteina che si è formata

(ad es. una proteina estrinseca).

RUOLO DEL R.E.R. NELLO SMISTAMENTO DELLE PROTEINE

Le proteine idrosolubili una volta staccate entrano nel lume della cisterna del R.E.R.

Le proteine destinate a una collocazione trans membrana rimangono invece in parte inserite nella

membrana del R.E.R. e in parte cadono nel lume.

Nel 1970 Blabel, Sabatini e Dobberstain ipotizzarono e dimostrarono che la sequenza segnale che

dirige i ribosomi al R.E. è localizzata a livello dell’estremità N-terminale. Blabel portò avanti

questa teoria che venne pertanto chiamata ipotesi di segnale.

a livello della membrana del R.E. c’era una proteina, un canale

In particolare essi ipotizzarono che

che permetteva la traslocazione delle proteine sintetizzate all’interno del lume della cisterne (co-

traduzione-traslocazione delle proteine). Nel caso di una proteina indirizzata a un organulo diverso

dal R.E. (mitocondri, nucleo, perossisomi ecc.) il ribosoma nn si attacca al R.E. La proteina, una

volta terminata, si stacca e tramite una sequenza segnale raggiunge la destinazione e vi accede

(traslocazione post-traduzionale).

L’mRNA esce dai pori nucleari, successivamente inizia il processo di traduzione. Il prodotto viene

indirizzato verso le cisterne del R.E. dal quale per gemmazione si staccano delle vescicole. Queste

vescicole si fondono con le cisterne del Golgi. Si hanno successive gemmazioni di vescicole fino a

quando non viene raggiunta la porzione trans del Golgi stesso. Le vescicole gemmano da una parte

del reticolo dove non ci sono agganciati ribosomi.

MODELLO SINTESI PROTEINE DI SECREZIONE

La sintesi proteica è correlata al R.E. I ribosomi a un certo punto del processo si associano alla

determina l’esistenza del R.E.R.

superficie esterna del R.E. É questa loro associazione che

La suddivisione principale per le proteine è tra : - proteine transmembrana e proteine extracellulari,

secrete.

Tutte le catene polipeptidiche iniziano però la loro sintesi nel citosol e solo successivamente

vengono inviate al R.E. se presentano la corrispondente sequenza segnale. La sintesi del polipeptide

viene in questo caso completata sulla membrana del R.E. e poi cade nel lume.

È quindi la sequenza segnale a guidare il ribosoma. A quest’ultima viene a legarsi il fattore

citosolico SRP. Nel momento in cui SRP si lega la sintesi delle proteine si blocca. Un recettore SRP

presente sulla membrana del R.E. aggancia la sequenza segnale e avviene il riconoscimento. Vicino

al recettore è presente una proteina transmembrana detta traslocone che presenta una porzione

definita tappo che blocca il passaggio di ioni e altre sostanze. Il tappo viene rimosso nel momento in

cui il ribosoma si è appoggiato sul traslocone. Prendendo contatto la sequenza segnale va a spingere

sul tappo; in seguito a riconoscimento il tappo viene eliminato. In questo modo la proteina

sintetizzata viene fatta via via cadere nel lume, all’interno del quale troverà una chaperonina che

l’aiuta a conformarsi. Nel momento in cui ha guidato la proteina sul traslocone SRP si stacca e

ritorna nel citosol. Affinché ciò si verifichi occorre energia. Una volta staccatosi SRP può

riprendere la sintesi proteica.

Pertanto:

La sintesi di un polipeptide inizia su un ribosoma libero:

1. La sequenza segnale costituita da circa 6-15 aa idrofobici viene legata al fattore citosolico

SRP (SRP nei mammiferi è formato da 6 polipeptidi e da RNA 7S, S = Svedberg. Cioè RNA

con coefficiente di sedimentazione pari a 7. Con la centrifuga, aumentando via via la

velocità, riesco a far sedimentare anche le parti più piccole).

Attacco del ribosoma sul reticolo (che diventerà ruvido con l’associazione del ribosoma)

2. mediato da SRP e dal suo recettore;

3. Interazione tra ribosoma e traslocone, proteina integrale di membrana. La sequenza segnale

entra nel canale e sposta il blocco determinando l’apertura del canale stesso;

Il fattore SRP è rilasciato e il polipeptide entra nel lume. L’enzima peptidasi del segnale

4. elimina la sequenza segnale;

5. Il ribosoma si stacca dalla membrana del reticolo.

(trasporto co-traduzionale)

SINTESI DI PROTEINE INTEGRALI DI MEMBRANA

Le proteine integrali di membrana vengono sintetizzate a livello del R.E. che successivamente

decide dove inviarle. Le cariche degli amminoacidi aiutano il traslocone a riposizionare la proteina

in modo corretto. Se infatti la proteina ha l’estremità C-terminale nel lume ciò significa che essa

deve essere ancora riposizionata, riorientata. La completa formazione delle proteine avviene quando

esse passano attraverso le vescicole del Golgi.

I trasloconi sono situati sempre a livello della membrana del R.E.R. Nel R.E.L. invece non li

troviamo esempio di come le proteine di membrana conferiscano peculiarità agli organuli. Si

verificano gli stessi meccanismi del modello precedente che richiedono quindi consumo di energia,

in particolare di GTP.

Una proteina di membrana deve avere una sequenza idrofobica. Mano a mano che la catena

polipeptidica si sta formando viene letto il tratto di mRNA che codifica per la porzione idrofobica.

Il traslocone si apre, cioè cambia conformazione, permettendo al tratto idrofobico di diffondere nel

doppio strato fosfolipidico.

La glicosilazione avviene al termine della sintesi e può iniziare a livello del R.E. Questo processo

avviene in corrispondenza dell’estremità amminoterminale poiché essa è già nel lume. L’ambiente

luminale del R.E. corrisponde quindi all’ambiente extracellulare in quanto i tratti glicosilati devono

stare all’esterno della cellula.

Le proteine transmembrana si conformano a clessidra con un solco laterale che rappresenta la parte

del traslocone capace di aprirsi e chiudersi. Questo serve per capire, in base alle caratteristiche

(idrofiliche e idrofobiche) del polipeptide, se esso deve andare nel lume o deve essere trattenuto dal

traslocone perché poi andrà ad essere collocato nel doppio strato fosfolipidico. In funzione alle

proprietà del tratto di polipeptide si ha la possibilità che esso rimanga nel canale o altrimenti si

diffonda nel bilayer lipidico. Quando la parte idrofobica viene terminata continua la lettura

dell’RNA fino alla fine della sintesi della parte carbossiterminale la quale però non passa più

attraverso il traslocone.

Quindi:

L’entrata della sequenza idrofobica nel canale blocca la traslocazione

- del polipeptide

nascente;

- Il traslocone si apre lentamente e la sequenza idrofobica viene inserita nella membrana;

L’allineamento della proteina dipende dalla presenza di residui di aa con cariche positive

- rivolte verso l’estremità citosolica di un segmento transmembrana. Il rivestimento interno

del traslocone orienta il polipeptide disponendo l’estremità più positiva rivolta verso il

citosol. Questo perché il traslocone è in grado di riorientare un segmento transmembrana

interagendo con cariche di segno opposto.

COMPLETATA LA SINTESI, LA CATENA POLIPEPTIDICA PASSA SUBITO AL GOLGI?

No, la catena polipeptidica viene impegnata in un processo di rielaborazione che inizia nel R.E.

SEDE PRINCIPALE DELL’ELABORAZIONE E PROCESSAMENTO DELLE PROTEINE

NEOSINTETIZZATE É IL R.E.R.

Il polipeptide nascente entra nel lume del R.E.R. ed interagisce con enzimi di membrana ed enzimi

luminali come ad es. la peptidasi. Per quanto riguarda gli enzimi di membrana abbiamo:

- Peptidasi del segnale: elimina la porzione N-terminale con la sequenza segnale la quale una

volta rimossa verrà smantellata e i suoi amminoacidi riciclati;

- Oligosaccaril-transferasi o glicosil-transferasi: legano alla proteina i carboidrati.

Mentre per le proteine luminali:

- Proteine chaperon: sono molto specifiche e si legano al polipeptide per guidare il

ripiegamento; –

- Disolfuro isomerasi: le proteine entrano nel lume con residui SH allo stato ridotto ma

grazie a questa proteina parte dei residui diventano disolfuri ossidati (- S-S -).

Le proteine di membrana vengono subito inserite nella membrana con il loro orientamento

definitivo. Le catene di carboidrati sono sempre aggiunte sul lato cisternale o luminale.

E SE LA PROTEINA É MAL CONFORMATA? ESPORTAZIONE E DEGRADAZIONE DI

PROTEINE MAL CONFORMATE

Le proteine mal conformate sono proteine che hanno una corta sequenza attaccata ad esse. Le

proteine chaperon che si trovano nel lume fanno sì che esse non cadano nel lume stesso del R.E.

Queste proteine vengono in seguito portate nel citosol grazie a un traslocone che ha il compito di

indirizzarle verso l’esterno del R.E. All’esterno è infatti presente un enzima, l’N-glicanasi, che

stacca l’oligosaccaride. Successivamente le ubiquitine si legano alle proteine che sono pertanto

definite proteine ubiquinate, dirigendole al proteasoma, capace di rompere il legame esistente tra i

vari amminoacidi che verranno riciclati.

DOVE E COME SI CONFORMANO LE PROTEINE “CHAPERONE”?

presenti all’interno della cellula

Le chaperon sono in una determinata quantità. Se la cellula inizia a

produrre proteine anomale in gran numero occorrono tante chaperon in grado di riconoscerle e

buttarle fuori dal reticolo.

All’interno del R.E.R. una proteina viene sintetizzata e mal conformata da uno chaperon

conformatore. Intervengono a questo punto chaperon capaci di riconoscere la proteina e buttarla

fuori. Essa viene ubiquinata e finisce nel proteasoma. Sono dei segnali ad avvertire la cellula che ci

sono proteine che devono essere eliminate. A livello del R.E. la proteina mal conformata ha infatti

un segnale. Nella membrana del R.E.R. c’è un ribosoma che traduce messaggi il cui contenuto è

quello di sintetizzare chaperon. Sempre a livello della membrana del R.E. ci sono delle proteine

chinasi che sono dei sensori in grado di riconoscere la proteina mal conformata. Due chinasi si

legano tra loro, si dice che oligopolimerizzano, e vengono fosforilate. La fosforilazione attiva la

porzione citoplasmatica ed esse diventano una ribonucleasi.

Nel citosol sono presenti pre-mRNA, cioè RNA immaturi. I pre-mRNA sono una forma di RNA

silente; esso non viene attaccato ai ribosomi per essere letto. Affinché ciò avvenga è necessario che

codificanti. L’enzima ligasi unisce poi gli

prima vengano rimosse le sequenze non esoni. Il tutto

costituisce il processo noto come splicing. Le ribonucleasi rimuovono gli introni e legano gli esoni

portando così alla formazione di RNA maturo. Quest’ultimo porta alla formazione di una proteina

regolatrice che ha come bersaglio un gene; essa entra nel nucleo e si va a legare al promotore che

attiva la trascrizione di mRNA che porta l’informazione per la sintesi di molecole chaperon.

L’mRNA esce quindi dal nucleo, l’RNA che esce dal nucleo è già maturo, e va al ribosoma legato

alla membrana del R.E.R.

Quindi:

1. Proteina mal conformata segnala la necessità di più molecole chaperon attivando la proteina

chinasi (localizzata a livello della membrana R.E.)

2. Proteina chinasi oligomerizza e viene fosforilata: diventa così una ribonucleasi

3. Ribonucleasi rimuove introni;

4. Legame tra esoni per formare mRNA maturo;

5. Legame tra esoni per formare mRNA il cui prodotto è una proteina regolatrice;

6. Nel nucleo la proteina regolatrice attiva la trascrizione del gene per le chaperon.

Se la sintesi non è necessaria le due chinasi che formano la ribonucleasi si staccano. La proteina

regolatrice si stacca inoltre dal promotore e se ne lega un’altra che inibisce la trascrizione.

Per non creare problemi a livello del R.E.R. durante il processo si ha riduzione di sintesi di altre

proteine che non siano chaperon in modo tale da ridurre il numero di molecole che entrano nel

R.E.R. o rimangono bloccate a livello della membrana. In caso di emergenza la normale attività

l’emergenza cessa.

proteica viene quindi rallentata e prontamente ripristinata quando

TRASPORTO ATTIVO SECONDARIO

l’intestino sono dotate di un corredo di simporti all’interno

Le cellule che rivestono organi come +

della membrana plasmatica, alimentati dal gradiente elettrochimico del Na . Ogni vettore trasporta

un piccolo gruppo di zuccheri o di amminoacidi nella cellula. +

Anche i meccanismi di antiporto vengono alimentati dal gradiente del Na ; ad es. lo scambiatore

secondo gradiente all’interno della cellula ed espelle H

+ + + +

Na /H introduce Na . Questo permette di

controllare il PH citosolico che deve essere intorno a 7,4.

I lisosomi sono in grado di fungere da deposito di enzimi digestivi senza essere a loro volta digeriti

da questi ultimi. Questo è possibile grazie alla presenza di proteine transmembrana glicosilate che

proteggono il lisosoma stesso da autolisi.

SISTEMA DELLE MEMBRANE INTERNE

Nella cellula vi sono comparti ben definiti e separati tra loro da membrane ma tuttavia comunicanti

tramite vescicole. Il citoscheletro costituisce la struttura di supporto delle cellule. All’interno della

cellula tutto ciò che si muove (ad es. le vescicole) nonché la posizione degli organelli, è dovuto alla

presenza di microtubuli che vanno a costituire una sorta di binari. In questo modo viene regolata la

traslocazione delle vescicole, le quali non sono in grado di riconoscere autonomamente i

microtubuli ma necessitano di proteine motrici che si legano al microtubulo e, in corrispondenza di

una struttura conca, alla vescicola stessa.

AD UNA ANALISI ULTRA-MICROSCOPICA COME SI PRESENTA IL CITOPLASMA?

Al TEM è ben visibile come una cellula epatica sia ricchissima di R.E.R. e di mitocondri la cui

abbondante presenza è spiegata dalla presenza di molti granuli di glicogeno. Se non osserviamo

granuli di glicogeno all’interno di queste l’animale è a digiuno.

cellule vuol dire che

ma la quantità di quest’ ultimo varia. Ogni

Il sistema endomembranoso è presente in tutte le cellule

comparto deve dotarsi di uno specifico corredo proteico che definisce le prerogative degli organuli.

Il citoplasma è dunque suddiviso in vari compartimenti delimitati da membrane. I compartimenti

sono specializzati a compiere specifiche funzioni, pertanto necessitano di uno specifico corredo

proteico.

R.E., COMPLESSO DEL GOLGI, LISOSOMI E VACUOLI HANNO STRUTTURE E

FUNZIONI PROPRIE; COSTITUISCONO INOLTRE IL SISTEMA DELLE ENDOMEMBRANE

IL QUALE É INTERCONNESSO STRUTTURALMENTE (es. comunicazione tramite vescicole)

E FUNZIONALMENTE.

R.E.R. e R.E.L. sono l’unico esempio di diretta comunicazione. Gli altri organuli necessitano infatti

di vescicole.

La membrana esterna dell’involucro nucleare è in continuità con la cisterna perinucleare ed è

coperta da enzimi.

Il reticolo di transizione corrisponde alla porzione da cui si staccano le vescicole che trasporteranno

i prodotti al R.E. Subito dopo il reticolo abbiamo l’apparato di Golgi: le vescicole una volta

dal R.E. vanno a fondersi a livello dell’apparato di Golgi. Nel Golgi si hanno cisterne che

staccatesi

non sono in diretta comunicazione tra di loro. Le vescicole, che trasportano per es. proteine,

riversano il loro contenuto nella prima cisterna dove avrà inizio la rielaborazione. Dalla prima

cisterna si staccano altre vescicole che portano il risultato di questa prima rielaborazione alla

seconda cisterna dove il processo verrà completato. Ogni cisterna ha quindi il suo corredo proteico

esse devono essere mantenute separate. L’apparato del Golgi ha inoltre

o enzimatico e per questo

una sua polarità: un lato cis che corrisponde alla porzione che riceve le vescicole e un lato trans che

corrisponde all’ultima cisterna dalla quale le vescicole si staccano per andare a destinazione.

Il sistema di endomembrane è una rete dinamica e integrata in cui i materiali vengono trasportati

avanti e indietro da un distretto all’altro. Ad es. le vescicole di trasporto si staccano dal R.E.R. e

vengono indirizzate al Golgi. Le vescicole devono quindi saper riconoscere il lato cis del Golgi. Dal

Golgi gemma poi una vescicola che si dirige verso la membrana di un organulo accettore dove sono

presenti dei recettori che permettono il riconoscimento del materiale trasportato e della membrana

della vescicola. Il trasporto è regolato da binari costituiti da microtubuli polarizzati e costituiti da

tubulina.

CONTINUITA’ TRA R.E.R. E R.E.L.

R.E.R. e R.E.L. sono in comunicazione tra loro. Hanno diversa morfologia perché svolgono diverse

 

funzioni: R.E.R. struttura a cisterne, R.E.L. struttura tubulare.

La presenza o assenza di ribosomi aiuta a distinguerli. Le vescicole che si staccano dal reticolo

possono essere indirizzate al Golgi. Il reticolo liscio sintetizza principalmente lipidi.

ARRIVATI A DIMOSTRARE QUESTA CONTINUITA’?

COME SI É

Grazie a degli esperimenti che lo hanno confermato: marcando proteine e lipidi con due sonde

fluorescenti diverse è stato possibile osservare che esse si spostano da un comparto all’altro senza

vescicole.

ENTRAMBE I RETICOLI SONO DELIMITATI DA MEMBRANE CHE RACCHIUDONO UN

LUME (LUME DELLE CISTERNE PER IL R.E.R. E LUME DEI TUBULI PER IL R.E.L.) CHE

VIENE COSI’ SEPARATO DAL CITOSL. LO SPAZIO CISTERNALE INOLTRE É

ENORMEMENTE DIVERSO DA QUELLO CITOPLASMATICO. I DUE RETICOLI QUINDI

SEPARATI E IL MATERIALE PUO’ CIRCOLARE TRA I DUE RETICOLI.

NON SONO IN CONTINUITA’

La cisterna perinucleare non fa parte del sistema endomembranoso. IL R.E.R. É

CON ESSA SOLO IN ALCUNI PUNTI.

R.E.R. E R.E.L.: SIMILITUDINI E DIFFERENZE FUNZIONALI

I due tipi di R.E. presentano molte proteine in comune; ciò significa che svolgono anche attività

comuni. Partecipano infatti alla sintesi di alcuni lipidi e del colesterolo.

Presentano però anche differenze morfologiche che riflettono differenze funzionali. Ci sono quindi

alcune proteine che sono specifiche e permettono la distinzione tra rugoso e liscio. Queste proteine

vengono definite marcatori. Tipi diversi di cellule hanno quantità differenti di R.E.R. o R.E.L.: ad

es. le cellule del pancreas, ghiandola deputata alla produzione di succhi pancreatici e ormoni, o le

ghiandole salivari, che producono secreto per iniziare il processo digestivo nella cavità orale,

presentano abbondante R.E.R., il che sta a indicare una marcata sintesi proteica.

FUNZIONI DEL R.E.L.: è molto sviluppato, molto abbondante nel tessuto muscolare scheletrico,

nei tubuli renali e nelle ghiandole endocrine che producono steroidi e mobilizzano glucosio. È

coinvolto in:

- Sintesi di ormoni steroidei nelle cellule endocrine di gonadi e corteccia del surrene;

- Detossificazione nel fegato di numerosissimi composti quali alcol (etanolo), farmaci

(barbiturici e xenobiotici) e droga.

Il consumo eccessivo di queste sostanze porta quindi a una proliferazione del R.E.L.

La detossificazione avviene nel fegato perché a livello della membrana viene espressa una

particolare famiglia di enzimi corrispondenti al citocromo P450. Il numero di ipotetici componenti

è paragonabile con l’altissimo numero di

di questa famiglia non farmaci ecc. Ciò vuol dire quindi

che il citocromo non è specifico ma può intervenire su più substrati. Il metabolita finale viene poi

comporta l’alterazione del DNA.

eliminato. Esso però è cancerogeno, è un mutagene che

- Immagazzinamento del calcio nel citoplasma delle cellule (che avviene contro gradiente).

È importante che le cellule muscolari abbiano a disposizione accumuli di calcio per la contrazione.

può essere immagazzinato ovunque. Nel R.E.L. vi è un’alta concentrazione di

Questo però non

calcio il che significa che esso deve essere in grado di immagazzinarlo contro gradiente. Inoltre il

R.E.L. deve essere in grado di rilasciarlo e risequestrarlo rispettivamente in corrispondenza di

comparsa del segnale e cessazione del segnale stesso.

RUOLO DEL R.E. NELLA SINTESI DEI LIPIDI

La maggior parte dei lipidi sono sintetizzati a livello del R.E. eccetto:

- Sfingomielina e glicolipidi la cui sintesi inizia nel R.E. e termina nel Golgi;

- Alcuni lipidi dei mitocondri sintetizzati da enzimi presenti solo a livello della membrana dei

mitocondri stessi.

Gli enzimi che collaborano alla sintesi sono proteine trans-membrana del R.E. il cui sito attivo è

rivolto verso il citosol. Dal R.E. i lipidi passano al Golgi e alla membrana tramite vescicole.

Tramite enzimi specifici, proteine e lipidi subiscono modificazioni, per es. a livello del Golgi,

acquistare le peculiarità dell’organo di cui fanno parte.

durante i passaggi per

I nuovi fosfolipidi non vengono inseriti a caso nei monostrati della membrana ma vengono inseriti

in punti ben precisi e solo a livello del monostrato citosolico. La cellula però ovviamente non può

l’altro. Interviene quindi un

permettersi di aumentare un solo monostrato e lasciare inalterato

meccanismo che si svolge per mezzo della flippasi, la quale permette di traslocare lipidi da un

monostrato all’altro. La biosintesi dei fosfolipidi è limitata allo strato citosolico perché gli enzimi

coinvolti sono orientati verso questo strato (si tratta di proteine integrali di membrana con sito attivo

Per il trasferimento di fosfolipidi da una membrana all’altra la cellula

rivolto verso il citosol). usa

un trasportatore. Il movimento dei fosfolipidi dal R.E. ai mitocondri avviene grazie a proteine

scambiatrici dei fosfolipidi. Quando le vescicole che gemmano dal R.E. si fondono con altri

organuli del sistema endomembranoso l’asimmetria dei fosfolipidi viene mantenuta. La sintesi degli

enzimi trasportatori inoltre avviene sui ribosomi liberi.

BIOSINTESI DI MEMBRANE NEL R.E.: le membrane non si sintetizzano ex novo da proteine e

lipidi ma originano da membrane preesistenti. Si accrescono invece quando nuove proteine e nuovi

lipidi vengono inseriti nelle membrane di R.E. già esistenti. I nuovi tratti di membrana non possono

essere tutti uguali tra loro: quando le membrane si muovono dal R.E. ad un altro compartimento

della cellula le loro proteine e i lipidi vengono modificati da enzimi per conferire la peculiarità.

garantire un’asimmetria

La cellula deve di membrana. Quindi durante la sintesi si avrà per un certo

intervallo di tempo un disequilibrio tra i due strati, dopodiché tutto verrà riequilibrato da enzimi.

L’asimmetria non è casuale ma viene già stabilita a livello del R.E. con incorporazione di lipidi e

proteine. Per poter garantire questa asimmetria il lume del R.E., così come altri componenti della

es. le vescicole) devono essere simili all’ambiente extracellulare.

via secretoria (per

COME SI FORMA UN FOSFOLIPIDE NEL R.E.?

Prendiamo come es. la fosfatidilcolina; occorrono:

- Colina

- 2 ac. grassi

- Glicerolo fosfato

(avremmo potuto anche considerare la fosfatidilserina o la fosfatidil-etanolammina)

Ogni passaggio è catalizzato da enzimi del lato citosolico del R.E.

SINTESI DI FOSFATIDILCOLINA:

Una molecola capace di legare un acido grasso specifico inserisce quest’ultimo a livello del

monostrato esterno (citosolico). Ne servono però due. Fatto ciò intervengono due enzimi del tipo

l’Acetil-CoA,

Acetil-CoenzimaA-transferasi che trasportano il quale si lega a ciascuna catena di

acido grasso attivandola. Le due catene di ac. grasso attivate dal CoA devono unirsi e legarsi al

glicerolo. Arriva quindi un altro enzima aciltransferasi che porta il glicerolo 3-fosfato il quale,

staccatosi il CoA, si lega ai due acidi grassi. Interviene a questo punto una fosfatasi che stacca il

gruppo fosfato affinché si crei la condizione positiva per il legame della colina. Arriva la colina

come CDP-colina, cioè come colina difosfato, in modo tale da essere energeticamente carica. La

colina fosfotransferasi stacca quindi il fosfato e la colina monofosfato si lega al glicerolo. Si è

formato così il fosfolipide.

L’acido fosfatidico è formato da due ac. grassi legati al glicerolo fosfato. Quando questo perde il

fosfato diventa diacil-glicerolo. Riassumendo:

1. ACIDO GRASSO (può differire nella lunghezza o nella saturazione) + TRASPORTATORE

2. ATTIVATO CON CoA

–TRANSFERASI

3. ACETIL LEGA DUE AC. GRASSI A GLICEROLO 3-FOSFATO

4. SI FORMA ACIDO FOSFATIDICO

5. FOSFATASI STACCA GRUPPO P

6. COLINA FOSFODIESTERASI AGGIUNGE COLINA.

mezzo della “scramblasi”, un tipo di

La distribuzione dei fosfolipidi nei due monostrati avviene per

flippasi.

COMPLESSO DEL GOLGI: è correlato da un punto di vista funzionale al R.E.R. e non presenta

cisterne in continuità. La comunicazione è infatti mediata da vescicole che stanno ai lati delle pile di

formano l’organello. Le cisterne cis sono

vescicole che rivolte verso il R.E. mentre le trans verso la

membrana plasmatica. Le cisterne inoltre possono essere max 20 e min 3 ma sempre disposte l’una

sull’altra. Ogni cellula può contenere da poche a parecchie migliaia di pile di cisterne. Queste

ultime appaiono ben complete, definite solo nella parte mediana del Golgi mentre sia nella parte cis

che in quella trans appaiono come tubuli o vescicole più o meno definite. Questo perché il cis e il

trans sono i due lati di transizione; in particolare il cis con il R.E.R. e il trans invece rappresenta la

parte del Golgi dal quale si staccano le vescicole per poter essere veicolate altrove.

Ogni pila ha due lati ben distinti:

- Lato cis o di formazione che è orientato verso gli elementi transizionali del R.E.R. da cui

riceve vescicole di trasporto. Esiste un compartimento di confine costituito da una rete di

tubuli e vescicole detta rete del cis-Golgi (CGN).

- Lato trans o di maturazione, in quanto ciò che esce da qui non viene più modificato. È

rivolto verso la membrana plasmatica e da esso gemmano vescicole che costituiscono la rete

del trans-Golgi (TGN).

La direzione delle vescicole è controllata in quanto si tratta di vescicole rivestite da un rivestimento

proteico indispensabile per indirizzare le vescicole stesse verso un punto preciso della cellula.

Esiste però un’altra ipotesi sulla struttura del Golgi per cui un gruppo di proteine fibrose costituisce

la matrice del Golgi che è coinvolta nel disassemblare le cisterne del Golgi e riassemblarle durante

la mitosi. Il complesso del Golgi è inoltre diviso in compartimenti ognuno dei quali ha una funzione

specifica.

All’interno del Golgi continua la glicosilazione: (es. di cosa accade)

- Rimozione di oligosaccaridi di base (per es. residui di mannosio)

- Attacco di altri zuccheri da parte della glicosiltransferasi che le proteine incontrano mano a

mano che passano nelle cisterne.

Abbiamo quindi due correnti di pensiero: da un parte quella del modello di maturazione delle

cisterne, dall’altra quella del modello di trasporto vescicolare.

Il primo caso viene descritto nel 1985 e afferma che: le proteine subiscono modificazioni nella

prima cisterna del Golgi poiché essa è caratterizzata da un particolare corredo di enzimi. La prima

cisterna occupa poi la posizione della seconda la quale procede a sua volta più avanti. Sono quindi

le cisterne che via via si avvicinano alla membrana plasmatica. Quando la cisterna è arrivata al lato

trans essa si dissocia in vescicole portando le proteine alla membrana. Ci sono poi vescicole di

ritorno che riportano indietro gli enzimi per riciclarli e non perderli. Durante la progressione si

hanno dei cambiamenti nella composizione delle cisterne.

Il secondo caso viene descritto tra il 1985 e il 1990 e dice che le cisterne non si muovono ma il

carico viene trasportato da vescicole.

DEI DUE MODELLI É STATO ACCETTATO QUELLO DI MATURAZIONE.

Chi sosteneva il trasporto vescicolare si basava sulle seguenti considerazioni:

1. Ciascuna cisterna ha una popolazione di enzimi ristretta;

2. Sono state osservate vescicole che gemmano dai margini delle cisterne.

Altri sostengono invece che:

1. Il complesso del Golgi è dinamico;

2. È stato dimostrato che alcuni materiali del R.E. viaggiano al Golgi senza mai uscire dalle

cisterne (ad es. nei fibroblasti le molecole di precollagene non escono mai dal lume);

3. Sono state osservate vescicole con direzione retrograda trans-cis (e non solo anterograda).

La versione corrente è quella del modello di maturazione delle cisterne. In questo modello vengono

considerate le vescicole che sarebbero coinvolte nel trasporto retrogrado degli enzimi residenti nel

Golgi. La controversia però non è stata ancora risolta.

Le vescicole coated sono circondate da un rivestimento proteico. Le vescicole clatrina-rivestite in

particolare derivano da un processo di endocitosi. Supponiamo di avere una molecola che deve

essere portata all’interno della cellula. Sul versante citosolico della membrana si associano delle

proteine clatrine che formano una fossetta rivestita internamente. Sulla membrana inoltre è presente

un recettore. Le molecole clatrina favoriscono il ripiegamento della membrana e la formazione di

vescicole.

ESOCITOSI ED ENDOCITOSI le dimensioni della membrana. L’esocitosi deve

La cellula non può permettersi di ingrandire troppo

da un processo di endocitosi. L’esocitosi porta infatti alla fusione di una

quindi essere bilanciata

porzione della membrana plasmatica con le vescicole. L’endocitosi consiste invece nel processo

inverso e comporta assunzione di materiale che non conosce altre vie di ingresso o secrezione.

Il movimento delle vescicole di esocitosi è guidato dai microtubuli sui quali le vescicole scorrono

all’intervento di proteine motrici.

grazie

In base a cosa la cellula internalizza si può parlare di fagocitosi o pinocitosi. La cellula deve saper

ingerire grosse particelle, di dimensioni superiori a 0,5 µm. I macrofagi per es. fagocitano i batteri

fagocita un’altra cellula).

(una cellula Quindi le cellule devono avere delle strutture adeguate per

poter fagocitare. Il batterio ha sulla membrana delle molecole che la cellula capta come recettori: si

quindi va eliminato. L’actina polimerizzando e disponendosi al

tratta di qualcosa di pericoloso che

di sotto della membrana crea delle estroflessioni che “abbracciano” il batterio. Gli pseudopodi si

uniscono a formare un vacuolo fagocitico. I lisosomi si fondono poi con esso e rilasciano degli

enzimi al suo interno. Altre vescicole sono gli endosomi tardivi che riversano il loro contenuto nel

vacuolo: i loro enzimi servono a staccare delle molecole presenti sulla parete del batterio. Possiamo

definire l’endosoma come una “centrale di smistamento” di ciò che la cellula internalizza. Il loro pH

interno è acido ed essi vanno a staccare i recettori delle molecole internalizzate. Il materiale può

essere poi diretto ai lisosomi o esocitato.

I lisosomi all’interno delle cellule possono avere dimensioni che vanno da 0,005-0,5 µm e sono

serbatoi di idrolasi acide o enzimi idrolitici quali nucleasi, proteasi, glicosidasi, lipasi, fosfatasi,

solfatasi, fosfolipasi. Sono presenti inoltre sulla membrana dei lisosomi delle pompe protoniche che

+

internalizzano ioni H mantenendo così il pH acido. I lisosomi non vanno incontro ad autolisi

la componente glicosilata è rivolta verso l’interno della vescicola, verso il lume,

perché

proteggendola. I lisosomi attuano anche il processo di turn over degli organelli.


PAGINE

63

PESO

901.71 KB

PUBBLICATO

10 mesi fa


DESCRIZIONE APPUNTO

Appunti completi per il corso di citologia + parte teorica di istologia, contenente indicazioni che aiutano nel riconoscimento dei vetrini. Tra gli argomenti: morfologia della cellula, carboidrati, lipidi, proteine, acidi nucleici, mitocondri, citoscheletro: microtubuli, microfilamenti, filamenti intermedi; nucleo, nucleolo, trascrizione e traduzione, riproduzione cellulare. Tessuti epiteliale, connettivo, adiposo, cartilagine, osso, muscolare liscio, scheletrico e cardiaco.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze biologiche
SSD:
A.A.: 2017-2018

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Biologa93 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Citologia e istologia e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Milano Bicocca - Unimib o del prof Colombo Anita.

Acquista con carta o conto PayPal

Scarica il file tutte le volte che vuoi

Paga con un conto PayPal per usufruire della garanzia Soddisfatto o rimborsato

Recensioni
Ti è piaciuto questo appunto? Valutalo!

Altri appunti di Citologia e istologia

Modulo di citologia (1)
Appunto
Esame di citologia
Appunto
Modulo di citologia (2)
Appunto
Modulo di citologia (3)
Appunto