Citologia - organelli cellulari e meccanismo di segnalazione

MECCANISMO DI SEGNALAZIONE

I Ribosomi sintetizzano la proteina fino al raggiungimento

del codone di STOP, rilasciandola poi nel citosol dopo

sono sottoposte ad processo di folding ed assumere la struttura definitiva.

Nel caso in cui la proteina vada inserita in un organello questa è sintetizzata completamente e viene rilevata da specifici

recettori nel citoplasma se indirizzata al nucleo, (l’importazione nel nucleo avviene tramite proteine G ) mentre per gli

altri organelli membranosi vi sono specifici recettori sulle loro membrana.

Nel caso il target sia il RE la sintesi proteica avviene in modo differente: l’importazione della proteina avviene man

mano che questa viene creata dei ribosomi. La sequenza segnale induce un blocco temporaneo della sintesi proteica e il

ribosoma e RNA con la sua proteina nascente viene a legarsi alla superficie del RE.

Meccanismi di TRASLOCAZIONE

- CO-TRADUZIONALE quello che avviene nel RE;

- POST-TRADUZIONALE dopo la sintesi la proteina non ancora foldati viene legata dalle

chaperonine poi viene condotto e riconosciuto da complesso sulla membrana dell’organello.

TRASLOCAZIONE NEL NUCLEO

Ricordiamo che la membrana esterna è in continuità con RER mentre la membrana interna, che è pure in continuità con

la membrana esterna, presenta caratteristiche completamente differenti di superficie ed è a ridosso del nucleoplasma,

ambiente diverso dal citoplasma.

Il COMPLESSO del PORO NUCLEARE separa le due membrane a garantire o limitare il passaggio di proteine. Tutta

la membrata è disseminata di questi pori.

Le proteine sono sintetizzate solo nel citoplasma [oltre che nella matrice mitocondriale]. Non esistono ribosomi

coinvolti nella sintesi proteica all’interno del nucleo. Una volta avvenuta la trascrizione del RNA, specifici sistemi lo

trasportano nel citoplasma dove se “conforme” viene legato al ribosoma per la sintesi proteica.

Il peptide segnale per la localizzazione nel nucleo è costituita da un piccola sequenza di aa basici. Sperimentalmente è

stato verificato come una proteina, marcata con tracciante fluorescente, a cui è stato modificato il peptide segnale con

aa idrofobici non può essere importata nel nucleo. Nel citoplasma infatti sono presenti dei complessi di riconoscimento

del peptide segnale. Ci sono vari sistemi di controllo dell’importazione di proteine nel nucleo. Per esempio ci sono

particolari recettori ormonali che sono mascherati da specifiche proteine nel citoplasma e vengono liberati a seguito di

uno stimolo ormonale, potendo così raggiungere il nucleo.

TRASLOCAZIONE nel MITOCONDRIO

La struttura del mitocondrio presenti 4 compartimenti , ciascuno con le proprie proteine/strutture tipiche:

• la membrana esterna ricca di porine;

• lo spazio intermembrana : citocromo c altre subunità della catena del trasporto di elettroni

(complesso III) ecc;

• la membrana interna : ATP sintasi, complessi della catena respiratoria ecc. ;

• la matrice: RNA polimerasi , DNA polimerasi, ribosomi mitocondriali ecc. ;

Parte delle proteine mitocondriali sono prodotte nella matrice e quindi codificate dal genoma mitocondriale, altre nel

citosol sono quindi codificate del genoma nucleare. Per esempio i ribosomi mitocondriali stessi sono costituiti in parte

da proteine prodotte nel citosol come anche la RNA polimerasi che serve per trascrivere in DNA mitocondriale.

Breve schema di sintesi nella matrice:

DNA mitocondriale -> trascrizione tramite RNA polimerasi mitocondriale -> tRNA mitocondriali e RNA ribosomiale

mitocondriale -> Traduzione in proteine

I Ribosomi mitocondriali degli eucarioti a differenza dei batteri non hanno il 5s, hanno quindi solo 2 rRNA uno per la

subunità grande, l’altro per la subunità piccola.

Il genoma mitocondriale umano (forma circolare) codifica per : rRNA (12s e 16s) , tRNA, subunità della NADH

deidrogenasi, della ATP SINTASI e della citocromo ossidasi e per il citocromo b.

Tra le altre proteine che devono essere importate invece citiamo il citocromo c e c1.

Come avviene la traslocazione.

Esiste un unico tipo di sequenza segnale: l’alfa – elica anfipatica N-terminale, che permette la localizzazione nel

mitocondrio a prescindere dal compartimento in cui deve arrivare.

Nel caso in cui il target sia la matrice è necessaria solo l’alfa elica, altrimenti sono presenti altri segnali presenti in altre

regioni della proteina.

Nel caso la destinazione sia la membrana interna esiste una seconda sequenza segnale a ridosso dell‘alfa elica.

In molti casi l’alfa elica, durante la traslocazione, viene tagliata e ciò permettere l’unidirezionalità del trasporto dato

che i trasportatori posso funzionare sia un in senso che nell’altro.

Ricordiamo che la struttura dell’alfa elica presenta una zona con aa basici e una zona con aa idrofobici o comunque

solo polari.

La traslocazione è mediata da complessi proteici multisubunità : il complesso TOM per la membrana esterna

mitocondriale e TIM per la membrana interna mitocondriale.

Il recettore della proteina TOM 20 lega l’alfa elica dalla parte idrofobica, legame che viene poi rafforzato delle

interazioni ioniche che si hanno tra la zona carica positivamente dell’alfa elica e un altro complesso recettoriale detto

TOM 22. La molecola arriva al recettore attaccata a delle chaperonine della famiglia delle Hps70. Questa infatti non

riesce a conformarsi correttamente nel citosol e le chaperonine fanno si che non assumi una forma globulare bensì

ancora svolta. Ciò ne consente il processo di traslocazione.

La proteina che si è aggangiata ai due recettori viene traslocata dalla TOM40 che la conduce verso altre proteine poste

sulla membrana interna il TIM50 (esso stesso connesso con TOM20 TOM22 ).

Il TIM 50 lega la porzione carica dell’alfa elica e ciò induce il suo passaggio attraverso un secondo traslocatore.

Raggiunta la matrice la proteina si associa a chaperonine mitocondriali della famiglia Hps70 che la foldano

correttamente. Inoltre una peptidasi taglia la sequenza segnale garantendo l’irreversibilità del trasporto. La

traslocazione attraverso la membrana interna è permessa dalla differenza di potenziale di membrana (più negativa nella

matrice) generato dalla catena respiratoria del mitocondrio.

Nel caso delle porine il loro trasporto si interrompe a livello spazio intermembrana.

Esiste un altro peptide successivo all’alfa elica che impedisce il legame con TIM 50.

La proteina viene a traslocata nello spazio intermembrana dove si associa a chaparonine specifiche di questo comparto

e viene a interagire con un diverso traslocatore detto SAM (omologo a traslocatori presenti sulle membrana batteriche,

ulteriore prova dell’origine endosimbiontica). Il traslocatore SAM permette la localizzazione a livello della membrana

esterna delle PORINE e la loro corretta disposizione nello spazio delle alfa eliche.

Modalità di entrata delle proteine nelle membrane mitocondriali

Proteine trasportate nella matrice e nella membrana esterna.

Ricapitolando la lezione precedente, esiste un peptide segnale N-terminale che forma un'elica anfipatica che

viene riconosciuta da un recettore sulla membrana mitocondriale esterna, e ciò determina, nel caso delle

proteine della matrice, la loro traslocazione anche all'interno della membrana interna, grazie ad un secondo

recettore. Si ha poi la recisione del peptide segnale e l'agganciamento della proteina alle chaperonine che si

trovano all'interno della matrice, le quali permettono che la proteina venga conformata in maniera adeguata

per la sua funzione.

Altre proteine invece, come le porine, che si trovano nella membrana mitocondriale esterna, non vengono

trasportate nella matrice ma, dopo la traslocazione attraverso la membrana mitocondriale esterna, vengono

subito legate alle chaperonine e ri-traslocate sulla membrana esterna tramite un diverso complesso di

traslocazione.

Questo complesso forma una sorta di fessura laterale perchè durante il passaggio della proteina vengono

identificate delle regioni idrofobiche che hanno la possibilità di spostarsi dal polo della traslocasi

direttamente nel doppio strato lipidico.

Proteine che stanno sulla membrana interna e a sporgono sullo spazio intramembrana.

Modi in cui le proteine della membrana mitocondriale interna vengono inserite nel doppio strato lipidico.

1. Le proteine vengono traslocate dall'esterno direttamente sulla membrana interna, e durante la

traslocazione la traslocasi riconosce una sequenza all'interna della proteina che sta passando

(successiva al peptide segnale che viene tagliato) che blocca la traslocazione attraverso la membrana

mitocondriale interna. Il passaggio dalla membrana esterna continua, mentre quello attraverso la

membrana interna si interrompe: la proteina rimane agganciata tramite la regione che produce il

blocco e tutta la parte rimanente resta nello spazio intramembrana.

2. Le proteine vengono importate direttamente nella matrice, dove non assumono un folding

completo. Il peptide segnale viene tagliato e a questo punto la seconda sequenza di riconoscimento

viene risconosciuta da un complesso presente sulla membrana mitocondriale interna e si attacca,

permettendo la traslocazione della proteina intera tranne la seq. Segnale che rimane ancorata, e

costituisce il punto di attacco alla membrana. Con questo sistema anche le proteine prodotte dal

genoma mitocondriale (serviranno in catena respiratoria) vengono inserite nella membrana interna.

Queste due modalità danno un risultato equivalente.

Alcune di queste proteine vengono poi rilasciate nello spazio intramembrana: esse possiedono un sito di

taglio per le proteasi subito dopo il peptide che viene ancorato al doppio strato (un esempio è il Citocromo

C) Vi è quindi una modificazione successiva al loro aggancio alla membrana interna.

3. Proteine che hanno più di un dominio transmembrana(Caratteristica importante di queste proteine:

esse hanno la sequenza segnale che non è localizzata nella terminazione N): dopo essere state

traslocate attraverso la traslocasi della membrana esterna si associano alle chaperonine formando una

sorta di ansa e la stessa sequenza segnale usata per entrare ( insieme ad un altro complesso, ma nn si

entra nel dettaglio) viene usata dal complesso Tim 22 per promuovere l'entrata di vari domini nella

membrana interna. Il Perossisoma

Strutture rotonde con contenuto elettrondenso, delimitate da

una singola membrana.

Funzioni:

− Perossidazione

− β- ossidazione degli Acidi grassi a catena lunga,che

serve per utilizzarli come fonte di energia.

− Β-ossidazione degli Acidi grassi a catena ramificata

− Sintesi dei Plasmalogeni (tipo di lipidi)

− Sintesi degli Acidi biliari

− Rimozione dei Radicali liberi Illustrazione 1: La struttura elettrondensa

della figura è costituita da cristalli di

Perossid