Citologia - organelli cellulari e meccanismo di segnalazione

Organelli cellulari

Tra gli organelli cellulari osserviamo:

• Il nucleo che presenta 2 membrane nucleari, una interna e l'altra esterna, in continuità con il reticolo endoplasmatico rugoso, chiamato tale perché sono disposti sulla superficie ribosomi, che talvolta condividono lo stesso RNA;
• Apparato del Golgi;
• Varie strutture vescicolari quali:
  • Lisosomi,
  • Endosomi: strutture temporanee che vengono prodotte per successivi passaggi di maturazione di vescicole che originano dalla membrana plasmatica e vengono così importati nel citoplasma,
  • Perossisomi.

La sintesi delle proteine, che avviene nel citosol, è seguita da un trasporto e localizzazione delle stesse all'interno delle varie strutture per cui sono state prodotte. Nel Golgi le proteine arrivano in seguito al passaggio nel RE, successivamente vengono distribuite nei vari comparti tra cui i lisosomi. Dal Golgi inoltre partono proteine che vanno alla membrana plasmatica stessa, o in ambiente extracellulare contenute in vescicole secretorie. Queste localizzazioni avvengono in funzione di peptidi segnale della proteina costituiti da parti di sequenza amminoacidica (struttura primaria).

Peptidi segnale

I peptidi segnale possono trovarsi:

• Nel C o N-terminale e restano in posizione esterna dopo il folding;
• In zone diverse della struttura primaria e che si assemblano in seguito al folding.

Si notino i vari tipi di peptide segnale in base all'organello di destinazione:

• RE: peptide segnale N-terminale (inizia con Metionina) costituito da AA idrofobici in particolare da Leucina e Alanina;
• Nucleoplasma (quindi non sulla membrana nucleare ma all'interno): si trova nella regione interna della proteina ed è costituito da soli 4 AA basici;
• Mitocondri: presente nella porzione N-terminale ed è una α-elica anfipatica dove gli AA basici sono disposti da un lato, mentre dall'altro troviamo quelli idrofobici;
• Perossisomi: presentano 2 tipi di peptide PTS1 e PTS2.

Meccanismo di segnalazione

I ribosomi sintetizzano la proteina fino al raggiungimento del codone di STOP, rilasciandola poi nel citosol. Dopo sono sottoposte a un processo di folding per 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 membrane.

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 dai ribosomi. La sequenza segnale induce un blocco temporaneo della sintesi proteica e il ribosoma e RNA con la sua proteina nascente vengono 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 foldata viene legata dalle chaperonine e poi condotta e riconosciuta da un complesso sulla membrana dell'organello.

Traslocazione nel nucleo

Ricordiamo che la membrana esterna è in continuità con il 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 per garantire o limitare il passaggio di proteine. Tutta la membrana 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 costituito da una 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 presenta 4 compartimenti, ciascuno con le proprie proteine/strutture tipiche:

• La membrana esterna ricca di porine;
• Lo spazio intermembrana: citocromo c e 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 sintetizzate...