Reticolo endoplasmatico

FUNZIONI

Biosintesi lipidi e proteine

- Accumulo/rilascio Calcio

- il reticolo accumula calcio attraverso una Ca-ATPasi anche chiamata SerCa. Nel

reticolo ci sono molte proteine che legano calcio, e il calcio è importante per il ripiegamento delle proteine. Il rilascio stimola

risposte specifiche, come la contrazione muscolare oppure esocitosi.

Formazione vescicole di trasporto

- portano proteine e lipidi di nuova sintesi all’ apparato di Golgi

Reazioni di detossificazione

- svolte dalla famiglia di enzimi del citocromo P450, che catalizza una serie di

reazioni di sostanze insolubili in acqua che si accumulerebbero ad alti livelli nelle membrane. Con queste reazioni sono resi

solubili e escreti nell’ urina.

I ribosomi attaccati sulla superficie del Reticolo formano un’ area denominata Reticolo

Endoplasmatico Ruvido; invece, le regioni di reticolo prive di ribosomi sono chiamate

Reticolo Endoplasmatico Liscio. Il RE si può rompere in frammenti e si risalda in

vescicole chiamate microsomi, i microsomi rappresentano piccole versioni del reticolo,

ancora in grado di svolgere le normali funzioni.

L’ importazione delle proteine nel RE inizia prima che la catena polipeptidica sia

completamente sintetizzata (processo co-traduzionale). Nel processo co-traduzionale, il

ribosoma che sta sintetizzando la proteina è direttamente attaccato alla membrana del

reticolo, permettendo ad un’ estremità della proteina di essere traslocata mentre il resto

della catena viene assemblata.

Le proteine dirette al reticolo, indipendentemente dal destino successivo, sono dirette ad

esso da una sequenza segnale del reticolo che dà inizio alla traslocazione mediante un

meccanismo comune.

La sequenza segnale è guidata fino alla membrana del reticolo da:

Particella riconoscimento segnale (SRP)

- consiste di 6 catene polipeptidiche diverse attaccate a RNA

Recettore SRP

- proteina integrale di membrana

Le sequenze segnale variano molto nella sequenza amminoacidica, ma ciascuna è

composta da una decina di amminoacidi non polari posti al centro. La SRP mostra nel sito

di legame una tasca idrofobica composta da metionine, che hanno catene laterali flessibili

che permettono il legame con sequenze di forma, dimensioni e sequenza diverse. L’ SRP

ha quattro domini diversi: riconoscimento sequenza segnale – riconoscimento ribosoma –

riconoscimento recettore SRP – dominio legame GTP

La SRP con un dominio si lega alla sequenza segnale del reticolo non appena il peptide è

emerso dal ribosoma, l’ altra estremità blocca il sito di legame del fattore di allungamento

provocando un blocco nella sintesi proteica.

La pausa della sintesi assicura che non vengano prodotte porzioni di una proteina che potrebbero ripiegarsi in una struttura compatta

prima di raggiungere il traslocatore. Non sono necessarie proteine chaperone che mantengono svolta la proteina.

Una sequenza segnale di inizio viene riconosciuta due volte: prima da un SRP nel citosol

e poi da un sito di legame nel poro del traslocatore.

Il doppio riconoscimento assicura che soltanto le proteine appropriate entrino nel lume del RE

Una volta formato, il complesso ribosoma-SRP si attacca al recettore, quest’ ultimo dirige il

complesso al traslocatore (Sec 61). Il traslocatore inserisce la proteina nella membrana

del reticolo attraverso il doppio strato. La SRP e il recettore vengono rilasciati ad opera di

idrolisi di GTP che esegue il rilascio dopo che il ribosoma si sia impegnato in modo

appropriato con il traslocatore. Il traslocatore resta chiuso finché non si è legato il

ribosoma in modo che la permeabilità del RE si mantenga in ogni momento. Quando la

catena polipeptidica nascente diventa abbastanza lunga, una peptidasi del segnale

rimuove la sequenza e la rilascia dal poro che si apre lateralmente.

Il processo di traslocazione co-traduzionale crea due differenti tipi di ribosomi: quelli legati

alla membrana (attaccati dal lato citosolico) sono impegnati nella sintesi di proteine che

stanno traslocando nel reticolo; quelli liberi sintetizzano tutte le altre proteine. Questi

ribosomi non sono strutturalmente differenti, ma differiscono soltanto per le proteine che

stanno sintetizzando.

TRASLOCATORE SEC61

È un poro pieno d’ acqua attraverso il quale passa la catena polipeptidica, il nucleo è

chiamato complesso Sec61. La struttura suggerisce che alfa-eliche circondano il poro

centrale, e il poro è bloccato da una breve elica che tiene il traslocatore chiuso. La

chiusura del poro è importante in modo che la membrana resti impermeabile a ioni ( ad

esempio calcio) che altrimenti uscirebbero dal reticolo. Il poro si può aprire anche di lato e

permettere alla catena polipeptidica di accedere lateralmente al nucleo idrofobico della

membrana in un processo che serve per l’ integrazione di proteine trans-membrana.

Nelle cellule eucariotiche, quattro complessi Sec61 formano un grande traslocatore, però

non tutti e quattro i complessi partecipano direttamente alla traslocazione; alcuni sono

inattivi e forniscono siti di legame per il ribosoma e proteine accessorie.

TRASLOCAZIONE POST-TRADUZIONALE NEL RE

Alcune proteine sono importate nel reticolo dopo essere state sintetizzate completamente.

Nelle cellule eucariotiche un ulteriore complesso composto da proteine Sec62, Sec63,

Sec71, Sec72 è attaccato al traslocatore e deposita molecole di BiP sulla catena in

traslocazione. Cicli ATP-dipendenti di attacco/rilascio di BiP tirano la proteina nel lume. Le

proteine destinate al reticolo con traslocazione post-traduzionale sono prima rilasciate nel

citosol dove gli è impedito ripiegarsi poiché sono attaccate a proteine Chaperone.

PROTEINE TRANSMEMBRANA

Ci sono tre modi con cui le proteine trans-membrana a singolo passaggio vengono inserite

nel RE:

Una sequenza segnale N-terminale inizia la traslocazione attraverso il poro, poi un

 segmento idrofobico nella catena ferma il processo prima della traslocazione dell’

intera catena. Questo segnale di stop interagisce con il poro che cambia

conformazione e scarica la proteina nella membrana dopo che la sequenza di inizio

è stata tagliata da una peptidasi e rilasciata dal traslocatore e rimane anch’ essa

nella membrana.

Negli altri due casi la sequenza segnale è interna, viene legata da SRP che porta il

 ribosoma al recettore della membrana e inizia il processo di traslocazione. La

sequenza segnale interna resta nel doppio strato lipidico come alfa elica singola

che attraversa la membrana.

Le sequenze segnale interne possono legarsi al traslocatore in due orientamenti: in

un caso la proteina avrà il C-terminale sul lato luminale, nell’ altro caso avrà l’ N-

terminale sul lato luminale. L’ orientamento è dovuto alla distribuzione di

amminoacidi carichi nelle vicinanze della sequenza:

Se vi sono più amminoacidi carichi positivamente che precedono la sequenza si

- avrà la proteina con l’ N-terminale dal lato citosolico.

Se vi sono più amminoacidi carichi positivamente che seguono la sequenza avremo

- il C- terminale dal lato citosolico.

Nelle proteine trans-membrana a passaggi multipli una sequenza di start inizia la

traslocazione finché non incontra una di stop. Poi, una seconda sequenza inizia la

traslocazione fino ad incontrare una nuova sequenza di stop e così via per le successive

sequenze.

La distinzione tra sequenze di inizio e stop è data dalla posizione sulla catena

polipeptidica. Sembra che SRP inizia la scansione dall’ N-terminale fino al C-terminale,

riconoscendo la prima sequenza come quella di inizio e la successiva come una sequenza

di stop.

PROTEINE RESIDENTI NEL RETICOLO

Le proteine residenti nel reticolo contengono un segnale di ritenzione di quattro

amminoacidi idrofobici al C-terminale.

Un’ importante proteina residente nel reticolo è la proteina disolfuro isomerasi (PDI) che

catalizza l’ ossidazione di gruppi sulfidrilici (SH) liberi su cisteine per formare legami

disolfuro.

La proteina chaperone BiP, è un’ altra proteina residente nel reticolo e ha il compito di

tirare post-traduzionalmente le proteine del RE attraverso il traslocatore mediante idrolisi

di ATP

Altre proteine residenti nel reticolo sono le Glucosidasi, le Glicosiltrasferasi e le lectine

come calnessina/calreticulina

La peptidasi del segnale è l’ unica proteasi all’ interno del reticolo altrimenti si

demolirebbero le proteine.

GLICOSILAZIONE PROTEINE DEL RETICOLO

Alcune proteine subiscono delle modificazioni post-traduzionali prima di essere indirizzate

nei compartimenti di destinazione.

Un oligosaccaride precursore preformato ( composto da N-acetilglucosammina, mannosio

e glucosio) viene aggiunto al gruppo NH della catena laterale di asparagina (che si trova

2

soltanto nella sequenza Asn-X-Ser/Thr), questa glicosilazione è chiamata N-

glicosilazione e il trasferimento dell’ oligosaccaride è catalizzato dall’ enzima

oligosaccaride trasferasi.

L’ oligosaccaride precursore è legato al lipide dolicolo da un legame pirofosfato (che

fornisce l’ energia per far avvenire la reazione) ed è trasferito all’ asparagina dopo che l’

amminoacido è emerso dal lume del reticolo. L’ enzima oligosaccaride trasferasi è

associato a ciascun traslocatore permettendogli di glicosilare le catene in ingresso.

L’ oligosaccaride precursore è assemblato zucchero dopo zucchero sul lipide dolicolo, la

sinetsi avviene sul lato citosolico della membraan del RE e continua sulla faccia luminale.

L’ oligosaccaride può legarsi anche al gruppo ossidrile della catena laterale di una Serina,

Treonina o Idrossilisina; in questo caso si parla di O-glicosilazione

La glicosilazione nel reticolo è importante perché alcune proteine la richiedono per un

corretto ripiegamento. Mentre sono ancora nel reticolo, tre glucosi sono rimossi dagli

oligosaccaridi di queste proteine; la calnessina/calreticulina riconoscono proteine con due

dei tre glucosi rimossi e effettuano quindi, un controllo di qualità rilasciando la proteina

quando i tre glucosi sono stati rimossi.

CICLO CALNESSINA/CALRETICULINA

Per la loro attività richiedono calcio, la calnessina è una lettina transmembrana; mentre la

calreticulina è luminale.

La calnessina si lega a proteine ripiegate in modo incompleto che contengono un

- glucosio terminale sugli oligosaccaridi legati a N.

Una glucosidasi elimina il glucosio e permette alla proteina l’ uscita dal reticolo.

- La glicosiltrasferasi è l’ enzima cruciale poiché se la proteina non è ben ripiegata

- aggiunge un nuovo glucosio da UDP-glucosio rinnovando l’ affinità per la calnessina

Un processo correlato è l’ agg