Riassunto dettagliato cellula eucariote (RE, Apparato di Golgi, Esocitosi, Endocitosi)

Cellula eucariote

Le cellule eucariotiche, contrariamente alle cellule batteriche (costituite generalmente da un unico compartimento cellulare circondato dalla membrana plasmatica), presentano numerosi compartimenti (organelli), morfologicamente e funzionalmente distinti, immersi all'interno del citoplasma.

Poiché in ogni cellula hanno luogo migliaia di reazioni chimiche contemporaneamente, l'esistenza di compartimenti intracellulari specializzati garantisce che esse avvengano in maniera efficiente, e assicura alle cellule una maggiore specializzazione. L'organulo, dunque, può essere considerato come ogni compartimento presente nella cellula delimitato da membrana che contiene un assetto proteico ed enzimatico caratteristico, oltre che un sistema di membrane specializzate. Ogni organulo ha funzioni diverse che non sarebbero compatibili in assenza delle membrane. Circa metà del volume di una cellula è occupato da organuli.

Il microscopio ottico, con colorazioni appropriate, permette di vedere solo l'organulo più grande: il nucleo. Il microscopio elettronico a trasmissione (TEM), invece, ha permesso di osservare e studiare gli organuli.

Compartimenti/organuli presenti nella cellula

• Nucleo
• Reticolo endoplasmatico
• Apparato di Golgi
• Lisosomi
• Mitocondri
• Perossisomi
• Vescicole

Citosol

Il citosol è la parte del citoplasma che non è contenuta negli organelli. È una sostanza gelatinosa molto ricca di acqua (70%) e proteine (15-20%) in cui sono presenti anche grassi, zuccheri, enzimi e composti organici, necessari per lo svolgimento delle varie reazioni chimiche. Il citosol è una soluzione acquosa.

Nel citosol è presente anche il citoscheletro, una rete di filamenti proteici che costituiscono l'impalcatura della cellula e determinano il suo mantenimento della forma. Rappresenta il sito in cui avviene la sintesi proteica, dove avviene la maggior parte delle reazioni metaboliche cellulari.

Reticolo endoplasmatico

Il reticolo endoplasmatico (RE) è il più esteso sistema di membrane della cellula eucariotica (presente in tutte le cellule eucariote) ed è costituito da un sistema di cisterne (sacchi appiattiti) e tubuli ramificati e anastomizzati reciprocamente, che dall'involucro nucleare si estende a tutto il citoplasma. Lo spazio all'interno delle cisterne e dei tubuli, il lume del RE, è separato dal citosol circostante, quindi la composizione del lume del RE è differente da quella dello spazio citosolico.

Il RE è una struttura dinamica, la cui quantità aumenta o diminuisce secondo l'attività cellulare. Dal punto di vista strutturale, il RE si divide in due compartimenti fra loro comunicanti, diversi per costituzione e per funzioni svolte:

• Reticolo endoplasmatico ruvido (RER): prevalentemente organizzato in cisterne
• Reticolo endoplasmatico liscio (REL): prevalentemente organizzato in tubuli

Il sottodominio del RER costituisce il RE di transizione, da cui si formano le vescicole dirette all'apparato di Golgi.

Reticolo endoplasmatico rugoso (RER)

Struttura

Il RER è definito "rugoso" perché presenta ribosomi adesi alla sua superficie citosolica, con la subunità maggiore adagiata sulla membrana e la subunità minore rivolta verso il citoplasma. Il RER è composto da cisterne in continuità con la membrana esterna dell'involucro nucleare, la quale presenta anch'essa ribosomi sulla sua superficie citosolica. Il RER è acido per la presenza dei ribosomi e quindi basofilo.

Funzioni

La principale funzione del RER è sintetizzare le proteine da racchiudere in vescicole di trasporto (proteine di secrezione e proteine solubili del sistema di endomembrane) e le proteine di membrana. L'associazione dei ribosomi alla membrana del RER consente alle proteine solubili neo-sintetizzate di penetrare all'interno del lume delle cisterne, dove subiscono vari processi maturativi. Le proteine di membrana rimangono invece ancorate alla membrana del RER tramite regioni idrofobe o legami covalenti a lipidi di membrana.

In dettaglio, il RER svolge le seguenti funzioni:

• Sintesi di parte delle proteine della cellula
• Prima tappa di maturazione e smistamento delle proteine neo-sintetizzate
• Modificazioni post-tradizionali delle proteine neo-sintetizzate (es. rimozione sequenza segnale, modificazioni di amminoacidi)
• Ripiegamento delle proteine (facilitato da proteine "chaperon" ed enzimi)
• Fasi iniziali della glicosilazione delle proteine
• Assemblaggio delle proteine multimeriche

Importante: il RER è un organulo impegnato nella sintesi di una parte delle proteine.

Quali sono le proteine sintetizzate a livello del RER?

• Proteine destinate alla secrezione
• Proteine integrali di membrana
• Proteine enzimatiche residenti: le proteine che svolgono la loro funzione in un particolare organulo
• Proteine estrinseche di membrana

Cosa si intende per smistamento?

Per smistamento si intende la separazione delle proteine in modo da guidarle verso la loro destinazione finale. Le proteine non viaggiano casualmente, ma vengono smistate e indirizzate al giusto compartimento tramite specifiche sequenze che funzionano come segnale. Nel reticolo le proteine iniziano il loro processo di maturazione. Il lume del RER, infatti, è la sede principale dell'elaborazione delle proteine.

Processi di maturazione

Ci sono tanti processi di maturazione:

• Modificazioni post-traduzionali di diversa natura: la maturazione delle proteine non termina con la traduzione (chiamata anche sintesi proteica: processo biochimico attraverso il quale l'informazione genetica contenuta nel mRNA viene convertita in proteine), ma si spinge fino alla definizione di conformazioni che permettono ai polipeptidi di svolgere funzioni sempre più complesse e specifiche. Questi meccanismi prendono il nome di modificazioni post-traduzionali, in quanto successive alla traduzione. Nel caso in cui siano contemporanee ad essa, si parla di modificazioni co-traduzionali. Es. rimozione della sequenza segnale.
• Fa parte del processo di maturazione anche assicurarsi del corretto ripiegamento e assemblaggio delle catene polipeptidiche neo-sintetizzate. Per assolvere i suoi compiti, il lume del RER contiene delle proteine chaperon, che riconoscono e si legano alle catene polipeptidiche non ripiegate o ripiegate male, facendo loro assumere la corretta struttura tridimensionale. Il lume del RER contiene anche vari enzimi coinvolti nella maturazione delle proteine, tra cui la proteina disolfuro isomerasi che controlla la formazione di ponti disolfuro.

Chaperon e specifici enzimi

Chaperon e specifici enzimi come la disolfuro isomerasi influenzano l'auto-avvolgimento proteico.

Glicosilazione

La glicosilazione è un processo enzimatico di aggiunta di oligosaccaridi su particolari amminoacidi per produrre glicoproteine. È un processo che inizia nel RER e termina nel complesso del Golgi. Si distinguono N-glicosilazione e O-glicosilazione.

N-glicosilazione

Viene prodotto un oligosaccaride di 14 zuccheri, legato a un lipide di membrana del RER: dolicolo. Questo oligosaccaride di 14 zuccheri è poi trasferito dal dolicolo alla catena polipeptidica nascente. Il legame avviene su un azoto di un residuo laterale di asparagina (da qui il nome N-glicosilazione, il tipo di legame più frequente nelle glicoproteine). Nel mentre la stessa catena polipeptica è traslocata nel lume del RER, in una sola reazione catalizzata dall'enzima oligosaccaride-proteina transferasi.

Dopo il trasferimento al polipeptide nascente, la catena oligosaccaridica subisce progressive modificazioni, in parte diverse in base alla glicoproteina matura che dovrà essere prodotta. Queste modificazioni, che comprendono sia rimozione sia aggiunta di residui di carboidrati e determinano la maturazione dell'oligosaccaride, iniziano nel RER e continuano nell'apparato di Golgi. A questo punto, tutte le glicoproteine neo-sintetizzate sono sottoposte a un rigoroso sistema di controllo di qualità, che determina se esse abbiano già raggiunto un ripiegamento completo e/o corretto e, quindi, possano esplicare la propria funzione.

Ogni glicoproteina, i cui oligosaccaridi contengono un singolo glucosio, si lega a una proteina chaperon in grado di favorire la corretta struttura tridimensionale della catena polipeptidica. Se la glicoproteina è ripiegata correttamente (ha raggiunto, cioè, la corretta struttura tridimensionale, o conformazione nativa) viene trasportata al RE di transizione e da lì, mediante gemmazione di vescicole, all'apparato di Golgi per ulteriori modificazioni.