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Stimoli Cellulari e Risposte

• Le cellule possono sopravvivere, dividersi, differenziarsi o morire per apoptosi in risposta a stimoli.

Comunicazione Intercellulare

• Una molecola segnale si lega a un recettore proteico specifico, principalmente sulla membrana esterna.
• Questa interazione avvia una cascata di reazioni.
• Le reazioni a cascata possono alterare il metabolismo, l'espressione genica, la forma o il movimento cellulare.

Tipi di Recettori

• I recettori di superficie si trovano sulla superficie cellulare.
• I recettori intracellulari si trovano nel citoplasma e sono specifici per molecole che possono attraversare il doppio strato fosfolipidico.
• I recettori intracellulari non attivano direttamente il metabolismo, ma avviano una serie di reazioni.

Meccanismo d'Azione degli Ormoni Steroidei

• Gli ormoni steroidei vengono trasportati da proteine fino a reagire con il recettore citoplasmatico.
• Il recettore quiescente si attiva con il legame dell'ormone, entra nel nucleo, si lega al DNA e agisce come fattore di trascrizione.
• Questo processo può attivare geni che prima erano inattivi.
• I recettori hanno un dominio per legare le molecole segnale e uno per legarsi al DNA.

Classi di Recettori di Superficie

• Recettori collegati a canali ionici: Proteine che si aprono e chiudono per permettere il passaggio di ioni, modificando il potenziale transmembranale.
• Recettori collegati a proteine G: Proteine multipasso che, una volta captato il segnale, lo inviano ai centri del metabolismo tramite il legame con altre proteine G.
• Recettori collegati ad enzimi: Recettori tirosin-chinasici intrinseci che, attivati dai fattori di crescita, dimerizzano e fosforilano tirosine, influenzando la proliferazione cellulare.

Adenilato Ciclasi e AMP Ciclico

• L'adenilato ciclasi produce AMP ciclico (cAMP), un secondo messaggero.
• Il cAMP attiva la protein-chinasi A (PKA), composta da subunità catalitiche e regolatrici.
• Il legame del cAMP alle subunità regolatrici attiva PKA, che può fosforilare altre proteine.

Proteine G e Trasmissione del Segnale

• Le proteine G trasmettono segnali sulla superficie interna della membrana cellulare.
• Il legame di un ormone o neurotrasmettitore al recettore cambia la forma del recettore, che si lega alla proteina G inattiva.
• Questo induce la proteina G ad espellere GDP e sostituirlo con GTP, attivandola.
• La proteina Gas attiva si rompe in due frammenti, e la subunità alfa attiva l'adenilil ciclasi, producendo AMP ciclico.
• Infine, il GTP si rompe formando GDP, e la proteina G si ricostruisce per un altro ciclo.

Tossine e Proteine G

• La tossina colerica e la tossina della pertosse interagiscono con le proteine G, iperstimolandole o inibendole.
• Alcune tossine bloccano l'attività GTPasica, causando una persistente attivazione delle vie a valle come quella dell'adenilato ciclasi.
• La tossina del colera aumenta i livelli di cAMP nelle cellule intestinali, provocando il rilascio di ioni Na+ e acqua, causando diarrea e squilibrio elettrolitico.

Bersagli delle Proteine G

• Adenilato ciclasi: Forma cAMP che attiva proteine chinasi, controllando funzioni cellulari.
• Fosfolipasi C: Agisce sui lipidi della membrana, formando IP3 e DAG, che aumentano il Ca2+ intracellulare e attivano la proteina chinasi C (PKC).

Percorso IP3 e Calcio

• L'IP3 migra nel reticolo endoplasmatico liscio (REL) e reagisce con i canali del Ca2+.
• Il Ca2+ fuoriesce nel citosol e reagisce con la PKC, attivandola con il DAG.
• La PKC attivata fosforila proteine bersaglio tessuto-specifiche.

Precisione delle Attività Biologiche

• L'efficienza delle attività biologiche viene attivata in modo specifico grazie ad un elevato numero di proteine intermedie.

Autofosforilazione dei Recettori

• La terza categoria di recettori attiva una serie di proteine tramite autofosforilazione.
• Questi recettori trasmembranali dimerizzano quando attivati e possono autofosforilare serina, treonina e tirosina.
• Le reazioni che seguono portano alla proliferazione cellulare.

Integrazione delle Vie di Comunicazione

• Le vie di trasmissione del segnale interagiscono per produrre risposte cellulari adatte a combinazioni di segnali complessi. Alcuni segnali indicano la sopravvivenza, altri la riproduzione, e l'assenza totale di segnali porta al suicidio cellulare.

Nucleo e Cromatina

• Il nucleo è delimitato dalla carioteca, un sistema di membrane che racchiude il nucleoplasma.
• La regione eterocromatica è fortemente spiralizzata e difficilmente trascrivibile; la regione eucromatica è poco spiralizzata ed facilmente trascrivibile.
• Il nucleolo è una regione della cromatina non delimitata da membrana, dove sono localizzati i geni per la trascrizione del rRNA e dei ribosomi.

Funzioni del Nucleo

• Il nucleo protegge il materiale genetico regolando l'entrata e l'uscita di molecole tramite i pori nucleari.
• La membrana nucleare interna è supportata dalla lamina nucleare, una rete di proteine.

Organizzazione del Poro Nucleare

• Il poro è organizzato da otto proteine in maniera ottagonale, formando due anelli concentrici.
• La lamina nucleare fornisce sostegno e serve da sito di attacco per i telomeri e per la regolazione della divisione nucleare.

Struttura della Cromatina

• L'informazione genetica degli eucarioti si trova associata a proteine e acido ribonucleico nella cromatina (DNA, proteine, acido ribonucleico).
• Le proteine istoniche si legano al DNA in modo specifico; l'istone H1 è coinvolto nella compattazione della cromatina.

Nucleosomi

• La cromatina è organizzata come una collana di perle, dove ciascun nucleosoma (la perla) è costituito da un ottamero di proteine istoniche attorno al quale si avvolge il DNA.
• Il nucleosoma contiene due molecole di ciascuno dei seguenti istoni: H2A, H2B, H3, H4.

Compattazione del DNA

• Per ridurre la lunghezza del materiale genetico, si associa a proteine istoniche.
• La cromatina può presentarsi in forma filiforme o bastoncellare.
• H1 permette alla cromatina di passare da una struttura filiforme a bastoncellare.

Istoni e Cariche

• Gli istoni sono ricchi di lisina ed arginina, conferendo carica positiva per associarsi al DNA negativo, stabilizzando la cromatina.
• Le proteine istoniche hanno mantenuto la loro struttura primaria nel corso dell'evoluzione.

Smistamento delle Proteine

• Esiste una sequenza segnale all'inizio della proteina che indica la destinazione finale.
• La sequenza segnale è composta da circa trenta amminoacidi all'estremità ammino-terminale.

Destinazione e Sintesi Proteica

• Le proteine sintetizzate devono attraversare la membrana dell'organulo bersaglio.
• Se si sostituisce la sequenza segnale, la proteina avrà una destinazione diversa e perderà la sua funzione.
• La leucina triziata viene trasportata a livello citoplasmatico, nel RER, nel Golgi e poi esce nella cellula.

Proteine Sintetizzate nel Citoplasma

• Una parte delle proteine sintetizzate nel citoplasma, ancora incompleta, raggiunge il reticolo endoplasmatico rugoso (RER) per completare la sintesi.

Proteine e Destinazioni

• Alcune proteine ritornano al RER.
• Alcune proteine formano l'endosoma tardivo per essere organizzate in lisosomi.
• Alcune proteine vengono conservate in vescicole secretorie.
• Alcune proteine vengono riversate alla superficie cellulare.
• Sono sintetizzate nel RER tutte le proteine destinate alla membrana plasmatica, agli organuli della cellula o che devono uscire (fanno eccezione le proteine indirizzate al nucleo, ai mitocondri o ai plasmidi che vengono invece sintetizzate a livello citoplasmatico).

Sequenze Segnale e Importine

• Le proteine dal citoplasma che arrivano al nucleo e presentano una sequenza segnale che vengono riconosciute dalle importine.
• La proteina viene trasportata attivamente nel nucleo con un processo alimentato dall'energia di idrolisi del GTP.

Meccanismo di Trasporto Nucleare

• La GTPasi monomerica RAN attiva le proteine quando è legata a GTP e inattiva quando a GDP.
• A livello del poro nucleare, una Ran-GTP si lega all'importina, con rilascio del cargo nel nucleoplasma. Nel citosol la forma del fosfato Pi si idrolizza e la proteina resta legata alle Ran.

Mitocondri

• I mitocondri sono delimitati da doppia membrana.
• La membrana esterna è costituita dal 60% da lipidi e dal 40% di proteine, mentre la membrana interna presenta l'80% di proteine e solo il 20% di lipidi, possiedono un genoma proprio nella matrice mitocondriale.

Sequenza Segnale Mitocondriale

• Le proteine sintetizzate nel citosol contengono una sequenza segnale amminoterminale “sequenza di indirizzamento ai mitocondri".

Importazione di Proteine nei Mitocondri

• La proteina con sequenza segnale viene riconosciuta da un recettore sulla membrana esterna.
• Il complesso recettore-proteina diffonde lateralmente e trasferisce la proteina attraverso le due membrane.
• Le proteine chaperone Hsp70 aiutano a linearizzare la proteina per il passaggio nella matrice mitocondriale e, successivamente, ricreano la struttura tridimensionale.

Reticolo Endoplasmatico Rugoso (RER)

• Il RER possiede delle membrane che si ripiegano su loro stesse, con delle superfici rivolte al nucleo e alla membrana plasmatica.
• Sulla membrana RER si trovano i ribosomi.
• Quando la sequenza segnale indica che la proteina deve posizionarsi nel RER, la sintesi viene bloccata dalla particella di riconoscimento del segnale e la proteina viene smistata al RER (SRP).
• Un recettore nel RER permette il passaggio della proteina nascente all'interno del RER e la sintesi riprende.

Glicosilazione

• A livello del RER le proteine iniziano a fare delle modificazioni post-traduzionali: si inizia ad organizzare al struttura terziaria ed il complesso sistema di catene oligosaccaridiche(glicosilazione proteica).
• La N-glicosilazione vede l'aggiunta di una catena glucidica a livello dell'atomo di azoto di una catena di asparagina.
• Una proteina glicosilata raggiunge un folding normale e può fare la sua funzione.

Traffico Vescicolare

• Il trasporto vescicolare include la la gemmazione e fusione di vescicole.
• Ci sono due vie in merito al trasporto vescicolare:
  • Via secretoria principale
  • Via endocitica principale

Endocitosi

• L'endocitosi consiste nel trasporto molecole varie che si trovano al di fuori/ all'interno della cellula.
• Per operare che vescicole di trasporto portano le proteine necessarie al destinatario deve fondersi solamente con la membrana appropriata.

Gemmazione Vescicolare

• La gemmazione vescicolare viene indotta dall'andare insieme al rivestimento proteico.
• La clatrina ha tre catene pesanti e tre catene leggere che vanno a creano una struttura detta triskelion che genera strutture esagonali.