Sintesi Completa Cit. & Ist. Animale PDF

Idrocarburi (ossature carboniose + H)  Apolari ed idrofobi  Si possono formare doppi legami con una precisa disposizione spaziale  Il C si lega facilmente anche con altri elementi (ossigeno, azoto, fosforo e zolfo) Gruppi funzionali  Ossidrilico (-OH) e Carbonilico (-C=O) → zuccheri  Amminico (-NH2) → aminoacidi  Carbossilico (-COOH) → aminoacidi, acidi grassi e certe vitamine Presenza di stereoisomeri (non equivalenti in biologia) Le molecole organiche di maggiore importanza:  Glucidi CHO  Lipidi CHO (P, S)  Proteine CHON (S, P) (→ aminoacidi)  Acidi nucleici CHONP (→DNA e RNA) Prevalentemente sono polimeri (macromolecole) I monomeri si uniscono a formare i polimeri. (polimerazione)  Monosaccaride in polisaccaride  Aminoacido in proteina (polipeptidi, catene polipeptidiche)  Nucleotide in acido nucleico Polimeri Si creano legami covalenti tra i monomeri e viene a liberarsi H2O. Per questa reazione ci vuole energia e un catalizzatore (enzima). Nel processo inverso avviene l’idrolisi e si ha una scissione dei polimeri (ricorda IDROLISI). Glucidi o carboidrati (CH 2O)n Si dividono in:  Monosaccaridi  Oligosaccaridi  Polisaccaridi Glucosio (gruppo aldeidico) Fruttosio (gruppo chetonico) Aldosi: Gliceraldeide, ribosio, glucosio, galattosio → gruppo carbonilico all’estremità Chetosi: Diidrossiacetone, ribulosio, fruttosio → gruppo carbonilico nel penultimo carbonio In soluzione acquosa la molecola di glucosio e quelle di molti altri zuccheri ciclizzano. Formazione di un disaccaride: da α-glucosio al maltosio Legame O-glicosidico Altri disaccaridi per condensazione:  Saccarosio = glucosio + fruttosio  Lattosio = galattosio + glucosio  Maltosio = glucosio + glucosio Polimeri → sia in forma α che in forma β. Le molecole con i legami α sono prontamente mobilizzate mentre quelle con i legami β sono più stabili. α-glicosidico: caratteristico dei polisaccaridi di riserva (amido vegetale e glicogeno animale). β-glicosidico: caratteristico dei polisaccaridi strutturali (cellulosa nella parete cellulare vegetale e la chitina nei funghi e nelle cellule animali). Le fibre sono costituite di cellulosa (non le digeriamo). La chitina viene usata per i fili di sutura delle ferite. Glicosamminoglicani GAG o mucopolisaccaridi Sono lunghe catene polisaccaride non ramificate costituite da unità disaccaridiche che si ripetono. I GAG sono ricchi di gruppi acidi (solforici, carbossilici); sono idrofli e formano gli idratati che determinano uno stato di turgore nella matrice extracellulare. Esempi: acido ialuronico, il condroitinsolfato, cheratansolfato (principali) Sono importanti nella costituzione della matrice extracellulare. I proteoglicani o mucoproteine (95% GAG e 5% proteine) costituiscono la sostanza intracellulare amorfa dei tessuti connettivi. Nella cartilagine i proteoglicani si legano ad una molecola di acido ialuronico a costituire macromolecole (aggrecani). Lipidi  Gruppo di sostanze eterogeneo dal punto di vista chimico.  Costituito prevalentemente da C e H (e pochi N e O) → molecole non polari e insolubili in acqua.  Solubili nei solventi organici non polari (benzina, olio d’oliva…). Liposolubili.  Per la presenza di pochi gruppi funzionali, non sono tutti completamente idrofobi.  Non formano polimeri ma strutture sovramolecolari (membrane cellulari). Acidi grassi Costituito da un gruppo carbossilico e da una lunga catena idrocarburica (16, 18, 20). Se nella catena sono presenti uno o più doppi legami, l’acido grasso viene definito insaturo. Se non sono presenti doppi legami viene chiamato saturo. Sono componenti di molecole più complesse. Gli acidi grassi saturi tendono ad impacchettarsi tra di loro → stato solido (burro) Quelli insaturi si ripiegano intorno al doppio legame → stato disordinato, non cristallino e quindi liquido (olio d’oliva) I gliceridi (grassi) sono costituiti da acidi grassi e da glicerolo e si dividono in base al numero di funzioni alcoliche esterificate in: monogliceridi, digliceridi e trigliceridi. Questi ultimi costituiscono una delle principali fonti di deposito di materiale energetico in molti organismi. Miscele di trigliceridi prendono il nome di oli se liquide a temperatura ambiente e di grassi se solide. Oli: liquidi a T ambiente; Grassi: solidi a T ambiente; Forniscono energia chimica superiore a tutte le altre molecole biologiche. Il punto di fusione è tanto più basso quanto maggiore è la percentuale di acidi grassi insaturi. La maggior parte dei grassi animali (lardo, burro) sono saturi e quindi solidi a temperatura ambiente. Tessuto adiposo (cellule adipose): isolante termico (cattivo conduttore di calore). Lipidi complessi Presenza di residui idrofilici:  Fosfolipidi (gruppo fosfato)  Glicolipidi (mono e oligosaccaridi) Molecole anfipatiche contengono derivati da molecole non lipidiche a carattere ionico o fortemente idrofile come acido fosforico (H3PO4) Fosfogliceridi o fosfolipidi più frequenti Micella membrane cellulari Steroidi Scheletro carbonioso costituito da quattro anelli fusi. Il colesterolo è il più importante (componente fondamentale per le cellule. In eccessive quantità è dannoso. Proteine CHON (S,P) Le proteine determinano la varietà tra gli esseri viventi. Simili tra di loro (per classi) ma ogni individuo ne presenta specifiche, perché sono polimeri. E’ la sequenza dei monomeri che ne determina la specificità. Sono le macromolecole più abbondanti delle cellule e sono presenti in tutte e in tutti i compartimenti cellulari. Una singola cellula può contenere migliaia di proteine diverse, con svariate funzioni biologiche. Tutte le proteine sono costituite da 20 diversi aminoacidi, legati tra loro in maniera covalente ed in specifiche sequenze lineari (da 100 ad alcune migliaia). Un essere umano produce da 50.000 a 100.000 proteine diverse. Proteine:  Strutturali (collagene, cheratina, elastina…)  Contrattili (actina, miosina…)  Di deposito (tuorlo, caseina…)  Di trasporto (emoglobina, lipoproteine…)  Catalitiche (enzimi)  Messaggere (ormoni) Aminoacidi Gruppo amminico e un gruppo carbossilico legati ad un atomo di carbonio asimmetrico (carbonio α, cioè legato a 4 atomi diversi): L’atomo di carbonio è asimmetrico il che permette l’esistenza di due stereo isomeri(L e D); in natura sono presenti quasi esclusivamente aminoacidi di tipo L. Sono noti 20 aminoacidi in natura, comuni a tutti gli organismi Legame polipeptidico (o carboaminico) Si forma con una reazione di condensazione tra il gruppo carbossilico e quello aminico dell’aminoacido successivo. La presenza di questi gruppi fa in modo che l’aminoacido sia anfotero. La molecola ha una doppia capacità ionica (polo positivo=gruppo aminico e polo negativo=gruppo carbossilico). A seconda della natura delle catene laterali avremo altre qualità: non polari, polari, elettricamente carichi… (diversi aminoacidi) Struttura primaria delle proteine La struttura primaria delle proteine è determinata dalla specifica sequenza di aminoacidi che la costituiscono (legami covalenti). Il tipo e la sequenza di aminoacidi condiziona la configurazione spaziale e la forma della molecola. La sostituzione di un aminoacido (un errore) ha significato diverso a seconda della proteina e della posizione. Esempio: nella posizione 6 delle catene β dell’emoglobina causa l’anemia falciforme. La sostituzione di un aminoacido idrofilo con uno idrofobico abbassa la solubilità delle proteine. Struttura secondaria delle proteine È dovuta a legami H tra il gruppo carbossilico (COOH) e il gruppo amminico (NH2) coinvolti nei legami peptidici di aminoacidi diversi. A causa della rigidità del legame peptidico è possibile solo un numero limitato di strutture secondarie tra cui le principali sono la configurazione α-elica e quella a foglietto β. In molte proteine che presentano la forma globulare si trovano tratti di entrambe. In ambiente acquoso L’asse carbonioso e le catene laterali degli aminoacidi interagiscono tra di loro e con l’ambiente acquoso (acqua + molecole idrofile disciolte) circostante mediante i diversi tipi di legami (deboli, non covalenti) producendo una conformazione stabile. Struttura terziaria delle proteine Rappresenta la struttura tridimensionale vera e propria della proteina ed è determinata da legami di varia natura che si instaurano tra i gruppi R degli aminoacidi e tra questi e l’acqua e i soluti in essa disciolti. (legami di Van der Waals…) Alla stabilizzazione della struttura possono contribuire i ponti disolfuro fra due residui cisteinici. Struttura quaternaria delle proteine Organizzazione nello spazio di proteine composte da più sub-unità polipeptidiche, tenuti assieme da legami deboli e ponti disolfuro. Esempi:  Il tropocollagene  l’emoglobina (diverse catene, due α e due β più gruppi non proteici, chiamati gruppi prostetici o eme che contengono il ferro). La funzione di una proteina dipende dalla sua conformazione. Se pH, concentrazione salina, temperatura o altri parametri influenzano la conformazione della proteina. Se questi cambiano, la proteina può denaturarsi perdendo la conformazione secondaria e terziaria. La denaturazione porta alla distensione della catena polipeptidica, cn perdita della sua funzione (i legami peptidici permangono). Agenti denaturanti: pH, T, detergenti, solventi organici, urea… La denaturazione, a seconda del tipo di proteina e delle condizioni in cui viene operata può essere:  irreversibile (albume dell’uovo, latte dopo la cottura)  reversibile (recupero dello stato nativo: rinaturazione) Autoassemblaggio delle proteine Data la struttura primaria, la struttura secondaria e terziaria vengono raggiunte autonomamente e automaticamente nelle condizioni fisiologiche. (Anfinsen e Epstein premio nobel) In ambiente intracellulare avvengono reazioni chimiche (biochimiche) in sequenze perfettamente controllate e regolate da enzimi. Proteine:  strutturali (citoscheletro, membrana)  enzimatiche (digestione, respirazione cellulare…) Le proteine enzimatiche fanno avvenire le reazioni chimiche ma non vengono modificate. Rimangono così come sono. C6H12O6 + 6°2 → 6CO2 + 6H2O ∆G = -686kcal/M La differenza tra il contenuto in energia dei reagenti iniziali e quello dei prodotti finali rappresenta la variazione di energia libera, ∆G, della reazione. Le reazioni che liberano energia libera G sono definite esoergoniche (∆G0, non spontanee). Energia di attivazione → energia necessaria per rompere i legami nelle molecole dei reagenti. Un catalizzatore è un agente chimico che accelera la velocità di una reazione senza essere consumato nel corso della stessa. Un enzima accelera la reazione abbassando l’energia di attivazione della stessa. Gli enzimi Non modificano:  la direzione della reazione;  il bilancio energetico. Anche le reazioni esoergoniche possono essere lente e hanno bisogno di energia di attivazione. FOGLIO DI CARTA + O2 → CO2 + H2O ∆G= -686kcal Devo fornire energia. Il foglio (cellulosa, polimero di β-glucosio) non brucia da solo!!! Tanto più è alta l’energia di attivazione, tanto più è lenta la reazione.  l’enzima si combina con il substrato;  gli enzimi sono specifici per un sono tipo di reazione catalitica (elevata specificità)  un piccolo numero di molecole di enzima catalizza una grande quantità di reagenti. Il substrato si lega al sito attivo che è il sito catalitico dell’enzima. Si forma un complesso enzima-substrato, che viene trasformato nei prodotti. Acidi nucleici 1953 – Watson e Crick pubblicano la struttura della molecola di DNA. Funzioni del materiale ereditario 1. conservazione dell’informazione ereditabile; 2. capacità di reduplicarsi (→cellula madre e cellula figlia); 3. capacità di dirigere le attività cellulari. La sequenza dei nucleotidi (4) differenzia la diversità dell’informazione dell’acido nucleico. DNA Costituito da due filamenti antiparalleli avvolti tra loro a spirale. Gli acidi nucleici sono polimeri di monomeri detti nucleotidi. un Nucleotide è costituito da:  zucchero pentoso (ribosio nell’RNA e desossiribosio nel DNA)  base azotata (legata al carbonio 1) può essere pirimidina (1 anello) o purina (più complessa)  gruppo fosfato DNA β-D-ribosio RNA 2-deossi- β-D-ribosio Ribosio + base azotata = nucleoside Ribosio + base azotata + gruppo fosfato = nucleotide Tre diversi gruppi fosfati (mono-, di- e trifosfati) Base azotata nucleoside abbreviazione Adenina adenosina A Guanina ◊ guanosina G Citosina ◊ citidina C Uracile (RNA) uradina U Timina (DNA) timidina T AMP = adenosina monofosfato dAMP = deossiadenosina monofosfato UDP = uridina difosfato ATP = adenosina trifosfato Funzioni dei nucleosidi trifosfato:  portano energia chimica nei loro legami fosfoanidride facilmente idrolizzabili. (ATP e GTP guanosina trifosfato) Acidi nucleici e nucleotidi sono legati a formare filamenti ( 1=RNA e 2=DNA) Legame 3-5 fosfodiesterico → il carbonio 3 del ribosio con il gruppo fosfato del carbonio 5 di un altro nucleotide. Costituiscono uno scheletro zucchero-fosfato, da cui sporgono le basi azotate. Abbiamo due estremità libere (carbonio 5 e carbonio 3) Nel DNA:  NO purina + purina (troppo larga)  NO pirimidina + pirimidina (troppo stretta)  SI purina + pirimidina (larghezza compatibile con i dati ai raggi x, 2nm) (ricorda Rosaline Franklin) Nei filamenti:  Adenina con timina  Guasina con citosina Nell’RNA invece abbiamo l’uracile al posto della timina. DNA:  A doppio filamento  Lo zucchero è il desossiribosio  I due filamenti sono complementari (A-T e G-C) e tenuti uniti da legami H che uniscono le basi azotate Filamenti antiparalleli (quindi in alto avremo un terminale 3’ e uno 5’ e così pure in basso). La distanza tra i filamenti è sempre costante. I legami H sono deboli e si rompono facilmente quando avviene il meccanismo di duplicazione (rottura dei legami H e costruzione di filamenti complementari ai vecchi che fungono da stampo). Duplicazione del DNA e sintesi delle proteine DNA polimerasi (complesso enzimatico) → legge la sequenza di nucleotidi del filamento stampo, prende dal nucleoplasma i nucleotidi complementari e costruisce il filamento complementare su ognuno dei due filamenti vecchi. Duplicazione semiconservativa → da ogni DNA se ne formano due che contengono entrambi un filamento vecchio e uno nuovo. Si ha la duplicazione del DNA quando la cellula entra nella fase S del ciclo cellulare (sta andando a dividersi). Ogni specie costruisce un determinato tipo di proteine. (Grazie alla sequenza di nucleotidi che costituisce la sua sequenza di DNA) L’espressione dell’informazione ereditaria è sempre dovuta alla molecola di DNA che trascrive la sua informazione su molecole di RNA, molecole che si occuperanno della traduzione della sequenza dei nucleotidi in proteine. Dogma centrale (Crick 1956) mRNA→ RNA messaggero tRNA→ RNA transfer trascritti da tratti di molecola di DNA rRNA→ RNA ribosomiale RNA → intermediario tra DNA e sintesi delle proteine. Vantaggi:  Separa la conservazione dell’informazione (che risiede nel DNA, nel nucleo della cellula eucariotica) dall’utilizzazione dell’informazione (che avviene nel citoplasma).  Amplifica l’informazione. Gli RNA vengono trascritti nel nucleo poi svolgono la loro funzione nel citoplasma. Il ribosoma è sede della sintesi delle proteine. È costituito da due sub-unità (maggiore e minore) entrambe costituite da RNA e proteine. mRNA→ la cui sequenza di nucleotidi verrà tradotta in sequenza di amminoacidi. (nella cellula eucariotica subisce un processo di maturazione prima di uscire dal nucleo) rRNA→ costituisce le due sub-unità del ribosoma. tRNA→ parteciperà alla sintesi della proteina, è l’interprete, quello in grado di leggere la sequenza di nucleotidi dell’RNA messaggero e tradurla in amminoacidi. Da un acido nucleico si deve passare ad una proteina costituita da amminoacidi; l’RNA è costituito da 4 diversi nucleotidi mentre le proteine da 20 diversi amminoacidi. Se ad ogni nucleotide corrispondesse un aminoacido la cellula sarebbe in grado di costituire al massimo proteine di 4 amminoacidi, ma non è così. Quindi serve un codice per tradurre il messaggio criptato. Trascrizione = sintesi dell’RNA Traduzione = sintesi delle proteine Sequenza nucleotidica → sequenza amminoacida (20 amminoacidi) Ad ogni tripletta di nucleotidi (codone) corrisponderà un amminoacido. Non c’è separazione ma la cellula li legge a tre a tre. CODICE GENETICO Il codice è universale (quasi) e ridondante (ma non ambiguo). Costituito da 64 triplette (codoni) di cui tre sono di stop e gli altri servono ad indicare i 20 amminoacidi. tRNA Trascritto nel nucleo viene poi trasferito nel citoplasma. È costituito da un filamento ripiegato di circa 80 nucleotidi e ha due siti fondamentali.  L’anticodone è una tripletta di nucleotidi che si appaia su un codone complementare dell’mRNA.  Il sito di legame dell’amminoacido, in cui è legato l’amminoacido che corrisponde allo specifico codone. La sub-unità minore del ribosoma si lega all’mRNA e ad uno specifico tRNA d’inizio- a questo punto si assembla la sub-unità maggiore che catalizza la formazione di legami peptidici tra i vari amminoacidi. La sub-unità maggiore ha tre siti: P, A, E. Uno dopo l’altro tutti i codoni dell’mRNA scorrono sul ribosoma e i tRNA li leggono e li traducono in amminoacidi. Gli amminoacidi si legano tra loro con il legame peptidico e la catena polipeptidica in allungamento è legata al tRNA posto nel sito centrale del ribosoma (sito P). Tre momenti nella sintesi delle proteine: inizio-allungamento-fine. Polisoma o poliribosoma: ogni filamento di mRNA viene percorso da più di un ribosoma La cellula La più piccola unità capace di vita autonoma. Hooke 1665 (prime osservazioni di cellule)→le chiamò cellule perché sembravano le celle dei monaci. 1838-1839: Theodor Schwann (botanico) e Matthias Jacob Schleiden sono arrivati a proporre che tutti gli organismi sono composti da cellule. Da una sola (batteri, amebe) o da miliardi. La cellula è l’unità più semplice che possiede tutte le caratteristiche della vita. Nel 1862 Luis Pasteur dimostrò l’impossibilità della generazione spontanea. La cellula è un centro di attività vitali:  Selezione di materiali dall’ambiente. NUTRIZIONE  Realizzazione di processi di sintesi e di demolizione.  Trasferimento di energia. METABOLISMO  Regolazione e integrazione delle sue attività interne.  Integrazione in organismi pluricellulari. RIPRODUZIONE E  Produzione di altre cellule. SVILUPPO EUCARIOTI: caratterizzati da:  presenza di involucro nucleare, che separa i costituenti nucleari dal citoplasma.  Presenza di sistemi membranosi intracellulari. Compartimentazione cellulare. PROCARIOTI:  Assenza di involucro nucleare e di sistemi membranosi intracellulari. La cellula procariotica è molto più piccola, delimitata da una membrana plasmatica. Si trova immersa nel citoplasma. I ribosomi svolgono lo stesso processo sia nella cellula eucariotica che nella procariotica. Gli organismi viventi sono divisi in sei regni: i primi due costituiti da una cellula procariotica, gli altri quattro da cellule eucariotiche. Procarioti: eubatteri e archeobatteri 3,5 mld di anni Eucarioti: protisti, piante, funghi e animali 1,7-2 mld di anni C’è un’enorme differenza per quanto riguarda le dimensioni: cellula procariotica 1-10 µm. Virus Piccolissime strutture costituite da acidi nucleici e proteine. Sono parassiti intracellulari obbligati, per poter dividere devono entrare all’interno di cellule eucariotiche e procariotiche e li possono dividersi. Non hanno una struttura cellulare, non sono in grado di riprodursi da soli se non all’interno di altri organismi. Cellula procariotica È circondata da una membrana e oltre ad essa ha spesso una parete (può avere diverse forme). Mancanza di organuli delimitati da membrana.  Ha una parete costituita da peptidoglicani (amminoacidi e carboidrati), questa parete è caratteristica degli eubatteri.  Non è presente né un involucro nucleare né organuli membranosi;  Il “cromosoma” circolare si trova in una regione del citoplasma chiamata nucleoide;  Il DNA non è associato ad istoni (proteine basiche);  Sono presenti i ribosomi;  Nella membrana è assente il colesterolo;  Non è presente il citoscheletro;  Spesso presenta invaginazioni nella membrana plasmatica (mesosomi) (nei cianobatteri permettono la fotosintesi clorofilliana);  Sono presenti dei pili per l’adesione al substrato e con altre cellule e flagelli per il movimento. La cellula procariotica si divide per scissione binaria. La cellula si divide per strozzatura e si formano due cellule. Cellula eucariotica Ha un modello di organizzazione di circa 2mld di anni. Nucleo e citoplasma (organelli e organuli nel citoplasma) DELIMITATI DA MEMBRANA NON DELIMITATI DA MEMBRANA Mitocondri Ribosomi Reticolo endoplasmatico Centrioli Apparato di Golgi Lisosomi e perossisomi La cellula eucariotica costituisce organismi pluricellulari in cui si aggrega a costituire tessuti (con cellule specializzate per una determinata funzione), organi (insieme di tessuti che svolge una determinata funzione) e apparati (insieme di organi). Varie forme dei diversi tipi cellulari: Nell’uomo ci sono circa 200 tipi diversi di cellule. La membrana Il modello a mosaico fluido di Singer e Nicholson (1972) propone che le proteine siano disperse e immerse nel doppio strato fosfolipidico che si trova in uno stato fluido. Modello a sandwich (Danielli e Dawson) Modello a mosaico fluido Tecnica di congelamento-frattura → consente di separare i due strati della membrana. FOSFOLIPIDI, SFINGOLIPIDI, GLICOLIPIDI e COLESTEROLO. La sfingosina è un aminoalcol con una lunga catena acilica al cui gruppo aminico è legata un’altra catena idrocarburica. La membrana è:  Discontinua  Fluida caratteristiche secondo S. e N.  Asimmetrica Caratteristica delle code fosfolipidiche (sature e non sature): In corrispondenza del doppio legame la catena si piega. Nella membrana almeno una delle due code è piegata! Il fatto che almeno una delle due code della membrana sia piegata comporta la mobilità dei fosfolipidi. Stato viscoso (code sature) legate da forze di Van der Waals. Stato fluido (code insature piegate) Colesterolo (molecola anfipatica) Si inserisce tra i fosfolipidi e si dispone come loro, con la parte idrofila rivolta verso l’esterno e quella idrofoba verso l’interno. Il colesterolo aiuta la cellula a mantenere la fluidità giusta. Modula la proprietà del doppio strato: aumenta la proprietà di barriera ed inoltre quando è molto concentrato diminuisce la mobilità. Il modello a mosaico fluido di Singer e Nicholson (1972) propone che le proteine siano disperse e immerse nel doppio strato fosfolipidico, che si trova in uno stato fluido. Possono essere periferiche (estrinseche) o integrali (intrinseche). Quando queste ultime attraversano la membrana vengono dette transmembrana (proteine monopasso o multipasso). La parte della proteina che attraversa la membrana è α-elica. La membrana è determinata dalla lunghezza delle catene aciliche e dalla presenza di doppi legami. I lipidi di membrana, alle temperature che permettono la vita, si muovono lateralmente, girano e si scambiano di strato (flip-flop, raro). Funzioni delle proteine di membrana  Trasporto (lo strato fosfolipidico delle code è l’ostacolo più grosso per il passaggio delle molecole da uno strato all’altro);  Giunzioni tra cellule;  Riconoscimento del se (difesa dell’organismo);  Recettori (segnalazione cellulare)  Attacco al citoscheletro e alla matrice extracellulare;  Attività enzimatica (catalizzano reazioni all’interno della cellula). Le proteine sono in grado di muoversi trasversalmente lungo la membrana. Giunzioni occludenti (negli epiteli es. intestino)→ impediscono il passaggio di sostanze e costituiscono i tessuti. Le sostanze passano attraverso le cellule ma non negli spazi tra di esse. Separa le proteine A (zona apicale) da quelle B nella parte basale. Asimmetria della membrana (i due strati sono diversi l’uno dall’altro): ad esempio nei globuli rossi umani gli sfingolipidi e la fosfatidilcolina sono più abbondanti nella faccia esoplasmatica. Glicocalice Nella parte esterna la membrana plasmatica presenta un rivestimento o Glicocalice o cell-coat costituito da carboidrati legati ai lipidi e alle proteine di membrana; è quindi costituito da glicolipidi, glicoproteine e proteoglicani. Funzione di:  Protezione;  Selezione;  Riconoscimento; ha una funzione generale di protezione da agenti chimici e fisici e una funzione più specifica dovuta al fatto che i glicoconiugati di membrana (…) Trasporto la membrana è selettivamente permeabile: piccole molecole O2, CO2, N2, ormoni Diffusione semplice idrofobiche steroidei Piccole molecole polari H2O, urea, glicerolo Con difficolta ma passano prive di carica (canali proteici specifici per l’H2O, le acquaporine) Grosse molecole polari glucosio Passano con tanta prive di carica difficoltà ioni H+,Na+, HCO3-, K+ Hanno bisogno di trasportatori Trasporto passivo Diffusione semplice: attraverso la membrana passano per diffusione semplice le piccole molecole non cariche. la membrana possiede pori attraverso cui le molecole passano. Passano da dove sono più concentrate a dove lo sono meno (per gradiente di concentrazione). Nella diffusione facilitata il passaggio delle molecole e degli ioni è mediato da specifiche proteine di trasporto (trasportatori o canali). Si chiama trasporto passivo in quanto avviene sempre secondo gradiente di concentrazione e non richiede energia. Due tipi di trasportatori:  Canali ionici e proteine trasportatrici,  Proteine canale; Se viene trasportata una sola sostanza si parla di uniporto. Canali:  Canali ionici (specifici per cationi e anioni)  Pori idrolilici (acquaporine) I canali ionici sono costituiti da proteine che hanno verso il canale amminoacidi di carica opposta a quella dello ione da trasportare, carica opposta che lo attrae e ne permette il passaggio. Quindi a seconda della carica della proteina canale tutti gli ioni di carica opposta potranno passare. Essendo l’interno della cellula carico negativamente, il trasporto all’interno di essa di ioni negativi potrà creare problemi in più rispetto ai cationi. Apertura dei canali ionici  Canali ligando-dipendenti: L’apertura avviene in seguito al legame tra la proteina del canale e una molecola segnale, chiamata ligando, ad esempio un neurotrasmettitore o un ormone.  Canali voltaggio dipendendi: l’apertura avviene in seguito al cambiamento di potenziale di membrana. Proteine trasportatrici I trasportatori si legano al soluto specifico da trasportare e subiscono una serie di cambiamenti conformazionali per trasferire il soluto attraverso la membrana. GLUT1 è uno dei trasportatori più noti a trasporta il glucosio attraverso la membrana degli eritrociti. Il trasporto passivo avviene sempre in favore di gradiente di concentrazione o di potenziale elettrico. Due forze quindi si compongono nel determinare gli spostamenti di un soluto non carico attraverso la membrana, una dovuta al dislivello di concentrazione e l’altro alla differenza di potenziale elettrico. Trasporto attivo Va contro il gradiente di concentrazione, cioè contro la tendenza naturale → c’è un bisogno di energia. Le proteine che effettuano il trasporto attivo sono generalmente chiamate pompe. Uniporto: si tratta di una proteina trasportatrice che media il trasporto di un tipo di sostanza. Antiporto: due diverse molecole in due direzioni opposte. Sinporto: due diverse molecole nella stessa direzione. Pompa sodio-potassio Viene chiamata antiporto → trasporta due ioni diversi in direzione diversa, entrambi contro gradiente di concentrazione. FOSFORILAZIONE → il gruppo fosfato si lega alla pompa dandole l’energia necessaria per farle cambiare conformazione (si apre verso l’esterno per liberare gli ioni sodio sempre contro gradiente di concentrazione). Una volta che gli ioni sono stati liberati all’esterno il gruppo fosfato si stacca e la pompa ritorna nella sua configurazione originaria (aperta verso l’interno) dove libererà gli ioni potassio sempre contro gradiente di concentrazione. La pompa sodio-potassio serve per mantenere la differenza di concentrazione tra l’interno ed esterno della cellula aumentando l’energia potenziale (gli ioni tenderanno a rientrare nella cellula mantenendo l’equilibrio), mantiene la carica negativa all’interno della cellula. Cotrasporto o trasporto attivo secondario (particolare sinporto) Le sostanze vengono trasportate una col trasporto attivo, l’altra con quello passivo. La cellula sfrutta la pompa sodio-potassio per mantenere il gradiente di concentrazione. Utilizza l’energia elettrochimica originata da un gradiente (esempio Na/K), per trasportare un’altra sostanza contro gradiente di concentrazione (sinporto). In questo modo entrano attraverso la membrana delle cellule assorbenti dell’epitelio intestinale. Na+/glucosio oppure Na+/aminoacidi. Lo ione sodio entra secondo gradiente di concentrazione ed entrando la sua energia potenziale viene sfruttata per far entrare un’altra molecola (come il glucosio) che invece entra contro gradiente di concentrazione. Esempio: il glucosio passa dal lume intestinale all’interno delle cellule dell’epitelio intestinale contro gradiente di concentrazione (cotrasporto). Dalle cellule dell’epitelio intestinale al fluido extracellulare passa in favore di gradiente di concentrazione. Osmosi È il trasporto passivo dell’acqua. La membrana plasmatica è permeabile all’acqua; l’acqua passa dalla zona in cui ha alta concentrazione a quella in cui ha minore concentrazione (e c’è alta concentrazione di soluto). La forza che sospinge l’acqua è equiparabile ad una differenza di pressione idrostatica e si chiama pressione osmotica. L’acqua passerà da dove è più concentrata a dove lo è meno, quindi da dove il soluto è meno concentrato a dove è più concentrato. Conseguenze biologiche dell’osmosi soluzione isotonica soluzione ipertonica soluzione ipotonica Citoplasma: compartimentazione e organuli citoplasmatici La membrana plasmatica, che ha la funzione fondamentale di creare una barriera con l’esterno, è superabile tramite diversi metodi (trasporto attivo, passivo etc) e delimita il citoplasma, costituito da:  Una parte corpuscolata, gli organuli (quasi tutti delimitati da membrana);  Una parte non corpuscolata, il citosol (componente viscosa in cui si trovano gli organuli). Gli organuli non galleggiano nel citosol ma sono sostenuti dal citoscheletro. Il citosol è una soluzione acquosa di sali e molecole organiche piccole e medie e macromolecole (proteine, polisaccaridi, acidi nucleici) che fanno variare la viscosità del sistema da una condizione liquida ad una fortemente viscosa a seconda del momento della vita della cellula. Nel citosol troviamo tutte le molecole che sono in transito tra gli organuli per essere poi utilizzate o espulse dalla membrana citoplasmatica Compartimentazione e dinamicità dei sistemi membranosi interni I compartimenti comunicano tra loro tramite vescicole, che possono andare dall’ambiente extracellulare all’interno della cellula (endocitosi). La membrana, essendo fluida, ha la capacità di formare facilmente delle invaginazioni che portano alla formazione di vescicole al cui interno vengono immagazzinate sostanze da portare dentro la cellula e poi nei vari organuli. Per evaginazione (gemmazione) si formano vescicole che contengono il materiale che deve essere trasportato e che andranno verso altri organuli o verso la membrana plasmatica e verseranno all’esterno per esocitosi il loro contenuto. (ricorda la secrezione merocrina nelle ghiandole esocrine). Il ribosoma Organulo non delimitato da membrana. La sua funzione è di essere la sede della sintesi delle proteine. è costituito da due subunità che prima della sintesi delle proteine sono separate: una maggiore ed una minore ed è costituito da rRNA e proteine (50% e 50%). Le subunità sono irregolari: nella minore vi è il sito per l’RNA messaggero e a cui si assembla poi la subunità maggiore. L’rRNA ha una funzione strutturale. Per il ribosoma eucariotico viene usata la sigla 80S (S sta per Svedberg, un’unità di misura usata per distinguere i ribosomi), mentre quello procariotico viene chiamato 70S. in entrambi i casi le due subunità svolgono la stessa funzione ma nel complesso quello procariotico è più piccolo. 32nm 20nm struttura piccolissima che si vede appena col microscopio elettronico. Ultracentrifugazione Grazie ad essa si possono distinguere le due subunità che costituiscono il ribosoma con un parametro, la velocità di sedimentazione che è la velocità con cui una particella sedimenta in un’ultracentrifuga, dove la velocità di rotazione è molto elevata (misurata in g o rpm). Il preparato viene inserito in provette dove c’è una sostanza che le fa sedimentare. Esistono due modi: uno è creare un gradiente di concentrazione nella sostanza al fondo della provetta oppure utilizzare una sostanza uniforme in cui gli organuli che vogliamo separare, a seconda di che tipo di velocità di sedimentazione gli verrà applicata, subiranno una forza centrifuga che sarà una discriminante per distinguere le particelle con una diversa densità/massa/forma. Si mette nella provetta una soluzione di saccarosio o cloruro di sodio ma con diversa concentrazione (si stratificano quindi nella provetta le diverse concentrazioni), si aggiunge la soluzione in cui sono presenti gli organuli da differenziare e si sottopone il tutto ad una centrifuga molto forte che li spingerà verso il fondo, però nel loro tragitto troveranno il gradiente di concentrazione del saccarosio e andranno a fermarsi quando troveranno quella parte della soluzione in cui ci sono molecole con un peso molecolare come il loro. Quindi quelle col più alto peso molecolare andranno verso il fondo e le altre si fermeranno dove troveranno il gradiente di concentrazione del saccarosio che va bene a loro. L’ultracentrifuga serve per separare molecole con differenze di peso molecolare piccolissime, infatti differenziarle in base al PM con una bilancia non è possibile, ma in questo modo si può, secondo gradiente di concentrazione o densità. La velocità relativa con cui una particella si sposta in un’ultracentrifuga dipende dalla sua dimensione e dalla forma e viene chiamato coefficiente di sedimentazione (S =Svedberg, dal fisico che ha ideato questa tecnica). Quindi la velocità di sedimentazione dipenderà dalla forza centrifuga, dalla densità/massa delle particelle da differenziare a dalla massa/densità/viscosità del mezzo e se abbiamo creato un gradiente le nostre particelle si fermeranno dove trovano un gradiente simile a loro. Il coefficiente del ribosoma eucariotico intero è 80S mentre quella del procariotico è 70S. Le subunità del ribosoma eucariotico sono 60S e 40S (la cui somma non fa 80S perché le subunità unite avranno una velocità diversa da quelle separate). Nei procarioti invece è 70S di cui le subunità sono 50S e 30S. I ribosomi possono essere liberi nel citoplasma oppure legati al RER La sintesi delle proteine avviene esclusivamente nel citoplasma della cellula, dove le due subunità dell’ribosoma si assemblano. queste vengono però costruite all’interno del nucleo (separate ovviamente), da cui usciranno (sempre separate) attraverso i pori dell’involucro nucleare e si assembleranno soltanto nel momento in cui inizierà la sintesi delle proteine. La costituzione avviene in una regione del nucleo che non è delimitata da nessun tipo di membrana ma che è fortemente acida, più acida del resto del nucleoplasma, questa regione prende il nome di nucleolo. Nel nucleolo avviene la sintesi delle due subunità del ribosoma che sono costituite da rRNA e proteine. Qui vi sono i tratti di DNA, i suoi geni, che trascrivono per l’rRNA. Nel nucleolo ci saranno gli RNA polimerasi che faranno trascrivere gli rRNA (non tutti gli RNA). Le proteine, che vengono costruite nel citoplasma poi entrano nel nucleo, nel nucleolo e li vengono assemblate agli RNA ribosomiali. Nel nucleolo avviene solo la trascrizione dell’RNA ribosomiale. i ribosomi non sono specifici per il tipo di proteine che costituiscono, ma l’mRNA lo è. Il ribosoma è solo la sede della sintesi delle proteine. Può capitare di trovare nel citoplasma un poliribosoma o polisoma, cioè più ribosomi che stanno leggendo lo stesso mRNA, cioè stanno costruendo più copie della stessa proteina (il tutto è regolato da enzimi, dipende da quante proteine servono alla cellula). Nella cellula procariotica non essendoci un nucleo delimitato da un involucro non c’è una compartimentazione tra traduzione e trascrizione. L’mRNA viene trascritto e contemporaneamente tradotto in proteine. Il reticolo endoplasmatico Sistema membranoso citoplasmatico: è un insieme di tubuli, sacculi, cisterne e vescicole, delimitati da membrana con la stessa struttura della membrana plasmatica. Lavora con l’apparato del Golgi: il prodotto dell’uno viene rielaborato dall’altro. Il RE si trova nella parte interna del citoplasma, in prossimità del nucleo. È un insieme di tubuli e sacculi, tutti interconnessi fra loro e in stretto contatto, in diretta continuazione con la membrana esterna dell’involucro nucleare. Si divide in reticolo endoplasmatico liscio (REL) e ruvido o rugoso (RER). Dal reticolo endoplasmatico escono delle vescicole che vengono spedite all’apparato del Golgi, costituito da una serie cisterne appiattite una sull’altra non in comunicazione tra loro che comunicano con il RE tramite vescicole che escono da quest’ultimo per gemmazione, vanno ad unirsi alla prima cisterna dell’apparato di Golgi riversando li il loro contenuto. Da esso riusciranno i prodotti della rielaborazione delle sostanze entrate prima. Attraverso questo sistema la cellula elabora i secreti di natura proteica. Tutte le cellule eucariotiche possiedono entrambi i tipi di reticolo endoplasmatico, solo che ne troviamo uno più esteso dell’altro a seconda di quale è la funzione della cellula e quindi di quale dei due deve essere più sviluppato per svolgere tale funzione. REL: costituito da sacculi interconnessi tra loro; RER: è associato ai ribosomi che sintetizzano le proteine che entreranno nel RER e verranno elaborate; Reticolo endoplasmatico liscio (REL) funzione di sintetizzare i lipidi, di membrana e ormoni steroidei. Biogenesi dei lipidi di membrana: Gli enzimi coinvolti nella sintesi dei fosfolipidi di membrana sono localizzati sulla membrana del REL, con il sito attivo rivolto verso il citoplasma, quindi i fosfolipidi vengono trasferiti sul lato interno dalle scramblasi e posizionati nel modo corretto dalle flippasi. Questi enzimi determinano la sintesi dei fosfolipidi che andranno a raggiungere il RE nello strato esterno della membrana. Ci saranno quindi più molecole di fosfolipidi su uno strato che sull’altro e questo fatto viene risolto dalle scramblasi che trasferiscono i fosfolipidi da uno strato all’altro. Le flippasi come dice il nome stesso servono per il meccanismo del flip-flop. Sintesi del colesterolo e ormoni steroidei: il colesterolo arriva nella cellula prevalentemente da fuori e in parte è sintetizzato dentro al REL e poi viene utilizzato per la sintesi degli ormoni steroidei. Il REL è particolarmente abbondante e sviluppato nelle cellule della corticale del surrene (corticosteroidi), cellule di Leydig del testicolo (testosterone), cellule follicolari dell’ovario e del corpo luteo (estrogeni e progesterone). Metabolismo del glicogeno (nel fegato), detossificazione di scorie metaboliche e sostanze nocive (farmaci, cataboliti, veleni, insetticidi). Enzimi che catabolizzano reazioni di idrossilazione. RICORDA: Il glicogeno è il polisaccaride di riserva degli animali, costituito da α-glucosio. Viene depositato nel fegato e nelle fibre muscolari e viene continuamente utilizzato tramite l’idrolisi ogni volta che all’organismo servono molecole (di glucosio) da bruciare per ottenere velocemente energia immagazzinata sotto forma di ATP e poi utilizzata. Immagazzinamento del calcio: nelle cellule muscolari striate costituisce il reticolo sarcoplasmatico in cui vengono concentrati gli ioni Ca++, che poi vengono liberati nel citoplasma per indurre la contrazione. Ha la funzione di cisterna dello ione Calcio, importantissimo per determinare il meccanismo di contrazione del muscolo: quando la cellula si deve contrarre il calcio viene liberato dalle cisterne del REL tramite dei canali che, per trasporto passivo, lo fanno uscire nel citoplasma della cellula e li insieme all’ATP innesca il meccanismo di contrazione muscolare. Quando il muscolo si deve decontrarre (cosa che non succede dopo la morte, vedi il fenomeno del rigor mortis) il calcio deve ritornare nel reticolo sarcoplasmatico e lo fa grazie a pompe del calcio (trasporto attivo) che lo riportano velocemente all’interno. Reticolo endoplasmatico rugoso (RER) È molto abbondante nelle cellule deputate alla sintesi e alla secrezione di glicoproteine. i ribosomi si possono trovare liberi nel citoplasma o associati al RER (solo nel momento in cui stanno costruendo proteine che devono entrare nel RER). Le proteine entrano nel RER per essere elaborate e vengono selezionate: I ribosomi che costruiscono le proteine iniziano con una sequenza di amminoacidi specifica che è una sequenza di riconoscimento, non fa parte della struttura primaria ma è una sequenza segnale. Questo sistema viene utilizzato per altre proteine che dovranno anche andare da altre parti. Le proteine quando vengono costruite dai ribosomi non hanno solo la struttura primaria (fondamentale per determinarne la funzione), ma iniziano con delle sequenze segnale che le fanno capire dove andare. In generale le proteine nella cellula vengono smistate grazie a specifiche sequenze di smistamento o sequenze segnale cioè gruppi di amminoacidi che rappresentano un segnale specifico per una data destinazione. La proteina viene riconosciuta quando è ancora in fase di sintesi sul ribosoma grazie a un segnale costituito da una sequenza di 6, 12 amminoacidi idrofobici localizzati nella estremità amminoterminale della proteina. (il segnale viene riconosciuto da un complesso RNA-proteine che si chiama SRP, signal recognition particel. L’SRP gira per il citoplasma, quando incontra un ribosoma che sta costruendo un polipeptide, (che inizia con una sequenza segnale complementare con il suo sito per cui quindi lo riconosce) , si lega ad esso, blocca la sintesi della proteina fino a che non incontra un particolare recettore presente sulla membrana esterna del RER. Li si lega al recettore e la sintesi riprende. Il complesso recettore-SRP si sposta sulla membrana del RER fino ad arrivare ad un canale di membrana, il canale di traslocazione (traslocone). Un enzima di peptidasi del segnale (nella parte interna della membrana) taglia la sequenza di amminoacidi che costituiscono il segnale di riconoscimento e libera il polipeptide all’interno della cisterna del RER. La proteina dovrà assumere la conformazione secondaria e terziaria (quaternaria se presente), ma soprattutto dovrà andare incontro alla glicosilazione (unico processo del RER). Biogenesi delle glicoproteine: 1. Adesione dei ribosomi alla membrana del RER grazie al riconoscimento da parte dell’SRP; 2. Traslocazione della proteina attraverso il traslocone della membrana; 3. Glicosilazione (alle proteine vengono aggiunti degli oligosaccaridi) Glicosilazione in N: avviene nel RER. Una catena oligosaccaridica costituita da 14 zuccheri (formata su un lipide della membrana del RE, il dolicolo fosfato) viene legata ad un azoto (N) dell’amminoacido asparagina. La proteina può venire glicosilata anche mentre entra nel RE (gli oligosaccaridi sono già pronti all’interno del RE, già attaccati alla membrana tramite un lipide fosfato e grazie ad enzimi specifici appena entra la proteina può venire glicosilata). Inizialmente gli zuccheri sono 14, di cui i più importanti sono il mannosio e il glucosio, ma dopo la glicosilazione saranno 10 (vengono eliminate 3 molecole di glucosio e 1 di mannosio). Questa glicosilazione comincia nel RER e finisce nell’apparato di Golgi. La glicosilazione co-traduzionale (che avviene durante il processo della traduzione; mentre la proteina entra dentro al reticolo endoplasmatico non è ancora completa la sua traduzione) ha, tra le altre funzioni, anche quella di permettere poi un corretto ripiegamento della proteina all’interno del RER dove assume appunto la sua configurazione secondaria e terziaria. Funzione del RER: produce glicoproteine che vengono spedite al Golgi da cui rielaborate avranno diverse destinazioni, andranno quindi:  A far parte della membrana plasmatica;  Alla secrezione di ormoni proteici;  Al lume dei lisosomi; il prodotto finito del RER, REL e apparato di Golgi è: un secreto di diverso tipo, secondo le cellule che interessano, producono i lisosomi o in effetti gli enzimi lisosomiali e, infine, RER e apparato di Golgi costruiscono continuamente nuova membrana che andrà a sostituire la membrana che viene continuamente consumata dalla cellula in tutti i suoi processi. Le vescicole che continuamente si formano per permettere l’ingresso all’interno della cellula con processi di endocitosi per esempio (in parte le vescicole tornano a far parte della membrana tramite i processi di esocitosi) fa si che la membrana vada continuamente costruita/sostituita. Il REL costruisce i fosfolipidi e il RER ci “inserisce” le proteine. Sintesi delle proteine transmembrana (monopasso: le proteine che attraversano una sola volta la membrana): se le proteine hanno al loro interno dei determinati tipi di sequenza che indicano al sistema che si tratta di proteine che devono rimanere nella membrana (proteine transmembrana), avranno quindi delle sequenze di arresto. La proteina entra nella membrana finché non si arriva alla sequenza di arresto, che fa si che non continui ad entrare entro al lume del RER, ma si blocca. A questo punto il ribosoma continua a costruire la sequenza di aminoacidi che però staranno fuori dalla membrana del RER. Quando la proteina sarà finita, passerà dal traslocone alla membrana vicina a quest’ultimo. La membrana del RER ha una parte rivolta verso il citoplasma e una verso il lume. Quando la membrana andrà a costituire delle vescicole che passeranno all’apparato di Golgi dove verranno ulteriormente elaborate, all’interno delle vescicole ci sarà l’estremità amino-terminale della proteina, mentre quella carbossi-terminale sarà rivolta verso il citoplasma della cellula. Dal Golgi poi la vescicola passerà alla membrana plasmatica: qui, l’estremità che si trovava all’interno della vescicola andrà a finire all’esterno della membrana plasmatica. La cellula costruirà diversi tipi di proteine di membrana a seconda che voglia che abbiano rivolto verso l’esterno della cellula l’estremità carbossi-terminale o quella amino-terminale (il processo è sempre lo stesso con un altro tipo di sequenza d’arresto e inizio). In questo modo la cellula costruisce nuova membrana inserendoci delle proteine che avranno rivolto verso l’esterno della cellula un’estremità o l’altra. La cellula all’interno del RER effettua un processo di glicosilazione, quindi le proteine saranno glicosilate nella parte rivolta verso l’interno del RER, anche le proteine di membrana. Questo torna perché le proteine glicosilate, che costituiscono il glicocalice stanno all’esterno della membrana. Per costruire una proteina di membrana multipasso sono necessarie più sequenze di arresto. L’apparato di Golgi È stato descritto da Camillo Golgi nel 1898. È un organulo che lavora in serie col RE da cui per gemmazione si formano delle vescicole che passano poi all’apparato di Golgi. È costituito da una serie di cisterne membranose appiattite (4-6), sovrapposte l’una sull’altra e costituiscono un insieme che prende anche il nome di dittiosoma; in questo insieme di cisterne si distinguono principalmente:  La cisterna iniziale, quella rivolta verso il RE, il reticolo di Golgi cis;  Le cisterne mediane;  L’ultima cisterna, la faccia trans dell’apparato di Golgi in cui l’ultima cisterna prende il nome di reticolo trans (così come aveva preso il nome la prima), perché non è una vera e propria cisterna, non ne ha l’aspetto e sembra più un reticolo, un insieme di tubuli a causa del continuo via vai di vescicole. Le cisterne dell’apparato di Golgi non sono in comunicazione l’una con l’altra, contrariamente a quello che succedeva nel RE, ma vi è un continuo flusso di vescicole da una cisterna all’altra. Dall’apparato di Golgi escono poi delle vescicole di secrezione, lisosomi e vescicole di nuova membrana. All’interno di ogni cisterna del Golgi avvengono specifiche reazioni, quindi con enzimi specifici. Sono reazioni di:  Glicosilazione aggiunta ulteriore di oligosaccaridi  Deglicosilazione rimozione degli oligosaccaridi  Fosforilazione aggiunta di un gruppo fosfato  Solvatazione aggiunta di gruppi che contengono lo zolfo Questi processi modificheranno le glicoproteine arrivate dal RER, modificazioni che le renderanno specifiche per le funzioni che dovranno svolgere. Esempio della ghiandola caliciforme mucipara: il muco, di natura glicoproteica (miscela di proteoglicani e glicoproteine) deriva da un RE e apparato di Golgi molto sviluppati nella cellula; queste producono vescicole che contengono muco che si accumulano all’interno della ghiandola tanto che sembra trasparente all’interno. Il contenuto verrà versato per esocitosi all’esterno della cellula (o in caso dell’epitelio cilindrico dell’intestino o pseudo stratificato delle vie aeree all’esterno del tessuto). Dopo essere state rielaborate, le glicoproteine verranno inserite in vescicole specifiche che conterranno i secreti o le vescicole di nuova membrana o i lisosomi. Le glicoproteine vengono “targate” in modo specifico per poi essere inserite in vescicole che usciranno dal Golgi con una destinazione ben precisa. Le cisterne di Golgi sono funzionalmente differenziate: la prima cisterna è quella in cui avviene la fosforilazione dell’unità di mannosio. L’oligosaccaride terminava con l’unità di mannosio (vedi su), che in alcuni casi viene fosforilato. In tutte le altre cisterne avvengono diverse reazioni. C’è un problema: le cisterne stanno ferme, sono strutture fisse che contengono enzimi per le diverse reazioni (ipotesi del trasporto vescicolare) e sono le vescicole che vengono passate, oppure le cisterne in realtà maturano, la prima diventa seconda perché se ne forma una dietro (ipotesi della maturazione delle cisterne): come si spiega che in ogni cisterna avvenga una specifica reazione chimica? In questo caso sono gli enzimi a “tornare indietro” nella cisterna dove devono avvenire determinate reazioni. Per alcuni versi si crede più plausibile la seconda teoria. Il numero delle cisterne non è costante. Nell’apparato di Golgi avviene la glicosilazione in O, cioè gli oligosaccaridi vengono aggiunti ad un ossigeno. Nella prima cisterna dell’apparato di Golgi avviene, per le glicoproteine destinate ai lisosomi (idrolasi lisosomiale), la fosforilazione dei residui di mannosio. Alla molecola di mannosio viene aggiunto un gruppo fosfato e il mannosio diventa mannosio-6-fosfato. Questa sarà la targa che da la destinazione dei lisosomi alle glicoproteine. Si è scoperto studiando la mucolipidosi, malattia in cui le persone non hanno funzionanti gli enzimi che determinano la fosforilazione del mannosio e allora i loro enzimi non sono targati e non vanno nei lisosomi. Gli enzimi non vengono fosforilati, non vengono riconosciuti e quindi non inseriti all’interno dei lisosomi e vengono poi eliminate attraverso la via secretoria dalla cellula. Nelle vescicole che invece andranno a costituire i lisosomi, ci sono nella membrana dei recettori specifici per il mannosio-6-fosfato che si attacca alla membrana della vescicola. Così gli enzimi lisosomiali sono inattivi, questi divengono attivi quando avviene il distacco dell’idrolasi, la rimozione del gruppo fosfato e l’enzima sarà all’interno della vescicola libero e funzionale. L’eritroblasto, cellula tipica del tessuto connettivo propriamente detto, prima di diventare fibrocita, secerne in continuazione la matrice extracellulare del tessuto connettivo. La matrice è costituita da una componente amorfa di proteoglicani e glicoproteine: molecole glicoproteiche perciò RE e apparato di Golgi sono molto sviluppati in questo tipo di cellule. Anche il collagene è una glicoproteina e tutte le fibre hanno una componente glicoproteica. I lisosomi Vescicole da 0,2 a 1 µm, sono organuli costruiti dall’apparato di Golgi e dal RE che elaborano e costruiscono gli enzimi (glicoproteine rielaborate) che poi si troveranno all’interno delle vescicole lisosomiali. Non è del tutto evidente quale sia la struttura da definire lisosoma maturo, si conoscono vescicole di varie dimensioni e con enzimi all’interno più o meno attivi: quando sono funzionanti al loro interno il pH è acido (5 o 5,5) e consente di lavorare meglio. Il pH viene mantenuto grazie alla presenza di pompe protoniche nella membrana dei lisosomi che continuamente pompano ioni H + all’interno della vescicola lisosomiale. Gli enzimi lisosomiali sono idrolasi, cioè enzimi che determinano l’idrolisi di tutte le grandi macromolecole. Ci sono circa 40 tipi diversi di enzimi idrolitici specifici per catalizzare l’idrolisi di tutte le grandi macromolecole: proteasi per le proteine, lipasi per i lipidi, ribonucleasi per l’RNA, desossiribonucleasi per il DNA etc… Le macromolecole entrano nella cellula tramite vescicole che si formano per endocitosi. Si tratta di sostanze che vengono introdotte per la nutrizione della cellula stessa, che vengono assorbite dall’intestino e poi entrano per endocitosi formando gli endosomi, vescicole che andranno ad unirsi alla vescicola lisosomiale i cui enzimi idrolizzeranno le macromolecole in modo che la cellula possa usare i vari monomeri. In questo modo la cellula si procura tutti quei mattoni che servono per costruirsi tutte le sue strutture. I lisosomi sono organuli deputati alla digestione delle macromolecole. Eterofagia = digestione di materiale che proviene dall’esterno; oltre che materiale nutritizio, nel caso delle cellule del sistema immunitario può essere anche materiale che deve essere distrutto. Le cellule del sistema immunitario portano al loro interno batteri, virus o complessi di molecole che possono essere nocivi e vanno quindi distrutti. Autofagia = la cellula distrugge parti sue interne che sono usurate, che vanno demolite per poi essere ricostruite. La cellula riutilizza tutto ciò che può (lo manda nel citoplasma) ma ovviamente vi sono residui che vanno eliminati o che rimangono all’interno di essa come corpi residui: alcune componenti possono accumularsi nel citoplasma generando degli ammassi (che sono pigmentati) un po’ scuri come le lipofuscine. I lisosomi vengono prodotti dall’apparato di Golgi come vescicole rivestite da clatrina: la clatrina è una proteina che forma dei rivestimenti che sembrano una sorta di canestri, di reti attorno ad alcuni tipi di vescicole e che servono per facilitare la formazione di vescicole e “targarle”. Servono anche per rendere la struttura più stabile. All’interno del lisosoma ci sono gli enzimi lisosomiali: glicoproteine che terminano con un mannosio che viene fosforilato nella prima cisterna del Golgi, il mannosio-6-fosfato. Nella membrana delle vescicole ci sono dei recettori specifici per il mannosio-6-fosfato a cui gli enzimi si attaccano per cui formano delle vescicole con il recettore legato all’enzima che in queste condizioni rimane inattivo. Quando esce dall’apparato di Golgi la vescicola ha un rivestimento di clatrina che poi perde e ha tutti i suoi enzimi legati alla membrana e inattivi. A questo punto la vescicola si trova nel citoplasma e va ad unirsi ad un endosoma tardivo, una vescicola che si è formata per endocitosi, contiene al suo interno una parte di materiale che deve essere digerito e in cui anche però si sono già unite delle piccole vescicole provenienti anch’esse dall’apparato di Golgi che contengono le pompe protoniche (pompe perché effettuano il trasporto attivo, contro gradiente di concentrazione). Le vescicole lisosomiali si uniscono all’endosoma tardivo che presenta un ambiente acido che a sua volta determina il distacco dell’enzima e anche la rimozione del gruppo fosfato: si ha così all’interno della vescicola la idrolasi lisosomiale matura (e quindi un lisosoma con pH acido e tutti gli enzimi liberi e funzionanti). Si forma per fagocitosi un fagosoma circondato da membrana, la vescicola del lisosoma si fonde col fagosoma (o fagolisosoma) e avviene la digestione. Nei melanociti della pelle i lisosomi funzionano anche come una sorta di deposito della melanina che viene poi secreta dalle vescicole (hanno una sorta di funzione intermedia). In alcuni casi gli enzimi lisosomiali vengono secreti all’esterno della cellula: quando la cellula si trova a dover digerire materiale organico al di fuori della cellula stessa. È il caso degli spermatozoi attorno alla cellula uovo, che devono essere tanti perché devono poter distruggere tutti gli strati follicolari che stanno attorno all’ovocita che deve esser fecondato. Per fare questo gli spermatozoi determinano la formazione di un canale che servirà ad un solo spermatozoo che feconderà la cellula uovo. Nella testa dello spermatozoo ci sono gli enzimi lisosomiali che servono per demolire gli strati di protezione della cellula uovo. Lo stesso discorso vale per gli osteoclasti che appartengono alla linea dei monociti macrofagi che hanno la capacità di demolire la matrice extracellulare del tessuto osseo. Traffico vescicolare o trasporto attraverso vescicole  Endocitosi  Esocitosi  Gemmazione Il traffico vescicolare all’interno della cellula è notevole: il RE e l’apparato di Golgi comunicano per vescicole, da quest’ultimo escono vescicole che hanno destinazioni diverse etc… Il meccanismo che porta internamente alla cellula a formazioni di vescicole è la gemmazione: dal RE e dall’apparato di Golgi si formano vescicole per estroflessione della membrana che poi si staccano. Quando una sostanza deve entrare o uscire dalla membrana plasmatica di parla nel primo caso di endocitosi e nel secondo di esocitosi (esempio vescicola secretoria). Quando la cellula deve far uscire delle sue vescicole che sono state formate per gemmazione succede che la vescicola va a contatto con la membrana plasmatica, si fonde con essa e si apre verso l’esterno il suo contenuto. Ci sono tre tipi diversi di endocitosi:  Fagocitosi;  Pinocitosi;  Endocitosi mediata da recettori. La tipologia di endocitosi dipende dal tipo di materiale che va introdotto all’interno della cellula. Fagocitosi: riguarda materiale solido, che possono essere aggregati di molecole nutritizie o interi organismi, come i batteri nel caso delle cellule del sistema immunitario (la pinocitosi invece riguarda materiale in sospensione, si formano piccole goccioline che contengono liquidi e l’endocitosi mediata da recettori tra i tre sistemi è il più specifico, fa entrare specifiche molecole. Per questo la cellula ha sulla sua membrana dei recettori specifici per le molecole che vuole far entrare e una volta che avviene il legame tra ligando e recettore si formeranno delle vescicole, rivestite da clatrina che entreranno nella cellula…). Si tratta sempre di materiale di notevole dimensione per cui i fagosomi sono piuttosto grossi; i macrofagi sono le cellule più attive in questo tipo di processo, questi mandano delle sorte di propaggini, espandono la loro membrana circondano il materiale da fagocitare e si forma una vescicola che viene portata all’interno della cellula. Ci sono due diversi casi: se si tratta di materiale nutritizio basta il contatto tra materiale e cellula a determinare la fagocitosi (riconoscimento diretto); nel caso delle cellule del sistema immunitario ci può essere il riconoscimento indiretto, cioè la presenza di anticorpi (molecole specifiche deputate alla difesa contro un tipo specifico di molecola o organismo) che circondano ad esempio un batterio e sulla membrana dei macrofagi ci sono dei recettori specifici per quei anticorpi per cui li riconoscono e li fagocitano. Pinocitosi: si tratta di materiale liquido, molecole che provengono spesso dal circolo sanguigno e che contengono le sostanze nutritizie disciolte e spesso anche alcuni tipi particolari di proteine utili alla cellula. Un esempio è il materiale specifico che va a formare il vitello (o tuorlo) della cellula uovo che viene prevalentemente sintetizzato nel fegato e che tramite il circolo sanguigno arriva alla cellula uovo stessa. la pinocitosi è un trasporto in cui si formano vescicole pinocitosiche. Endocitosi mediata da recettori: ci sono recettori sulla membrana. I recettori sono delle proteine transmembrana che sono in grado di muoversi su di essa e hanno la capacità una volta legati al loro carico di concentrarsi in una parte specifica della membrana. Contemporaneamente sul versante citoplasmatico (della membrana) si formano invaginazioni rivestite da una struttura costituita dalla proteina clatrina (fossetta rivestita). Il legame del recettore con il suo carico induce un mutamento nella conformazione del recettore che interagisce con la clatrina grazie a proteine intermediarie (adaptine). La vescicola rivestita entra nel citoplasma, perde il suo rivestimento e diventa una vescicola nuda, con al suo interno i recettori legati al carico. Il rivestimento è una sorta di cestello perché la clatrina forma un esamero costituito da tre catene leggere e tre pesanti che si assemblano a formare una “elica a tre braccia” che prende il nome di triskelion. i triskeli si uniscono a formare una specie di canestro. Il rivestimento di clatrina serve perché all’interno della cellula vengono individuati determinati tipi di vescicole: anche i lisosomi inzialmente quando escono dal Golgi hanno un rivestimento di clatrina. Questa da struttura alla vescicola, le permette di formarsi più velocemente. Dopo che la vescicola perde il rivestimento di clatrina e diventa una vescicola nuda, si distacca il carico e si forma una piccola parte della vescicola che contiene tutti i recettori che ritorna alla membrana dove i recettori saranno pronti a funzionare nuovamente. Rimane la vescicola che contiene la molecola che è stata specificatamente introdotta nella cellula: interviene il lisosoma che determina l’idrolisi specifica del ligando. Con questo sistema la cellula introduce specifiche molecole, per esempio il colesterolo (che viene introdotto come aggregato non come cellula singola) e il ferro, introdotto unito ad una proteina, la transferrina e poi grazie all’azione degli enzimi lisosomiali il ferro potrà essere utilizzato. I perossisomi Sono organuli delimitati da membrana con numerose attività metaboliche ma caratterizzati dalla presenza (fino al 40% delle proteine totali) di un enzima, la catalasi, che catalizza la degradazione del perossido di idrogeno (H2O2) che è altamente tossico e che è il prodotto di molte reazioni che avvengono all’interno dei perossisomi (tra l’altro da il nome a questi organuli). Sono organelli circondati da membrana con un diametro di 0,6 0,7 µm. Contengono enzimi capaci di ossidare composti organici utilizzando l’O2 come accettore di elettroni (succede in tutte le reazioni all’interno dei mitocondri). Tali enzimi sono attivi (a pH 8) in tutta una serie di reazioni che demoliscono i lipidi e distruggono molecole tossiche: come per la detossificazione era importante il REL, i perossisomi sono molto importanti per la demolizione di molecole tossiche tra cui anche l’alcol, che viene demolito grazie ad un enzima (ossidasi) in acetaldeide e perossido di idrogeno. Durante queste reazioni si produce una sostanza chimica pericolosamente reattiva, l’H2O2 che viene neutralizzata dall’enzima catalasi in acqua e ossigeno. Funzioni:  Metabolismo del perossido di idrogeno;  Detossificazione;  Ossidazione degli acidi grassi;  Rimozione di radicali liberi;  Bioluminescenza l’enzima luciferasi determina questa caratteristica  Sintesi di colesterolo e acidi biliari. I perossisomi si formano per gemmazione a partire dal RER ma non sono ancora attivi e poi acquisiscono in tappe successive le loro proteine sintetizzate sui ribosomi citoplasmatici. Subiscono un processo di maturazione. Il citoscheletro Costituisce l’impalcatura della cellula, è un insieme di filamenti di diametro diverso che costituiscono un’impalcatura molto fitta che ha funzioni molto diverse: la funzione condivisa da tutti e tre i costituenti del citoscheletro è quella di sostegno agli organuli e alla cellula. I tre costituienti del citoscheletro sono:  I microfilamenti (5-9 nm) sono costituiti da monomeri di actina (actina-G) che costituiscono due filamenti intrecciati (actina-F). Instabili.  I filamenti intermedi (10-14 nm) sono costituiti da proteine fibrose, diverse nei diversi tipi di tessuto, ma che costituiscono fasci spessi con uguale struttura (nel tessuto epiteliale è la cheratina). Stabili, si depolimerizzano molto più difficilmente.  I microtubuli (25 nm) sono costituiti da dimeri di tubulina α e β che costituiscono tubi cavi. Instabili. È grazie alla tecnica dell’immunofluorescenza che sono stati messi in evidenza i diversi costituenti del citoscheletro, usando anticorpi costruiti contro le proteine che li costituiscono. Essendo queste strutture tanto sottili, si vede poco anche usando il microscopio elettronico. I microfilamenti I più sottili. La actina è una proteina globulare, presente nella cellula sotto forma di G-actina (actina monomerica) e di F-actina (actina polimerica), lungo polimero elicoidale costituito da due file di monomeri globulari (a collana di perle) avvolti a doppia elica (nella cellula, circa il 50% dell’actina totale è polimerizzata). La G-actina presenta un sito di legame per l’ATP e uno per ioni metallici bivalenti, soprattutto il Mg++. L’energia che serve per la polimerizzazione viene dall’ATP. Si tratta di filamenti instabili, sono cioè in grado di polimerizzarsi e depolimerizzarsi, di accorciarsi ed allungarsi : allungamento e accorciamento sono controllati dalla concentrazione delle molecole di G-actina libere, dalla forza ionica e dal pH, dalla presenza di ioni metallici e dalla concentrazione di ATP. Durante la polimerizzazione l’ATP viene idrolizzato ad ADP che rimane legato ai singoli monomeri. Assemblaggio:  Attivazione dei monomeri che avviene quando l’ATP viene idrolizzata ad ADP e si procura l’energia necessaria alla polimerizzazione;  Nucleazione la formazione (il processo più lento) del primo nucleo del microfilamento che poi si costituirà più velocemente;  Allungamento delle catene che si allungano con l’aggiunta progressiva dei monomeri di actina-G  Ammealing la spiralizzazione, l’avvolgimento delle due catene di actina che unite assieme formano la struttura a collana di perle La rete costituita dai microfilamenti è molto importante perché costituisce una sorta di intreccio che si trova immediatamente sotto la membrana plasmatica, il cortex cellulare, che da solidità e struttura alla membrana che per definizione è fluida, estremamente flessibile. Il filamento di actina presenta una polarità marcata (ha due estremità in cui succedono cose diverse). Incubando un filamento di actina con meromiosina pesante (la miosina* è una proteina che si lega fortemente in siti specifici della molecola dell’actina. L’actina ha una serie di proteine dette ancillari, associate ai microfilamenti che determinano tante delle funzioni del microfilamento. La miosina, la proteina motrice è la più importante), le teste della miosina si legano al filamento in maniera stereospecifica, costituendo un angolo di 45° ed evidenziando la polarità del filamento di actina. Si distinguono la pointed-end (estremità -, dove è favorito il disassemblaggio delle subunità) e la barbed-end (estremità +, dove l’assemblaggio è più rapido). Il microfilamento è una struttura instabile, che infatti se variano le condizioni fisiologiche all’interno del citoplasma della cellula si accorcia o allunga. Nella situazione di equilibrio dinamico (steady-state) anche se sembrano fermi si ha un continuo flusso delle unità polimerizzate: dalla barbed-end che incorpora i monomeri di actina, alla pointed- end che rilascia un ugual numero di subunità (mulinello). Se si fanno a marcare alcuni monomeri di actina-G, in un filamento che sembra stabile si vede che i monomeri piano piano “camminano” fino a staccarsi dal microfilamento. Circa 100 actin-binding proteins (proteine ancillari o associate) interagiscono con G-actina e F- actina e regolano:  Polimerizzazione e depolimerizzazione;  Interazioni tra microfilamenti;  Interazioni con altri organuli cellulari. la versatilità funzionale dei filamenti actinici dipende dalle numerose proteine che interagiscono con l’actina (proteine ancillari o ABP). La maggior parte delle cellule contiene più di un centinaio di proteine diverse che legano actina: 1) Proteine che interagiscono con la G-actina formano complessi impedendone la polimerizzazione (profilina, β-timosina). 2) Proteine che interagiscono con la F-actina: (a) Proteine che bloccano i terminali del filamento: (i) proteine che bloccano la barbed-end; (ii) proteine che bloccano la pointed-end. (b) Proteine che formano dei fasci o delle reti. (di miosina, filamina, spectrina, distrofina*, fascina, α-actinina). Spesso (a) e (b) si trovano contemporaneamente: quando i microfilamenti devono avere una funzione strutturale vengono bloccati ad entrambe le estremità, in modo che non si allunghino né accorcino, e poi vengono legati l’uno all’altro per formare reti o fasci che servono per stabilizzare le espansioni della membrana della cellula (per esempio i microvilli che servono pe esempio ad aumentare la superficie di assorbimento nella prima parte dell’intestino). *La distrofina è strettamente legata in casi patologici alla distrofia muscolare. Funzioni dei microfilamenti:  I microfilamenti di actina sono i principali costituenti del cortex cellulare (sottile strato di citoplasma posto immediatamente sotto la membrana che prende direttamente legame con proteine integrali di membrana tra cui le integrine; le integrine si legano al cortex e agli altri costituenti del citoscheletro e vanno anche a prendere contatto con la matrice extracellulare per cui sono una delle proteine di legame tra citoscheletro e l’ambiente extracellulare). Il cortex cellulare è fondamentale per il movimento ameboide (per formazione di espansioni).  I filamenti di actina determinano la forma della superficie della cellula e sono necessari per la locomozione dell’intera cellula. Mobilità actino mediata: movimenti propulsivi (emissione dello pseudopodio) e movimenti retrattivi (di tipo contrattile) determinano il movimento ameboide: si manda avanti un’espansione che si fissa al substrato e poi col movimento retrattivo tutta la cellula va avanti. Per esempio i macrofagi si possono muovere grazie ai movimenti ameboidi, possono cioè mandare dei prolungamenti o espansioni della loro membrana (che prendono il nome di lamellipodi, filopodi, pseudopodi) che sono costituite al loro interno da cortex cellulare che forma una struttura di sostegno che determina le espansioni stesse. I movimenti espansivi avvengono grazie alla polimerizzazione dei microfilamenti di actina, segue l’ancoraggio grazie alla formazione dei cosiddetti contatti focali dovuti al fatto che la membrana si fissa al substrato grazie alle integrine; a questo punto avvengono i movimenti retrattivi, grazie ad una contrazione dovuta dal fatto che si forma un filamento contrattile in cui il microfilamento interagisce con la miosina (non si sta parlando di cellule muscolari ma di altre cellule, come i megacariociti). Movimento cellulare: le aree di adesione alla matrice extracellulare si chiamano contatti focali e consistono nel legame tra le integrine (proteine transmembrana) e la fibromectina della matrice. Fasci di microfilamenti consolidano i microvilli che sono espansioni citoplasmatiche presenti in cellule che necessitano di un’elevata superficie di assorbimento. Una importante ABP è la miosina che è una proteina motrice, cioè è in grado di usare l’energia di idrolisi dell’ATP per muoversi lungo il filamento di actina, dove ha specifici siti di attacco. L’actina associata alla miosina costituisce fibrille contrattili (non si trovano solo nelle cellule muscolari, ma anche in cellule normali nei movimenti retrattivi), in cui lo scorrimento delle due componenti determina movimenti di vario tipo come il movimento interno di organuli e vescicole lungo la direzione di spostamento della miosina, la formazione di anelli contrattili e la contrazione delle cellule muscolari. Per quel che riguarda il movimento interno di organuli: la miosina è una proteina motrice dei microfilamenti di actina e ha la possibilità di spostarsi lungo i microfilamenti in quanto ha tanti siti di aggancio e grazie all’energia data dall’ATP ha la capacità di spostarsi lungo i microfilamenti. Esempio: Una cellula che ha finito il processo di divisione cellulare, di mitosi, cioè si è diviso il nucleo ed è in corso il processo di citodieresi o citocinesi, cioè si deve dividere il citoplasma: il citoplasma si divide e le due nuove cellule si separano. All’interno della membrana si forma una sorta di solco all’equatore della cellula e in corrispondenza di esso c’è un anello di filamenti contrattili di actina e miosina che permette la strozzatura della membrana fino a che la cellula si divide in due. La miosina trasporta le vescicole e fa scorrere i microfilamenti. L’interazione actomiosinica determina forze motrici che operano in un’unica direttrice e in un unico senso di moto. La miosina presente nel muscolo è la miosina II. Nel citoplasma delle altre cellule sono presenti isoforme (miosina IA e IB) costituite da una sola catena pesante e una sola coppia di catene leggere. Queste sono in grado di reagire con l’actina e determinare la formazione di fibrille contrattili con varie funzioni. Nel muscolo scheletrico si trova la actina a e la miosina II, che è costituita da due catene pesanti e due coppie di catene leggere (le catene pesanti formano la coda e le teste cui sono associate le catene leggere). Nel filamento spesso della fibra muscolare le molecole sono orientate con la testa verso l’estremità della struttura filamentosa. Nel muscolo scheletrico ci sono tanti miofilamenti spessi che formano la banda A o banda scura, i miofilamenti sottili costituiti da actina invece costituiscono la banda chiara e che parzialmente entrano nella banda scura in modo che i filamenti siano a contatto con le teste della miosina. La contrazione avviene grazie allo scivolamento dei filamenti di actina su quelli di miosina grazie all’aggancio, ATP-dipendente, delle teste della miosina ai filamenti di actina. Questo scivolamento è determinato dal rilascio di ioni calcio nel citoplasma e da un complesso proteico che comprende la actina, la miosina, la tropomiosina che avvolge i siti di legame dell’actina e la troponina costituita da più subunità e legata in più punti alla tropomiosina (vedi tessuto muscolare). Funzioni dei microfilamenti o filamenti di actina:  Mantenimento della forma cellulare;  Formano il cortex cellulare al di sotto della membrana plasmatica responsabile della forma e dei movimenti di superficie;  Associati alla miosina formano fibrille contrattili che determinano il movimento internodi organuli e vescicole lungo il microfilamento nella direzione di spostamento della miosina, la formazione di anelli contrattili e la contrazione delle cellule muscolari;  In fasci paralleli costituisce i microvilli. Microtubuli Hanno diverse cose in comune con i microfilamenti: sono entrambi instabili, entrambi si accorciano e si allungano, sono entrambi costituiti da un unico tipo di proteina (actina nei microfilamenti e tubulina nei microtubuli). Hanno un diametro di 25nm e sono strutture cilindriche cave, costituite da unità che si ripetono e che non sono monomeri ma dimeri di α e β tubulina (che non si trovano mai isolati ma a formare dimeri). Queste hanno un’elevatissima affinità reciproca, tanto che nel citoplasma non si trovano monomeri liberi. I dimeri si polimerizzano andando a formare dei protofilamenti ognuno dei quali è costituito da α e β tubuline alternate tra loro. In tutto sono 13 protofilamenti ognuno dei quali è costituito da eterodimeri di α e β tubulina. Inizialmente non si forma una struttura cilindrica ma una sorta di lamina costituita da 13 protofilamenti che si allunga piano piano. Entrambe le tubuline hanno un sito di legame per il GTP (guanosina trifosfato) ma solo il GTP legato alla β-tubulina può essere idrolizzato ed è quello che da l’energia necessaria per la polimerizzazione. Le tubuline inoltre hanno un sito ad alta affinità per gli ioni metallici bivalenti (Mg++ e Ca++). Il microtubulo si forma in determinate regioni del citoplasma che si chiamano centri organizzatori dei microtubuli, o centrosomi (che determinano anche la formazione del fuso mitotico). Sono i punti del citoplasma in cui avviene l’assemblaggio dei microtubuli. Nucleazione: a partire da una regione citoplasmatica detta centro organizzatore dei microtubuli o centrosoma (in prossimità del nucleo) si forma una piccola lamina che poi si arrotola su se stessa formando il nucleo di polimerizzazione che poi si allunga. Allungamento: la polimerizzazione avviene con velocità differente ai due terminali di crescita detti + e -. La polimerizzazione avviene grazie all’idrolisi del GTP ed in presenza di ioni Mg++ (e Ca++). Il terminale – è stabilizzato in quanto si trova nel centro organizzatore del microtubulo o centrosoma e quindi di fatto nel terminale + del microtubulo si realizza quasi tutta l’addizione, rilascio di subunità (la maggior parte degli eventi, senza essere drastici perché una piccola parte di polimerizzazione avviene nel terminale -) (caratteristica chiamata instabilità dinamica). Il microtubulo è soggetto a fasi di accorciamento e allungamento. Singoli microtubuli possono alternare un periodo di lenta crescita ad uno di rapido disassemblaggio, fenomeno chiamato instabilità dinamica. Fenomeno della catastrofe. Proteine ancillari del microtubulo MAP (microtubul-associated-protein): sono le vere regolatrici dei microtubuli. Sono in grado di favorire la polimerizzazione della tubulina e stabilizzano il microtubulo impedendo l’instabilità dinamica. Quando la cellula deve cambiare la sua componente microtubulare, fosforila la MAP, denudando i microtubuli che diventano quindi più sensibili ai processi di accorciamento e allungamento. Le MAP a basso peso molecolare sembrano implicate nella malattia Alzheimer. I microtubuli originano a partire da appositi centri organizzatori dei microtubuli (MTOC) tra cui nelle cellule animali il centrosoma, posto in prossimità del nucleo (con la tecnica dell’immunofluorescenza si riesce a colorare il citoscheletro costituito dai microtubuli). la zona molto densa che si può osservare vicino al nucleo è appunto il centrosoma. Oltre all’involucro nucleare, i MTOC possono essere in connessione spaziale con centrioli, corpuscoli basali e membrana plasmatica. In ogni MTOC un microtubulo origina da un elemento di nucleazione. All’interno del centrosoma si trova una coppia di organuli costituiti da microtubuli, i centrioli (nella cellula animale). Motilità microtubulo-mediata Alcune delle proteine ancillari (MAP), sono proteine motrici: una proteina motore è una proteina ad attività ATP-asica capace di muoversi lungo il microtubulo in un unico senso di moto. I microtubuli hanno due proteine motrici che vanno in direzione opposta: La chinesina e la dineina sono proteine motrici che utilizzano l’energia di idrolisi dell’ATP per spostarsi unidirezionalmente lungo i microtubuli. La direzione di spostamento delle due proteine è opposta. Esse trasportano varie componenti cellulari (organuli e vescicole) ad esempio in questo modo le vescicole contenenti i neurotrasmettitori si portano all’apice degli assoni della cellula nervosa (la comunicazione tra le cellule nervose avviene grazie ai neurotrasmettitori che vengono trasportati all’interno di vescicole) oppure sono in grado di determinare lo scivolamento di un microtubulo su un altro spostandosi come una sorta di “piedini” lungo il microtubulo vicino. Traffico vescicolare Tutte le vescicole che si formano per gemmazione e che vanno da un organulo all’altro I vari corpuscoli citoplasmatici si muovono su rotaie costituite da microfilamenti, ma soprattutto da microtubuli. un esempio di traffico vescicolare su tracce microtubulari è il trasporto assonico. flusso anterogrado (chinesina) + flusso retrogrado (dineina) – La cellula nervosa nel suo corpo cellulare sintetizza i neurotrasmettitori per ricevere e trasmettere l’impulso nervoso; i neurotrasmettitori vengono sintetizzati dal RE e dal Golgi da cui escono come vescicole che vengono trasportate lungo i microtubuli in direzione + (flusso anterogrado) dalla proteina motrice chinesina, che riesce a spostarsi verso l’estremità +. Ci sono vescicole vuote e organuli invecchiati che devono tornare al corpo cellulare per cui vi è un flusso retrogrado, che va verso l’estremità – del microtubulo e avviene grazie alla dineina. La motilità microtubulo-mediata è alla base del movimento di ciglia e flagelli, perché i microtubuli costituiscono la loro struttura portante. Hanno una struttura molto simile, si distinguono per la numerosità e la lunghezza:  Ciglia: numerosissime e lunghezza 5-10 µm  Flagelli: unici e lunghezza 100-150 µm Ciglia e flagelli sono costituiti da una porzione libera e una infissa. La porzione libera, quella che “sbuca” dalla membrana plasmatica, è costituita da 9 coppie di microtubuli (inseriti l’uno nell’altro) che circondano due microtubuli centrali singoli (9+2). Nelle coppie i microtubuli sono uniti strettamente, di cui uno è completo (13 protofilamenti) mentre l’altro non lo è. Questa struttura libera prende il nome di assonema. Sono legati tra loro da diversi ponti proteici che uniscono tutte le coppie verso il centro, che legano tra loro tutte le coppie e infine vi è una proteina motrice che nel caso di ciglia è flagelli è esclusivamente la dineina, che forma delle sorte di bracci che dal microtubulo A si agganciano al microtubulo B della coppia vicina. La porzione fissa la parte basale, con funzione di sostegno e che va ad approfondarsi nel citoplasma della cellula con un sistema (reticolo di radichette) che permette alla struttura di essere infissa all’interno della cellula. Il corpuscolo basale è costituito da 9 triplette di microtubuli (e nulla al centro) due dei quali provenienti direttamente dall’assonema. Le doppiette sono legate alla piastra basale, per cui, una volta attivate dall’ATP le dineine che tenderebbero a far scorrere una sull’altra le doppiette di microtubuli ne determinano invece un piegamento. → direzione del colpo efficace (fase attiva) ← direzione del colpo di ritorno (fase di recupero) Direzione complessiva Vi è inizialmente un colpo di andata che da la forza in una certa direzione e un movimento di ritorno senza dare forza. Un protista cigliato (organismo eucariotico unicellulare completamente ricoperto di ciglia), si muove grazie al movimento delle ciglia. Tutte le ciglia si devono spostare assieme (ritmo isocrono) in una direzione e spingono l’organismo. Se invece qualcosa si deve spostare ad esempio nell’epitelio della trachea in una direzione, è ovvio che il movimento delle ciglia non deve avvenire tutto assieme ma in serie, come un’onda (ritmo metacrono). Il flagello determina un movimento serpentiforme essendo una struttura molto più lunga. I centrioli Sono una coppia di piccoli cilindri disposti ad angolo retto fra loro. Hanno la stessa struttura del corpuscolo basale (9 triplette di microtubuli) e nelle cellule animali si trovano nel centrosoma che è il MTOC che si trova vicino al nucleo a partre dal quale si formano i microtubuli del citoscheletro e il fuso mitotico. Organizzano la matrice del centrosoma assicurando la sua duplicazione ad ogni ciclo cellulare ma non sono fondamentali nella formazione del fuso mitotico perché nelle piante non vi sono i centrioli ma i centrosomi formano un fuso mitotico regolare; il centrosoma nella cellula animale, mancando una parete rigida ha più necessità di orientare il fuso mitotico. Il fuso mitotico è costituito da microtubuli e si forma durante i processi di divisione cellulare, dopo che il centrosoma e i centrioli si sono duplicati e si sono portati ai poli opposti della cellula. Funzioni dei microtubuli:  Mantenimento della forma cellulare;  Costituiscono i centrioli;  Motilità microtubulo-mediata:  Traffico vescicolare;  Ciglia e flagelli;  Movimento dei cromosomi durante la divisione cellulare. Quando la cellula deve dividersi si procura i dimeri di tubulina smontando i microtubuli del citoscheletro e costruisce il fuso mitotiche che serve per dividere correttamente il suo corredo cromosomico. Il fuso mitotico è costituito da microtubuli del fuso che sono assemblati durante i processi di divisione cellulare. I filamenti intermedi Sono stabili. Sono costituite da proteine fibrose che però sono diverse nei diversi tipi cellulari. (esempio tipico sono i filamenti di cheratina nel tessuto epileliale, i tonofilamenti di cheratina. Sono costituiti da proteine fibrose che hanno lo stesso tipo di struttura, sono molto resistenti). Non sono presenti in tutti gli animali. I monomeri non sono di tipo globulare, ma sono proteine fibrose allungate con una forma centrale a bacchetta e terminali globulari. La parte a bacchetta forma dimeri fibrosi che si uniscono in direzione antiparallela a costituire i tetrameri. Questi si uniscono lateralmente fra loro e costituiscono strutture cordonali ad andamento elicoidale. Sono molto importanti per la funzione di dare struttura alla cellula e stabilizzare gli organuli (il nucleo in particolare). Molto particolare è che i filamenti intermedi si trovano non solo nel citoplasma della cellula ma anche all’interno dell’involucro nucleare, costituiscono una rete che lo sostiene. Funzioni dei filamenti intermedi:  Mantenimento della forma:  Rendono la cellula più resisente ai danni meccanici e l rendono in grado di sopportare lo sforzo cui sono sottoposte con lo stiramento.  Mantenimento della posizione del nucleo e degli organuli;  Costituiscono la lamina nucleare all’interno dell’involucro nucleare. I filamenti intermedi sono collegati a giunzioni ancoranti chiamate desmosomi. I desmosomi sono giunzioni che tengono unite l’una all’altra le cellule e che sono una sorta di “bottoni proteici” nelle membrane, collegati ai filamenti intermedi del citoplasma. Nucleari: (presenti in tutti i tipi cellulari) costituiscono la lamina nucleare. Sono costituiti da proteine chiamate lamine. La lamina nucleare è molto importante nel momento in cui l’involucro si deve disgregare, cioè quando la cellula deve dividere il suo genoma. la rete che si trova al di sotto dell’involucro nucleare è costituita da filamenti intermedi. Citoplasmatici:  Epiteli: filamenti di cheratina o tonofilamenti;  Negli annessi cutanei sono presenti le cheratine dure (α-cheratine nei peli, unghie, squme e corna; β-cheratina nelle piume)  Connettivi: vimentina;  Muscolatura: desnina;  Cellule nervose: neurofilamenti;  Glia: proteina acida gliale. Anche i filamenti intermedi possono in qualche modo dissociarsi e anche loro hanno le loro proteine ancillari IFAP (intermediate filament-associated protein) specifiche per i diversi tessuti. La comunicazione cellulare Il più delle volte le cellule comunicano a distanza tra loro, ma ci sono anche dei casi di comunicazione diretta, cioè cellule attaccate tra loro. Quando le cellule non sono unite tra loro, anche se sono molto vicine, la comunicazione cellulare avviene per forza tramite dei “messaggeri” chimici che partono dalla cellula segnalante, arrivano alla cellula bersaglio che li recepisce e poi risponde in base a ciò che era stato chiesto. Si possono distinguere due casi:  Segnalazione endocrina a distanza (cellule molto lontane tra loro): i messaggi sono i secreti della cellula segnalante (gli ormoni) che passano attraverso il circolo sanguigno.  Segnalazione paracrina tra cellule vicine (ma non a contatto): tipica del caso delle cellule nervose tra loro che comunicano mediante zone (sinapsi) in cui sono molto vicine ma non a contatto e devono comunicare sempre attraverso molecole versate dalla cellula segnalante e recepito mediante specifici recettori sulla membrana della cellula bersaglio. Avviene tra: cellule nervose tra loro, cellula nervosa e cellula muscolare (nella placca motrice), fattori di crescita e mediatori locali: molecole secrete da cellule dei mediatori locali che versano il loro secreto nell’immediata vicinanza della cellula stessa e andranno a colpire cellule vicine che determineranno diversi tipi di risposta. I diversi momenti della comunicazione cellulare:  Ricezione del segnale: la cellula bersaglio riceve il segnale tramite recettori che si trovano sulla membrana (proteine di membrana) o internamente al citoplasma (dipende dalle caratteristiche chimiche del segnale). Una volta che i recettori si legano al “ligando” modificano la loro conformazione e determinano internamente alla cellula una serie di reazioni che chiamiamo trasduzione.  Trasduzione: serie di modificazioni interne al citoplasma della cellula che porteranno alla risposta da parte della cellula. Fa parte del meccanismo di trasduzione anche l’amplificazione del segnale.  Risposta: può avvenire nel citoplasma o nel nucleo della cellula. Il segnale che arriva alla cellula può essere di diverso tipo, può essere un aminoacido oppure un peptide (insieme di aminoacidi) oppure può essere di natura lipidica: quindi può essere idrofilo o idrofobo. Se il segnale è idrofobo (liposolubile) si tratta sempre di molecole molto piccole che riusciranno a passare

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