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1 Argomenti di oggi La membrana cellulare: struttura e funzioni. Il trasporto attraverso la membrana. La cellula come base della vita. Le strutture cellulari e loro specifiche funzioni. L accesso è gratuito siete tutti invitati Le membrane sono doppi strati fluidi di lipidi in cui sono immerse proteine 5nm Lipide Lipidi Proteina Proteine Fosfolipidi, colesterolo e glicolipidi sono i principali lipidi delle membrane teste polari Un doppio strato di lipidi si organizza spontaneamente acqua acqua colesterolo (rigido) regione fluida bilayer 1

2 Le proteine di membrana hanno varie funzioni MOVIE SULLA FLUIDITA DELLE MEMBRANE ADESIONE > cellula-cellula, cellula matrice (CADERINE, INTEGRINE) RECETTORI > ormoni, fattori di crescita, virus (INSULINA, EGF, INFLUENZA) TRASPORTO > canali, trasportatori (K +, Na/K-ATPasi) ENZIMI > molti tipi Proteine di membrana formano giunzioni tra le cellule Un recettore è spesso una proteina transmembrana che consiste di tre regioni giunzione stretta complesso giunzionale actina filamenti intermedi giunzione aderente desmosoma ponti disolfuro oligosaccaride alfa elica MEMBRANA giunzione gap lamina basale emidesmosoma NH 2 Il passaggio di molecole attraverso una membrana può avvenire in due modi Il trasporto attivo è mediato da proteine transmembrana Trasporto attivo contro gradiente consumo di energia Trasporto passivo secondo gradiente non necessita energia (TRASPORTATORI) Diffusione semplice Diffusione facilitata Hypercell-membrane-solute movement 2

3 Tutte le cellule trasportano sodio e potassio attraverso la membrana Anche il trasporto passivo può richiedere proteine transmembrana (CANALI) chiuso aperto regione idrofobica regione idrofilica filtro selettivo agli ioni Una cellula eucariotica è suddivisa in compartimenti/organelli MOVIE SUL TRASPORTO FINE Quanti e quali sono i compartimenti in una cellula? Che funzione hanno? Come è fatto un compartimento? Come si forma? Come si determina la sua composizione molecolare? E la sua morfologia? E la sua abbondanza? Come si sono generati nell evoluzione? Perche? 3

4 Meccanismi di tipo endocitico sono forse all origine delle membrane del RER e del nucleo I mitocondri hanno avuto probabilmente origine per endosimbiosi Tutte le cellule eucariotiche contengono un numero limitato di organelli Ciascun organello svolge una specifica funzione ENDOSOMA PEROSSISOMA CITOSOL LISOSOMA GOLGI MITOCONDRIO RETICOLO ENDOPLASMICO NUCLEO MEMBRANA ORGANELLO FUNZIONE VOLUME % Nucleo sede del DNA 6 nucleolo biogenesi ribosomi <1 Citoplasma 94 citosol metabolismo 54 mitocondri conversioni di energia 22 reticolo rugoso sintesi proteine secretorie 9 reticolo liscio + sintesi di lipidi apparato di Golgi modificazione proteine 6,5 lisosomi idrolisi enzimatiche 1 perossisomi reazioni ossidative 1 endosomi + altre vescicole traffico molecolare 1 REM - EPATOCITA 15 µm I mitocondri sono le centrali energetiche delle cellule La sintesi proteica negli eucarioti ha inizio sempre nel citosol DNA mrna mrna PROTEINE 4

5 mrna di proteina citosolica Il pool di ribosomi è unico poliribosoma pool di ribosomi mrna di proteina secretoria poliribosomi legati al RER Il nucleo e circondato da un involucro in cui sono presenti pori MEMBRANA NUCLEARE ESTERNA INTERNA CISTERNA PERINUCLEARE MEMBRANA RER LUME RER LAMINA PORI Il nucleo contiene il DNA I pori nucleari non sono dei semplici buchi Nel nucleolo vengono assemblati i ribosomi 5

6 I pori sono costituiti da nucleoporine Molte molecole entrano ed escono dal nucleo COSA ENTRA Proteine: polimerasi, istoni, fattori di trascrizione, p. ribosomali, etc. Nucleotidi, etc. CITOSOL COSA ESCE rrna, trna, mrna (uniti a proteine!), ribosomi, etc. NUCLEO L involucro nucleare si assembla e disassembla IL RETICOLO ENDOPLASMATICO Nel RER vengono sintetizzate proteine secrete 0.2 µm rem: RER di condrociti!! da lavoro con Cancedda 6

7 mrna di proteina citosolica Il pool di ribosomi è unico poliribosoma pool di ribosomi Movie: ER tubules mrna di proteina secretoria poliribosomi legati al RER Movie secretion Le proteine nel rer subiscono modificazioni Alcune proteine vengono inserite nelle membrane del RER 1. GLICOSILAZIONE (asparagine) Glicoforina LDL (R) Insulina (R) HA Cit. p450 CITOSOL 2. FORMAZIONE DI PONTI DISOLFURO 3. OLIGOMERIZZAZIONE 4. CONTROLLO DI QUALITA Asialo (R) Cit. b5 Glucose transport Rodopsina β-adr. (R) Transferrina (R) Galattosil transf. Sialil transferasi 7

8 RER e SER possono essere purificati o m o g e n a t o c e n t r i f u g a z i o n e SER RER Il REL svolge funzioni varie quali la sintesi di lipidi e la detossificazione gradiente di saccarosio La sintesi di lipidi avviene sul REL Figure 13-3a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) PROTEINA SECREZ, DAL RER AL GOLGI Il traffico tra RER e golgi avviene mediante vescicole RECETTORE DEL KDEL PROTEINA DEL RER DAL GOLGI AL RER 8

9 Nell apparato di Golgi vengono modificate le proteine (glicosilazione) prima della secrezione RER CGN cis mediale trans TGN CIS CGN Cis Mediale Trans TGN TRANS 200 nm lisosoma Principali modificazioni delle proteine in transito nell apparato di golgi LISOSOMA ENDOSOMA TARDIVO MEMBRANA 1. N-GLICOSILAZIONE 2. O-GLICOSILAZIONE 3. FOSFORILAZIONE 4. SOLFATAZIONE ENDOSOMA PRECOCE SECREZIONE COSTITUTIVA REM-concetto di pre-proteina e di pre-pro-proteina RER APPARATO DI GOLGI SECREZIONE REGOLATA LE PROTEINE LASCIANO IL TGN MEDIANTE TRAFFICO VESCICOLARE Proteine in uscita dall apparato di Golgi seguono tre destini che vengono determinati al livello del TGN INDIRIZZO AI LISOSOMI SECREZIONE COSTITUTIVA TGN RER APPARATO DI GOLGI SECREZIONE REGOLATA 9

10 I lisosomi sono vescicole contenenti enzimi Esempi di attività enzimatiche presenti nei lisosomi 1. Fosfatasi acida 2. Desossiribonucleasi 3. Ribonucleasi 4. Galattosidasi 5. Mannosidasi 6. Esosaminidasi 7. Carbossipeptidasi 8. Amminopeptidasi 9. Elastasi 10. Catepsina D IL ph IN DIFFERENTI COMPARTIMENTI INTRACELLULARI E MISURABILE CON L USO DI SONDE FLUORESCENTI SENSIBILI AL ph I LISOSOMI HANNO ph ACIDO ph5-rosso ENDOSOMI ph blu-verdi L endocitosi è un meccanismo con cui la cellula internalizza molecole dall esterno endosomi tardivi endosomi precoci TGN Membrana MEMBRANA APICALE VESCICOLE GOLGI VESCICOLE RER MEMBRANA BASOLATERALE 10

11 L endocitosi è un meccanismo con cui la cellula internalizza molecole dall esterno endosomi tardivi endosomi precoci batterio endosoma precoce FAGOCITOSI fagosoma TGN Membrana PINOCITOSI reticolo endoplasmico endosoma tardivo mitocondrio LISOSOMI autofagosoma AUTOFAGIA Particelle solide sono internalizzate per fagocitosi batterio Il meccanismo di endocitosi pseudopodo membrana plasmatica Nel processo di endocitosi si formano caveole Nella endocitosi mediata da recettore le caveole sono ricoperte di clatrina 11

12 Possibili indirizzi della endocitosi Esempi di endocitosi di: 1. LDL 2. TRANSFERRINA 3. EGF 4. Ig POLIMERICHE 5. VIRUS 1 Le LDL trasportano colesterolo LDL recettori LDL Endocitosi di LDL fosfolipidi Proteina Apo-B endosoma colesterolo esteri del colesterolo colesterolo lisosoma enzimi 2 La transferrina lega il ferro transferrina recettori Endocitosi della transferrina endosoma lisosoma enzimi transferrina 12

13 3 L endocitosi dell EGF si realizza tramite il suo 4 Le IgG materne attraversano le cellule epiteliali recettore dell intestino mediante transcitosi dall apice alla base 5 I virus sono parassiti che si replicano solo all interno delle cellule virus del pomodoro virus SV40 virus polio virus del tabacco UN VIRUS E COSTITUITO DA: Ø UN ACIDO NUCLEICO (DNA O RNA) Ø UN CAPSIDE PROTEICO Ø (talora) UN INVOLUCRO LIPO-PROTEICO Molti virus entrano nelle cellule per endocitosi SFV 13

14 ed escono dalle cellule per esocitosi Virus dell influenza 14