8. Lo smistamento delle proteine

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1 8. Lo smistamento delle proteine contiene materiale protetto da copyright, ad esclusivo uso personale; non è consentita diffusione ed utilizzo di tipo commerciale Tre sono i meccanismi con i quali le proteine vengono trasportate agli organelli Trasportano attivamente specifiche proteine Le proteine attraversano la membrana degli organelli attraverso dei traslocatori proteici situati sulla membrana stessa Proteine che viaggiano oltre il RE mediante VESCICOLE DI TRASPORTO 1

2 A La sintesi della maggior parte delle proteine avviene su i ribosomi del citosol per essere smistate nei diversi organelli devono possedere un SEGNALE DI SMISTAMENTO sulla loro sequenza amminoacidica, se ne sono prive rimangono nel citosol. Pori nucleari barriere attraverso le quali le molecole entrano ed escono dal nucleo 30 diverse proteine Groviglio proteico che impedisce il passaggio di molecole di grandi dimensioni Le molecole di grandi dimensioni per passare devono esporre un apposito SEGNALE DI LOCALIZZAZIONE NUCLEARE (brevi sequenze amminoacidiche ricche in lisina ed arginina) 2

3 Indirizza le proteine neoformate verso i pori nucleari Nel poro si aggancia alle proteine del poro e interrompendo i legami che fanno tra di loro, apre un passaggio per consegnare il suo carico nel nucleo. 3

4 Le proteine attraversano entrambe le membrane in particolari siti in cui le membrane sono a contatto, durante il trasferimento le proteine si distendono. All interno proteine chaperon trainano le proteine attraverso le due membrane infine le aiutano a acquistare la loro conformazione nativa. Oltre a ricevere le proprie proteine è anche punto d ingresso per proteine destinate ad altri organelli: apparato del Golgi, endosomi, lisosomi e superficie cellulare. Due tipi di proteine: 1. Idrosolubili 2. liposolubili 4

5 Il complesso del Golgi è uno dei principali siti di sintesi dei carboidrati e una stazione di smistamento e di spedizione dei prodotti del RE Il complesso del Golgi è costituito da una pila di sacche membranose appiattite 5

6 Il trasporto vescicolare il trasferimento ordinato delle proteine da un compartimento a quello immediatamente successivo si compie per mezzo di vescicole di trasporto che si liberano per gemmazione dalle cisterne di ciascun compartimento per fondersi con quelle del compartimento successivo riversandovi il contenuto. Dall ultimo compartimento si liberano vescicole dirette verso destinazioni finali diverse. tra le proteine che attraversano l Apparato del Golgi si possono identificare: Proteine che costituiscono gli enzimi dei lisosomi; Proteine destinate ad essere secrete fuori dalla cellula; Proteine destinate ad essere inserite nella membrana cellulare. La cellula usa questo elaborato sistema di membrane interne per aggiungere e rimuovere, sulla superficie cellulare, proteine transmembrana come recettori, canali ionici e trasportatori. Via biosintetica secretoria 6

7 Nella stessa maniera rimuove componenti dalla membrana plasmatica, attraverso un processo endocitotico e li trasferisce in compartimenti intracellulari, ENDOSOMI, da dove possono essere trasportati alla membrana cellulare o a regioni differenti o degradati attraverso i lisosomi. Vescicole di trasporto Unità di trasporto racchiuse da membrana Gemmano da una membrana e si fondono con un altra in continuazione trasportando molecole di membrana e molecole solubili a cui ci si riferisce come CARGO 7

8 Il trasporto vescicolare la Via Secretoria Tale via è diretta verso l esterno ed i percorsi sono i seguenti: Biosintesi e traslocazione proteica nella membrana del RE; Dall RE all apparato del Golgi; Dal Golgi alla membrana plasmatica oppure ai lisosomi, attraverso l endosoma. Il trasporto vescicolare la Via Endocitica Tale via è diretta verso l interno della cellula e le molecole extracellulari vengono inglobate in vescicole derivate dalla membrana plasmatica e trasportate al lisosoma attraverso l endosoma tardivo. 8

9 Modello della progressione delle vescicole Il materiale, elaborato in un cisterna, viene in incluso in microvescicole di trasporto che gemmano lateralmente dai margini della cisterna per fondersi con la membrana della cisterna immediatamente successiva. Il processo continua fino alla cisterna TRANS. Dal TRANS si staccano vescicole che possono: 1. costituire i lisosomi primari 2. costituire le vescicole di secrezione 3. fondersi con la membrana plasmatica. movimento delle vescicole in direzione Cis- Trans: flusso vescicolare anterogrado Modello della progressione delle cisterne Valido per molecole di notevole dimensioni (ex la cellulosa, la lattoalbumina), troppo grandi per essere contenute nelle microvescicole di trasporto il materiale permane nelle cisterne che avanzano maturando progressivamente in Cis, Mediana e Trans. Lateralmente, dalle cisterne gemmano delle microvescicole che trasportano nella cisterna precedente gli enzimi caratteristici di quella cisterna. Il materiale lascia il Golgi tramite vescicole si staccano dal TGN per: formare (1) lisosomi, (2) vescicole di secrezione o (3) fondersi con la membrana plasmatica. le cisterne, progredendo in direzione CIS- TRANS, realizzerebbero il Flusso delle cisterne anterogrado, mentre le vescicole, scorrendo nella direzione opposta TRANS- CIS, darebbero origine al flusso vescicolare retrogrado. 9

10 modalità combinata E probabile che nelle cellule coesistano le due modalità di smistamento e elaborazione del materiale da parte delll apparato di Golgi; ovvero che in una pila golgiana il materiale venga processato secondo il modello della progressione delle vescicole, mentre in una altra pila il materiale è elaborato secondo la modalità della progressione delle cisterne. A seconda del tipo cellulare e del materiale da elaborare una modalità può prevalere sull altra Il trasferimento da un compartimento a quello successivo comporta un delicato equilibrio tra le vie di trasporto in avanti e all indietro (recupero) Per iniziare il loro viaggio lungo la via biosintetica secretoria, le proteine che sono entrate nel RE e sono destinate all apparato del Golgi ed oltre sono prima impacchettate in piccole vescicole RIVESTITE 10

11 Riciclo vescicole RE- CIS Golgi Gemmazione vescicole dal RE è mediato dalle COP- II (COat Proteins type II) Le vescicole: - si staccano dal RE e COP- II ritornano al RE. - arrivano al CIS- Golgi e scaricano il materiale. - alcune proteine vengono riciclate al RE La gemmazione mediata da proteine tipo COP- I. COP- II rivestono solo le vescicole che gemmano dal RE COP- I rivestano tutte le proteine che gemmano dal Golgi (sia flusso anterogrado che retrogado) 11

12 La via di recupero riporta proteine sfuggite dal RE e dipende da segnali di recupero al RE Le proteine solubili residenti nel RE contengono un breve segnale di recupero : sequenza KDEL (Lys-Asp-Glu-Leu) Vengono legate ad un recettore KDEL sulla membrane del Golgi Bilanciamento tra via anterograda e retrograda permette recupero anche di componenti (lipidi e proteine) di membrana evitando accrescimento sproporzionato del Golgi Trans 12

13 v- SNARE (v=vescicola) e t- SNARE (t=target=bersaglio) Vescicole di trasporto presentano sulla membrana un Recettore per il materiale da trasportare cui è associata dal lato citosolico una specifica proteina v- SNARE che interagendo con la t- SNARE determina la destinazione delle vescicole. Gli oligosaccaridi vengono addizionati sulle proteine nell ER e nel Golgi 13

14 MOLTE PROTEINE VENGONO MODIFICATE ALL INTERNO DEL RER UNA DELLE MODIFICAZIONI PIÙ IMPORTANTI È LA AGGIUNTA DI OLIGOSACCARIDI SU PARTICOLARI AMINOACIDI (GLICOSILAZIONE), PER PRODURRE DELLE GLICOPROTEINE L oligosaccaride è trattenuto sulla membrana da un lipide speciale chiamato dolicolo. Il dolicolo lega lo zucchero con un legame pirofosfato ad alta energia, che serve come energia di attivazione per la reazione di glicosilazione. 14

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16 Principali tappe della maturazione delle proteine nell apparato di Golgi Rielaborazione dell Oligosaccaride nell ER e nell Apparato di Golgi e Generazione di Catene Oligosaccaridiche Complesse Nel RE: rimozione 3 glucosio e 1 mannosio Nel Golgi: la mannosidasi I rimuove altri 3 mannosi e la N- acetil glucosammina transferasi I aggiunge N- acetilglucosammina che permette alla Mannosidasi II di rimuovere altri 2 mannosio e aggiungere 2 molecole di N- acetilglucosamina; successiva aggiunta di 3 galattosio e3 di acido sialico 16

17 Gli enzimi contenuti nelle cisterne conducono a due tipi di oligosaccaridi: - oligosaccaridi complessi - oligosaccaridi ad alto contenuto di mannosio. Qual è lo scopo della glicosilazione? Poiché le catene degli zuccheri hanno una flessibilità limitata, anche un piccolo oligosaccaride è in grado di sporgere da una glicoproteina limitando così l avvicinamento di altre macromolecole. ex. la presenza di oligosaccaridi tende a rendere una glicoproteina relativamente resistente alla digestione proteolitica. E verosimile che gli oligosaccaridi sulle proteine di superficie della cellula fornissero in origine alla cellula eucariotica un rivestimento protettivo che, a differenza della parete cellulare rigida dei batteri, permetteva alla cellula di cambiare forma e di muoversi. Nel corso dell evoluzione, tali glicoproteine come per esempio le selettine si sono convertite a svolgere funzioni di riconoscimento durante il fenomeno dell adesione cellulare. 17

18 All Apparato del Golgi giungono: Componenti di membrana prodotti nel RE; Una miscela di proteine non ancora completamente glicosilate. Nell Apparato del Golgi deve avvenire: La rifinitura di tutti i prodotti che hanno caratteristiche strutturali non ancora definitive; Il loro avviamento verso la destinazione che a ciascuno compete. Un esempio ci è offerto da alcuni enzimi lisosomiali le cui catene oligosaccaridiche una volta giunte in cis, vengono fosforilate in corrispondenza di due residui di mannosio che sono trasformati in mannosio 6- fosfato. 18

19 TRASPORTO DI MOLECOLE GRANDI MACROMOLECOLE PARTICELLE DI ELEVATE DIMENSIONI PICCOLE CELLULE vengono trasportate per mezzo di vescicole o vacuoli ENDOCITOSI ESOCITOSI ENDOCITOSI ed ESOCITOSI Sono processi che richiedono molta energia e permettono a particelle, di dimensioni ben più grandi di quelle di ioni o molecole, di entrare (endocitosi) od uscire (esocitosi) dalle cellule grazie ad un vero e proprio attraversamento della struttura di membrana. 19

20 endocitosi ed esocitosi ESOCITOSI Il materiale incorporato nelle vescicole viene secreto dalla cellula in seguito alla fusione della membrana che lo contiene con la membrana plasmatica 20

21 ESOCITOSI nei processi di secrezione delle ghiandole esocrine ed endocrine (che secernono ormoni di natura proteica) nella neurosecrezione, cioè nella liberazione, dalle cellule nervose, di neurosecreti (neurotrasmettitori) Le vescicole secretorie, che si aprono per esocitosi, richiedono la presenza di ioni Ca ++ intracellulare la presenza di ioni Mg ++ nella cellula nervosa inibisce l apertura delle vescicole di neurosecreto. secrezione costitutiva: Vesciscole non rivestite da clatrina ma da coatomeri gemmano dal Golgi. In tutti i tipi cellulari secrezione regolata: Vescicole rivestite da clatrina che si staccano dal Golgi, si accumulano nel citoplasma e vengono successivamente rilasciate in seguito a specifici segnali provenienti dalla matrice extracellulare: tipica delle cellule ghiandolari endocrinie ed esocrine 21

22 Le vescicole che gemmano dalle membrane possiedono un rivestimento Le vescicole meglio studiate hanno rivestimenti composti da CLATRINA Recettori di Carico: riconoscono i segnali da trasportare Adattine: trattengono localmente complesso RL Dinamina: si aggrega attorno ad ogni strozzatura Da notare che: Questo processo è comune alle vescicole di trasporto a carico del reticolo, dell apparato del Golgi nonchè della membrana plasmatica; Esistono diversi tipi di adaptine ed in particolare quelle che legano i recettori di carico al livello della membrana plasmatica sono diversi da quelli che legano i recettori di carico al livello dell apparato del Golgi; Nel momento in cui la dinamina idrolizza il GTP, si assiste alla contrazione dell anello con conseguente distacco dalla membrana; A gemmazione completa le proteine di rivestimento si staccano e la restante parte della vescicola si fonde con la membrana bersaglio. 22

23 Clatrina 23

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25 ENDOCITOSI MEDIATA DA RECETTORI Nell endocitosi mediata da recettori, la membrana che costituisce la vescicola è fornita di speciali recettori con i quali raccoglie dall ambiente esterno speciali tipi di molecole o macromolecole ed introduce quindi una gocciolina che non ha più la composizione originale del liquido extracellulare perché è stata arricchita dei composti di maggiore interesse per l economia cellulare. 25

26 Il colesterolo è insolubile in acqua e viaggia nel circolo sanguigno legato a lipoproteine a bassa densità o LDL; Le LDL si legano ai recettori presenti sulla superficie della cellula; Si formano così le vescicole rivestite di clatrina; Le vescicole perdono il loro rivestimento; Si assiste alla fusione con gli endosomi in cui le LDL vengono dissociate dai loro recettori. Gli ENDOSOMI sono corpi endocellulari costituiti dalla confluenza di vescicole di endocitosi. Sono di norma implicati nell accumulo di metaboliti assunti selettivamente dalla cellula dall ambiente extracellulare con il meccanismo della endocitosi mediata da recettori. 26