Da Cosa Dipende il II Livello Decisionale?

1. Da Cosa Dipende il II Livello Decisionale? Il II Livello Decisionale deve discriminare le proteine integrali di membrana da quelle che saranno invece liberate nel lume del reticolo. Anche questo livello di decisione è fondato su una breve sequenza amminoacidica posta in una regione della catena, ma a valle del peptide segnale, chiamata SEQUENZA DI ARRESTO DEL TRASFERIMENTO.

2. Sequenza di Arresto del Trasferimento • Essa è composta da: • Amminoacidi per la maggior parte idrofobi, quindi adatti a rimanere inseriti nello spessore del foglietto lipidico della membrana del reticolo endoplasmatico rugoso; • A questo gruppo di amminoacidi segue un numero di amminoacidi a carica positiva; la concentrazione di tali cariche determina un ostacolo fisico-chimico insormontabile al passaggio della catena polipeptidica attraverso la membrana.

3. Il segmento di catena polipeptidica compreso tra l’estremo N-terminale e la sequenza di arresto si trova entro il reticolo; • La sequenza d’arresto è integrata nella membrana ed il tratto rimanente in direzione C-terminale sporge dalla superficie citoplasmatica del reticolo rimanendo a contatto del citoplasma.

4. Da notare che: Il canale di traslocazione, se da una parte mantiene una via di comunicazione che attraversa totalmente la membrana, dall’altra provvede ad aprirsi allo scopo di poter scaricare le proteine di nuova sintesi.

5. Traslocazione post-Traduzionale Questo processo permette ad alcune proteine, sintetizzate da ribosomi liberi e rilasciate nel citosol, di essere trasferite ad altri organelli come per esempio ai mitocondri che peraltro ricevono attraverso questa via una parte considerevole delle loro proteine funzionali.

6. TRASPORTO VESCICOLARE E’ un processo molto importante che ha il compito di mettere in comunicazione l’interno della cellula con l’esterno ed è sostenuto dalle vescicole di trasporto. Il trasporto vescicolare è reso possibile da un continuo processo di gemmazione cui segue un processo di fusione delle stesse vescicole di trasporto.

7. Traffico 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.

8. Traffico 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.

9. Traffico Vescicolare Affinchè il trasporto vescicolare sia operato correttamente, è necessario che ogni vescicola di trasporto porti con sé solamente le proteine necessarie al destinatario e si fondi in maniera appropriata con la membrana bersaglio. Questo è il motivo per il quale i diversi tipi di vescicole di trasporto sono caratterizzati da un corredo molecolare specifico.

10. Gemmazione Vescicolare • Le vescicole che gemmano dalla membrana plasmatica mostrano un tipico rivestimento proteico sulla faccia rivolta verso il citosol; • Il rivestimento da un lato ha la funzione di conferire la conformazione a gemma e dall’altro permette l’inglobamento delle molecole da trasportare; • Il rivestimento proteico meglio conosciuto è rappresentato dalla CLATRINA; • Le vescicole rivestite di clatrina possono gemmare dall’apparato del Golgi, via secretoria, oppure dalla membrana plasmatica nella via endocitica.

11. Gemmazione Vescicolare Immagine al microscopio elettronico che mostra le vescicole che gemmano sulla membrana plasmatica di cellule epiteiali poste in coltura.

12. Assemblaggio di una Vescicola Secretoria Rivestita da Clatrina

13. I recettori di carico hanno il compito di riconoscere e legare le molecole da trasportare; • Le adaptine hanno il compito di legare da un lato i recettori di carico e dall’altro le molecole di clatrina; • Le molecole di clatrina si aggregano in una rete a forma di canestro sulla faccia citosolica della membrana stabilizzando così l’ associazione molecolare; • Le molecole di dinamina sono capaci di legare GTP e si aggregano in un anello intorno alla radice di ogni fossa nel momento in cui è profondamente invaginata.

14. Clatrina

15. 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.

16. Esistono diversi tipi di proteine di rivestimento dedicate al trasporto vescicolare.

17. La Specificità delle Vescicole • Le vescicole di trasporto devono riconoscere specificamente l’organello bersaglio affinchè avvenga la fusione e la liberazione del contenuto; • Riconosciamo pertanto le proteine transmembrana v-SNARE, presenti sulle vescicole, che vengono specificamente riconosciute da sequenze t-SNARE situate al livello della membrana target; • La fusione delle membrane può non seguire immediatamente il riconoscimento sostenuto dagli SNARE.

18. La Specificità delle Vescicole

19. La Fusione delle Vescicole • La fusione richiede una distanza fra le due membrane non maggiore di 1,5 nm; • Affinchè si stabilisca un rapporto così stretto, l’acqua deve essere necessariamente esclusa dalla superficie idrofilica della membrana, processo energeticamente sfavorito; • E’ stata ipotizzata, pertanto, la presenza di proteine specifiche che, associandosi al sito di fusione, formano un complesso che consente il superamento di questa barriera energetica.

20. PERCORSO SECRETORIO • La maggior parte delle proteine subiscono modificazioni covalenti al livello del reticolo endoplasmatico: • Formazione di ponti disolfuro, per ossidazione a coppie di catene laterali di cisteine, che si realizzano nel lume del RE; • Glicosilazione a carico delle proteine che entrano nel lume del RE o nella sua membrana ad opera di enzimi glicosilanti.

21. La glicosilazione avviene quasi subito dopo l’ingresso del peptide nel lume dell’RE grazie all’aggiunta in blocco di catene laterali oligosaccaridiche a particolari Asparagine (asparagina-X-serina oppure treonina). Le sequenze oligosaccaridiche sono fissate al dolicolo, un lipide specializzato della membrana del RE.

22. Il legame si stabilisce in una sola reazione catalizzata da un enzima legato alla membrana, una protein olisaccaride transferasi, e l’asparagina facente parte della sequenza che determina appunto il sito della N-glicosilazione.

23. E’ da ricordare che l’uscita dal RE è ben controllato: • Le proteine destinate a funzionare nel RE, sono trattenute da una breve sequenza (4aa) detta segnale di ritenzione in RE, riconosciuta da uno specifico recettore presente sulla membrana del RE stesso; • Le proteine destinate al transito in altre sedi, devono superare una vera e propria selezione. SELEZIONE Essa è sostenuta dall’azione di proteine secondatrici residenti (chaperon) che hanno il compito di trattenere le proteine nel RE finchè non assumono la conformazione più idonea al transito; se ciò non accade, le proteine vengono degradate.

25. L’apparato di Golgi

26. E’ situato vicino al nucleo e consiste di una serie di cisterne appiattite, delimitate da membrane e disposte le une sulle altre ed il loro numero varia a seconda del tipo cellulare in esame; • Distinguiamo un lato di ingresso, o cis, ed uno di uscita, ovvero in trans; • Nel Golgi cis arrivano le proteine provenienti dal RE via vescicole di trasporto; • Attraverso il Golgi trans, invece, transitano le proteine destinate alla superficie cellulare o ad altri comparti cellulari, opportunamente veicolate da vescicole di trasporto.

29. 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.

32. Rielaborazione dell’Oligosaccaride nell’ER e nell’Apparato di Golgi Generazione di Catene Oligosaccaridiche Complesse

33. Nell’RE, l’elaborazione inizia con la rimozione dei glucosi dall’oligosaccaride trasferito iniziamente alla proteina; • Una mannosidasi della membrana dell’RE rimuove un mannosio specifico. • 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 mannosi così che possano essere aggiunte altre 2 molecole di N-acetilglucosamina; • La successiva aggiunta di tre molecole di galattosio e tre di acido sialico completa l’oligosaccaride complesso.

34. 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. In questo modo, per esempio, 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.

35. Si ritiene che il trasferimento ordinato delle proteine da un compartimento a quello immediatamente successivo si compia 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. • Finalmente dall’ ultimo compartimento si liberano vescicole dirette verso destinazioni finali diverse. • Infatti, 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.

37. Forme di Secrezione Esistono due forme di secrezione: • Secrezione Costitutiva; • Secrezione Regolata. Nella Secrezione Costitutiva le proteine costituenti i prodotti di secrezione vengono immediatamente trasferite all’esterno attraverso le vescicole di secrezione che vanno a fondersi con la membrana plasmatica durante il ciclo di produzione. Nella Secrezione Regolata le proteine vengono conservate nelle vescicole di secrezione che la cellula può accumulare finchè un appropriato stimolo non ne induce la secrezione.

38. Forme di Secrezione La Secrezione Costitutiva è continua e fornisce, per esempio, proteine di nuova sintesi alla membrana plasmatica nel caso in cui questa deve crescere di dimensioni per poi dividersi. La Secrezione Regolata è intermittente e le vescicole si accumulano in prossimità della membrana, ma si fondono con essa solo quando la cellula viene stimolata da un segnale extracellulare rappresentato ad esempio da un aumento del livello ematico di glucosio che segnala ad alcune cellule pancreatiche di secernere l’ormone insulina.

39. ENDOCITOSI Le cellule eucariotiche sono in grado di assumere fluidi, molecole piccole e molecole grandi attraverso il processo di endocitosi. Riconosciamo: • La Fagocitosi ovvero l’ingestione di solidi e • La Pinocitosi ovvero l’ingestione dei liquidi.

40. FAGOCITOSI Negli organismi animali esistono cellule specializzate, chiamate fagociti o macrofagi che esercitano la fagocitosi. Sono cellule di origine ematica e sono in grado di distruggere batteri, virus, cellule morte o gravemente danneggiate. Essa si divide in due fasi consecutive rappresentate dal riconoscimento della particella da ingerire ed il suo internamento.

41. Riconoscimento Le particelle virali o batteriche non sono direttamente aggredibili dalle cellule fagocitarie perché sprovvisti di specifici ligandi affini ai loro recettori. In questo caso, le cellule immunocompetenti dell’organismo possono produrre anticorpi diretti contro i determinanti antigenici presenti sulla superficie della particella virale o batterica così che i macrofagi possano riconoscere e legare con i loro recettori gli anticorpi adesi alla superficie della particella stessa.

42. Internamento L’internamento delle particelle segue il riconoscimento e porta al loro trasferimento nel corpo cellulare, entro un involucro di membrana che lo separa dal citoplasma chiamato fagosoma e ad esso si fondono i lisosomi. Nei lisosomi secondari, quindi, il materiale fagocitato può essere digerito, ma i prodotti della digestione tornano nel citoplasma ed i residui inutilizzabili vengono successivamente espulsi.

43. PINOCITOSI La pinocitosi consiste nell’introduzione nel corpo cellulare di minuscole goccioline di liquido prelevate dall’ambiente extracellulare attraverso la formazione di vescicole pinocitotiche. Distinguiamo la pinocitosi aspecifica e la pinocitosi selettiva.

44. PINOCITOSI ASPECIFICA La pinocitosi aspecifica provvede all’assunzione di liquidi extracellulari attraverso la formazione di vescicole, ma non si assiste a nessuna modificazione della composizione. In questo modo la cellula introduce i materiali presenti nel liquido extracellulare in quantità proporzionali alla loro concentrazione.

45. PINOCITOSI SELETTIVA Nella pinocitosi selettiva o 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.

46. 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.

47. 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.

49. ORGANIZZAZIONE della FORMA e dei MOVIMENTI La morfologia e le funzioni di una cellula sono strettamente interdipendenti, nel senso che lo svolgimento delle attività di ogni singola cellula richiede da un lato il mantenimento dell’organizzazione interna e dall’altro quello della forma. ESEMPI: • La conformazione allungata della cellula muscolare rende più efficace la loro attività contrattile; • La presenza di lunghi e sottili prolungamenti è essenziale per la funzione di conduzione delle cellule nervose; • La presenza dei microvilli sulla superficie delle cellule epiteliali intestinali è una caratteristica importante per la loro attività di assorbimento selettivo di molecole.

50. Il Citoscheletro Il citoscheletro contribuisce: • A conferire la forma; • Ad organizzare una disposizione ordinata degli organelli; • A determinare sia i movimenti interni richiesti dalle attività cellulari sia gli eventuali spostamenti della cellula nell’ambiente extracellulare.