Biologia cellulare animale e vegetale, Appunti di Biologia Cellulare

Scarica Biologia cellulare animale e vegetale e più Appunti in PDF di Biologia Cellulare solo su Docsity! IL CITOSCHELETRO Gli organelli della cellula sono contenuti in un fitto reticolo proteico chiamato reticolo microtrabecolare o più comunemente citoscheletro. | 3 tipi di filamenti proteici che formano il citoscheletro sono: e imicrotubuli con diametro di 25 nm; e i filamenti intermedi di diametro di 10 nm; e imicrofilamenti di diametro di 7 nm. Ciascun tipo di filamento è un polimero, quindi è costituito da proteine più piccole chiamate monomeri. L’actina monomerica (o g-actina che se polimerizzata forma la f-actina) compone i microfilamenti. La tubulina compone i microtubuli, la tubulina non è un vero e proprio monomero, bensì un dimero di alpha e beta tubulina, quindi due proteine che interagendo tra di loro formano un dimero che si ripete più volte fino a formare i microtubuli. I monomeri dei filamenti intermedi, a differenza dei monomeri dei microfilamenti e dei microtubuli che sono sempre uguali, sono diversi da cellula a cellula. L’Actina si dispone in fasci detti “fibre da stress” importanti per il movimento ameboide della cellula, questi fasci vanno a formare dei ripiegamenti della membrana plasmatica. L’actina si dispone in modi diversi nei vari tipi di cellule, può infatti formare: e MICROVILLI attraverso il quale la cellula aumenta la superficie di assorbimento al livello intestinale (da non confondere con le ciglia vibratili che ritroviamo nell’epitelio della trachea che hanno invece il compito di non far entrare sostanze nei bronchi) FASCI CONTRATTILI LAMELLIPODI E FILOPODI i secondi sono generalmente degli assoni, sono importanti perchè attraverso di essi la cellula avverte ciò che ha la circonda e ANELLI CONTRATTILI che si formano nell’ultima fase della divisione cellulare Il monomero dei microfilamenti è la g-actina chiamata così perchè globulare, quando parliamo di microfilamenti parliamo di f-actina cioè fibrillare perché si dispone in fasci. La g- actina polimerizza tramite cationi bi o monovalenti come per esempio magnesio e potassio. Se abbiamo alte concentrazioni magnesio e potassio la polimerizzazione avviene più facilmente. L'actina ha un sito di legame con l’ATP e questo influenza la polimerizzazione anche se la presenza degli ioni bivalenti o del potassio la influenza maggiormente. L’actina polimerica si organizza in 2 filamenti che si avvolgono ad elica, quest'ultima ha una polarità non di tipo chimico ma una polarità strutturale, l'estremità negativa ha una struttura completamente differente dall estremità positiva. Per capire la struttura elicoidale è stata fatto un esperimento: la miosina attraverso una digestione triptica cioè, attraverso l'enzima chiamato tripsina, che taglia in maniera specifica dei particolari legami peptidici (legami che tengono uniti gli amminoacidi), è diventata meromiosina pesante(HMM). Quest'ultima legandosi all’actina e formava un angolo di 45 °, questo permise agli scienziati di scoprire e definire la polarità del filamento. La disposizione ad elica delle teste di miosina ha l'aspetto di una freccia dove la punta è l'estremità negativa e la base quella positiva. Il filamento di actina ha una struttura dinamica e infatti in ognuno si instaura un flusso di polimerizzazione alla base con ATP, e di depolimerizzazione alla punta con ADP, quindi lungo il filamento avviene un continuo flusso di monomeri. L’assemblaggio di microfilamenti avviene in 3 fasi in vitro: 1. Fase di ritardo dove si formano polimeri di 4/5 nuclei con l’attivazione del monomero (nucleazione) 2. Fase di allungamento dove si formano dei filamenti corti che per accoppiamento si uniscono tra loro 3. Fase stazionaria dove il filamento tende a smettere di crescere, la quantità di actina che polimerizza è pari a quella che depolimerizza, questo movimento è detto di “treadmilling”. Le proteine ancillari dell'actina (o actin binding protein) sono delle proteine che legano l'actina e che permettono l'assemblaggio in vivo, queste agiscono sia sulla g-actina che sulla f-actina. Le molecole che interagiscono con la g-actina e ne regolano l’attività sono: - le profiline - le Beta-timosine - DNasil - VitaminD-binding protein - Depactina e Actoforina. Le molecole che interagiscono con la f-actina sono: - le end-blocking protein: per esempio la gelsolina che lega l’actina all'estremità + andando a bloccame la polimerizzazione; Le proteine cappuccio sono incluse nelle end-blocking e hanno il compito di bloccare le estremità per impedirne la depolimerizzazione. -. le cross-linking protein che legano fasci paralleli (alpha-actinina> fasci stretti; miosina; spectrina+ forma dei reticoli nella membrana creando legami crociati tra la membrana e l’actina; filamina+ a forma di pinza, importante per la rete di actina che si forma all'interno dei lamellopodi; distrofina+svolge lo stesso ruolo della spectrina nelle cellule muscolari) - side-binding protein che legano l’actina lateralmente (tropomiosina). La timosina inattiva la polimerizzazione della g-actina, al contrario la profilina ne attiva la polimerizzazione. Poi inizia la fase della nucleazione dove possono entrare in gioco 2 diverse proteine: - Arp 2/3 importante per la ramificazione dell’actina, permette la formazione dei nuclei di polimerizzazione per un aggancio laterale (es. filopodi) - Formine generano dei fasci paralleli di actina La concentrazione di magnesio è elevata all’intemo del citosol per cui noi abbiamo sempre una g-actina attivata dagli ioni magnesio, quando parliamo di una proteina attivata parliamo di una proteina capace di assumere una conformazione più adatta alla polimerizzazione. Un altro fattore che aumenta la polimerizzazione è il legame con l’atp, al contrario un monomero legato all’adp tenderà a depolarizzare. Ci sono diversi tipi di actina: alpha beta e gamma actina. aspetto appunto striato. Ogni banda di chiara è divisa da una linea Z, la parte compresa tra 2 linee Z è chiamata sarcomero. - l mitocondri Le fibre muscolari si organizzano i fasci che insieme al tessuto connettivo formano il muscolo, questo nel suo insieme avvolto dell'epimisio, mentre il perimisio avvolge il fascio e l'endomisio avvolgete ciascuna fibra. LE PROTEINE CONTRATTILI (SARCOMERICHE) si slarha Banda I: è la banda di actina i “ ni Banda A: è la banda miosina Apo dimo Zona M: zona nuda della miosina banda | banda A banda | ore z "Mi z _ —— di == ina dI Ò n è Ò i ; IL MODELLO DELLO SCIVOLAMENTO EI Tate 0-actinina Il filamento sottile (filamento di actina) pesta CO LELFIAMENTI ue _—_—————————€ i è inci, - E cn scivola lungo quello spesso (di miosina) / TR ESimonin questo fa avvenire la contrazione fiamento spille - ipmento spesso miosifà adina culo tropomodulint N dato La Tropomiosina si inserisce nei solchi dell’actina e va a coprire il punto in cui si dovrebbero legare le teste di miosina, a questo punto la troponina riesce per una frazione di tempo a spostare la tropomiosina così da permettere il legame tra la miosina i filamenti di actina. In particolare di troponina abbiamo tre subunità: - subunità A che prende contatto con l'actina - subunità C sensibile al calcio - subunità T che interagisce con la tropomiosina Il rilascio di calcio attiva la subunità C che a sua volta attiva la subunità A e la subunità T, questo permette alla miosina di attaccarsi all'actina e di iniziare il ciclo della contrazione (inizio, distacco, idrolisi ATP, attacco e inclinazione). Il calcio riveste un ruolo fondamentale per la regolazione di tutti questi meccanismi. Nella muscolatura striata il calcio permette alla subunità C di attivare le altre due scoprendo il sito di legame dell'actina per le teste di miosina. Nel caso della muscolatura liscia parliamo di movimento involontario, in quella striata il movimento è volontario. Sono i neuroni motori che ci permettono di far avvenire il movimento quando lo dice il nostro cervello. Nel muscolo scheletrico ci sono delle terminazioni nervose che vanno a formare una struttura chiamata giunzione neuromuscolare, cioè una sinapsi che mette a contatto le cellule dove avviene una segnalazione sinaptica. La membrana plasmatica presenta i tubuli T, cioè i punti in cui la membrana si invagina ed entra a contatto con il reticolo endoplasmatico liscio. Quest'ultimo sulla membrana presenta delle pompe per il calcio, grazie a queste ultime il reticolo immagazzina gli ioni calcio contro gradiente di concentrazione, quindi all’interno del reticolo noi abbiamo delle riserve di calcio. Neuromuscular tI L'assone terminale rilascia i neurotrasmettitori (acetilcolina) che si legga i canali per il sodio, modificandoli, e permettendo al sodio di entrare e depolarizzare la membrana. Il reticolo sarcoplasmatico Il tubulo T cioè la membrana depolarizzata è a stretto contatto con il reticolo sarcoplasmatico all’interno del quale c’è il calcio. Nel momento in cui abbiamo la depolarizzazione della membrana, in particolare del tubulo T, la proteina di quest'ultimo che comunica con la proteina canale del lume del reticolo endoplasmatico liscio, fa aprire il canale e fa uscire il calcio che viene rilasciato in prossimità delle teste dei filamenti sottili a disposizione quindi della troponina che va ad allontanare la tropomiosina e attivare il meccanismo di contrazione muscolare. MICROTUBULI Appaiono concentrati in un'area perinucleare, svolgono parte del traffico vescicolare, formando una sorta di rotaia su cui si muovono le vescicole. e Inunacellula in interfase si irradiano su tutto il citosol fino ad arrivare la membrana plasmatica. e Nei corpi ciliati la struttura interna è costituita da microtubuli con un'organizzazione diversa + microtubuli assonemali, la stessa struttura la troviamo nel flagello. e Durante la divisione cellulare si occupa della formazione del fuso mitotico importante per la divisione dei cromatidi fratelli nella mitosi e dei cromosomi omologhi e dei cromatidi fratelli per la doppia divisione che c'è nella meiosi. e Nel neurone sono fondamentali nel traffico neuronale che ha una specifica direzionalità, ovvero verso il terminale assonico. I microtubuli sono costituiti da un eterodimero cioè da due proteine diverse chiamate alfa tubulina e beta tubulina che unite insieme polimerizzano a formare lunghe catene chiamate protofilamenti, questi ultimi si avvolgono a spirale legandosi tra di loro impasto sinistrorso e parallelo a gruppi di 13 per formare i microtubuli cavi all’interno. Alfa e beta tubulina hanno siti di legame per il GTP (guanosintrifosfato), ma lo legano in maniere differenti: - alfa tubulina ha un N-site + NOT EXCHANGEABLE - beta tubulina ha un E-site + EXCHANGEABLE può scambiare il GTP con il GDP, questa idrolisi permette un riarrangiamento di siti di legami per un nuovo dimero di alfa e beta tubulina Tubulina beta 8a Eterodimero Anche nei microtubuli abbiamo polarità strutturali infatti all'estremità positiva abbiamo il monomero beta all'estremità negativa il monomero alfa. Il microtubulo oltre ai legami longitudinali ha anche legami laterali importanti per l'instabilità dinamica questi legami laterali all'estremità sono più instabile rispetto alla parte Tubulina alfa ° Microtubulo centrale. (A) (8) (O) Protofilamento Polo + Nella parte positiva (subunità beta) avviene quindi polimerizzazione che dipende dall’idrolisi del GTP al, l'idrolisi può essere ritardata e può formare il cappuccio di GTP che è fondamentale per la stabilità dei legami laterali del microtubulo. Quindi la parte positiva avrà i legami laterali più forti rispetto alla parte negativa Nella parte negativa (subunità alfa) una depolimerizzazione. FORMAZIONE DEI MICROTUBULI IN PROVETTA Nella formazione di microtubuli non c'è l'attivazione del monomero perché già li abbiamo sotto forma di dimeri, questi insieme formano gli oligomeri, questo processo avviene molto Le ciglia vibratili Le ciglia e i flagelli sono molto simili tra di loro, le prime sono più abbondanti nel nostro corpo, mentro i flagelli li troviamo nei mammiferi al livello di cellule quali i gameti maschili (gli spermatozoi). Mentre lo spermatozoo ha un unico flagello molto lungo, le ciglia sono molto corte e molto abbondanti, le troviamo in diversi tessuti epiteliali per esempio, nella trachea umana, l’epitelio ciliato è importante per rimuovere il muco dalla trachea, oppure si trovano anche nelle tube uterine umane importanti per spingere l'ovocita verso l’utero. Le ciglia hanno un sistema citoplasmatico costituito da radichette cagliari la cui organizzazione ad oggi è ancora non molto chiara, questo sistema di radichette cigliari va a confluire in una struttura chiamata corpuscolo basale fondamentale perché è un centro di organizzazione microtubulare e dal corpuscolo basale parte una zona di transizione chiamata piastra basale dopo del quale, parte il vero e proprio microtubulo assonemale cioè quello che va a costituire le ciglia ed è la porzione libera della struttura delle ciglia vibratili che da il movimento alle ciglia, la lunghezza di queste ciglia va dai 5 ai 10 micron e la larghezza è di 0,2 micron. La porzione che va dalla piastra basale al sistema delle radichette cagliari è detta porzione infissa cioè che non può muoversi, mentre la porzione delle ciglia vibratili può muoversi perché il ciglio permette il movimento non della cellula ma del liquido extracellulare, il ciglio muovendosi spinge il muco extracellulare e lo muove verso una determinata direzione. La struttura del ciglio è detta 9+2, ha 9 coppie di microtubuli (doppietti tubulo A completo e tubulo B incompleto), al centro della struttura dell’assonema una coppia di singoletti che sono avvolti da una guaina a spirale dalla quale partono i raggi che congiungono i singoletti centrali con tutte le nove coppie di microtubuli. Ogni tubulo A è legato al tubulo A successivo da dei ponti proteici, in più su ogni tubulo A abbiamo una proteina MAP in particolare una dineina cioè una proteina motrice. Le braccia di dineina sono importanti nel movimento del tubulo, ogni braccio durante il movimento si associa al tubulo B. C'è una porzione di transizione in cui vengono a perdersi i singoletti all’interno della guaina, per poi arrivare al corpuscolo basale in cui perdiamo completamente la coppia interna di microtubuli e cambia la struttura del tubulo perché abbiamo delle triplette. Il movimento ciliare si divide in: - Movimento pendolare in cui il ciglio resta rigido tranne che alla base - Movimento a flusso composto da fase attiva o efficace e da una fase di recupero o ritorno. Nella fase attiva la parte assonemale a un certo punto termina ed è fissa, il movimento che avviene è uno scivolamento come nel caso del movimento actinico, a scivolare è il tubulo A successivo sul tubulo B precedente, la dineina attivata dell'ATP va a legare a 90° il tubulo B, nel momento in cui rilascia il l'atp la dineina cambia il suo angolo di 45°, come faceva anche la miosina. Si verifica uno scivolamento di un microtubo sull'altro tuttavia la parte fissa, ma anche la presenza delle strutture proteiche quali la guaina centrale, i raggi e i ponti fanno si che la Movimento del ciglio direzione del moto sia laterale. La ate fase di recupero è la fase che ai teen precede il ritorno alla normalità del TA LR ciglio. 10 Nei flagelli abbiamo sempre un movimento di scivolamento che si traduce in un movimento ondulatorio, la struttura può variare si può avere il classico 9+2 oppure in 9+0 oppure ancora in 9+1, la struttura quindi dipende dalla porzione centrale dei microtubuli. Filamenti intermedi A differenza dei microtubuli esistono diversi tipi di microfilamenti: - Diclasse 1e 2 ne fanno parte le cheratine che si trovano negli epiteli, Le cheratine si dividono a loro volta in cheratine acide e cheratine basiche che si trovano all'interno degli epiteli stratificati, quindi a seconda dei diversi strati abbiamo diversi tipi di cheratine. - Di classe 3 ne fanno parte le vimentine (presenti sul tessuto connettivo), le desmine (presenti nei muscoli) e le proteine fibrillari caratteristiche delle cellule delle glia (che rivestono le cellule nervose) - Di classe 4 ne fanno parte le proteine dei neurofilamenti, cioè dei filamenti intermedi specifici del neurone - Di classe 5 ne fanno parte le lamine nucleari tipici del nucleo - Di classe 6 Ne fanno parte | neurofilamenti embrionali I filamenti intermedi sono molto stabili, danno quindi stabilità al citoscheletro e all’assone. Sono costituiti da proteine fibrose organizzate a formare stesse strutture intrecciate che stabilizzano l'architettura cellulare e contribuiscono a mantenere nella forma. alcuni filamenti intermedi entrano in gioco nella adesione delle cellule tra loro, altri costituiscono la lamina nucleare. Riassumendo: I filamenti intermedi sono polimeri forti, ma flessibili che fomiscono sostegno meccanico alle cellule. Hanno Diverse proprietà caratteristiche che li distinguono dai microfilamenti E dai microtubuli: e Sono biochimicamente molto più eterogenei, esistono subunità dei filamenti intermedi diverse, ma correlate evolutivamente, che sono spesso stress in modo tessuto-dipendente e hannogrande forza tensile e Non hanno una polarità intrinseca come i microfilamenti ed i microtubuli, le loro unità costituenti non si legano ad un nucleotide punto dato che non hanno polarità intrinseca non si conoscono proteine motori che li usino come rotaie e Nonostante siano dinamici in termini di scambio di subunità, sono molto più stabili dei microfilamenti e dei microtubuli dato che la velocità di scambio è molto più lenta. non si trovano in tutti gli eucarioti: i funghi e le piante non hanno filamenti intermedi Tutti i filamenti intermedi hanno una struttura base principale costituita dalla testa da un bastoncello intermedio e dalla coda, ciò che li distingue sono i diversi domini proteici. Si parte da un monomero che può diventare un dimero a spirale ritorta cioè con le Alfa eliche intrecciate, il dimero può associarsi a formare un tetramero che più specificatamente si forma mediante aggregazione sfalsata e antiparallela di due dimeri identici che si aggregano coda coda formando un protofilamento. Le coppie di protofilamenti si associano lateralmente formando una protofibrilla. L'associazione laterale di 4 protofibrille forma un cilindro con 10 nanometri di spessore. Quindi queste strutture che possono poi legarsi alla 11 membrana plasmatica tramite proteine di giunzione permettono alla cellula di essere resistente alla tensione. Una delle principali funzioni dei filamenti intermedi è il sostegno meccanico un esempio per illustrare questa funzione è il tessuto epiteliale in particolare Il tessuto stratificato della pelle cioè dell'epidermide. 1 filamenti intermedi si trovano anche nel nucleo ma non si organizzano a corda bensì a lamina (lamine nucleari), questo dipende proprio dalle loro proprietà intrinseche e strutturali diverse. Sono molto importanti sia perché danno una struttura al nucleo ma anche durante la divisione di quest'ultimo. GIUNZIONI CELLULARI L'adesione e le giunzioni cellulari e le strutture extracellulari L 1 La matrice extracellulare delle cellule animali: I collageni sono responsabili della resistenza della matrici Hulare: Un precursore chiamato procollagene forma molti tipi di collagene tessuto-specifici; Le giunzioni cellula-cellula Le clastine conferiscono de flessibilità alla matrice 3 i Le fibre di colla; na sono immerse Riconoscimento e adesione tra cellule: Le giunzioni aderenti permettono di unire una in una matrice di proteogi pe L'adesione tra le cellule è mediata da proteine fl [cellula all'altra (giunzioni aderenti, desmosomi): transmembrana (CAM, Caderine); si impediscono il attraverso gli strati lubrifica le articolazioni e ione cellulare; 1 residui glucidici sono importanti nel riconoscimento e nell’adesione cellula-cellula (Lectine, Selectine). ‘ancorano le cellule alla xtracellulare: Le fibronectine legano le cellule alli extracellulare e guidano il movimento cel Le laminine ancorano le cellule alla lamina ba Le integrine sono recettori della superficie cellulare che legano i componenti alla matrice Il glicocalice è una zona rieca di carboidrati presente alla periferia delle cellule animali. Le Cam sono tutte appartenenti ad una famiglia e si differenziano per i loro legami, per esempio le caderine riconoscono solo le caderine. Esistono altri tipi di Cam che invece hanno grandi domini di zuccheri e carboidrati e fanno interazioni eterofiliche (legame con una molecola differente sulla membrana della cellula adiacente) Caderine sono importanti perché permettono il riconoscimento tra due cellule di uno stesso tessuto, sono proteine transmembrana, hanno un dominio extracellulare, idrofobico, che attraversa la membrana plasmatica e un dominio citosolico tramite il quale le proteine interagiscono con il citoscheletro mediante proteine accessorie. Nella porzione extracellulare le caderine dello stesso tipo riconoscono caderine su un'altra cellula. Esistono diversi tipi di caderine: dell'epitelio, della placenta, dei neuroni, della retina e dell'endotelio vascolare. Le caderine hanno nella porzione extracellulare dei siti di legame, il dominio EC1 è importante perché è il sito di riconoscimento compatibile con il dominio della cellula adiacente, se così non è non avverrebbe il legame perchè le caderine possono dar luogo solo a legami omofilici. 12 Il ruolo di queste proteine è quello di andare a costituire due compartimenti per esempio nell'epitelio impedisce l'entrata di batteri e di altre sostanze nel nostro organismo, stessa cosa avviene nell'intestino in modo che gli alimenti passino solo grazie alle interazioni con la membrana plasmatica. Nelle cellule endoteliali che rivestono i vasi sanguigni al livello del sistema nervoso sono diversi, esistono li delle cellule specializzate i neuroni che non appena notano qualcosa di strano vanno incontro a morte, per evitare ciò bisogna che sia mantenuto l'equilibrio all’interno del tessuto, tutto questo è reso possibile da cellule chiamate astrociti che in continuazione assistono i neuroni. Se i vasi sanguigni permettessero a tutte le sostanze di entrare gli astrociti farebbero molta più fatica a mantenere l'equilibrio, per questo è necessaria una netta separazione (barriera ematoencefalica: costituita da cellule endoteliali). Le cellule endoteliali essendo molto unite tra di loro attraverso giunzioni strette impediscono il passaggio di soluti, sostanze e batteri tra il sangue e il sistema nervoso, tutto ciò contribuisce a mantenere l'equilibrio. Nel fegato non avviene tutto questo perché lì c'è bisogno di notevoli scambi. Le giunzioni si trovano quindi al livello degli epatociti e tengono separati sangue e bile. Un'altra barriera molto importante la ritroviamo nell'apparato riproduttivo maschile a livello delle cellule del Sertoli, cellule di sostegno che hanno la funzione di guidare le cellule germinali attraverso i passaggi della spermatogenesi. Sono inoltre responsabili del mantenimento di un certo numero di spermatogoni che, essendo cellule staminali, assicurano sia la propria omeostasi (il mantenimento di un numero fisso di spermatogoni) sia il differenziamento in cellule mature, fino al rilascio degli spermatozoi. Inoltre la giunzione stretta permette di mantenere un corretto differenziamento tra le proteine di membrana, infatti le proteine nella parte baso-laterale non si mescolano con quelle della parte apicale. Giunzioni comunicanti Permettono la comunicazione del citosol di due cellule adiacenti, si trovano nella parte basale della membrana e sono costituiti da strutture dette connessoni, possiamo considerarli emiconnessoni uno di una cellula e uno dell'altra, l'unione tra questi forma un canale che permette la comunicazione del citosol, sono molto importanti dove c'è una bassa vascolarizzazione per esempio negli epiteli, e servono per scambiarsi nutrienti e informazioni. Le giunzioni gap sono presenti tra le cellule di tutti gli animali pluricellulari ed occupano fino al 25% dell'area della membrana punto sono stretti spazi della ampiezza di circa 2 nm tra le membrane plasmatiche di due cellule adiacenti. A livello della giunzione sono presenti particelle interne alla membrana disposte a formare strutture esagonali. Sono costituite da un'unica proteina la connessina, diverse molecole di connessina si raggruppano a formare una struttura denominata 15 connessoni. | connessioni sono dei canali proteici del diametro di circa 8 nm, che formano un foro del diametro di circa 2 nm che connette le due cellule. La connessina presenta un dominio idrofobico che le consente di attraversare la membrana quattro volte e due domini idrofilici sul versante citoplasmatico ed intracellulare. Connessina COOH Membrana { Meambrana Connessone (cellula A) Connessone (cellula B) la Connessine Il canale formato dalla giunzione Gap permette di trasferire da una cellula all'altra molecole ioni, funzioni che risultano particolarmente importanti nei tessuti posti a distanza dai capillari sanguigni. queste giunzione intervengono nella trasmissione di segnali sotto forma di fattori morfogenetici, durante lo sviluppo. Inoltre assicurano la sincronizzazione cellulare in alcuni tessuti come per esempio nel tessuto cardiaco o nell’utero. Le connessine possono essere tutte uguali e quindi formeranno un connessone omomerico, se diverse formeranno un connessone eteromerico. se vanno ad unirsi due connessoni omomerici andranno a formare canali intercellulari omotipici, se invece andranno ad unirsi due @isiaio dbde Fila, connessioni eteromerici oppure un | comnessoni 0 canallinercelivati connessone omomerico con uno eteromerico si andranno a formare canali intercellulari eterotipici. Questi canali li ritroviamo nel muscolo cardiaco presenta cellule separate che si sincronizzano grazie alla presenza di queste giunzioni nei dischi intercalari ossia nei punti dove avviene il contatto cellula cellula tra due fibre cardiache, il miocita 1 e 2 al livello del disco intercalare presentano le giunzioni GAP. Nel muscolo scheletrico questa giunzione non è importante perchè è un sincizio quindi i miociti non sono separati ma uniti tra loro quindi non hanno bisogno delle giunzioni GAP. 16 Questo non è importante solo per il passaggio di elettroliti ma anche per la comunicazione tra le cellule, ad esempio nel tessuto osseo le cellule sono disperse in una struttura molto rigida quindi questo esame lo dell'osso che sono chiamate osteociti sono intrappolate all'interno della matrice ossea, allora come comunicano? hanno dei prolungamenti che si infiltrano all'interno della matrice ossea e andranno a prendere contatto con prolungamenti di altri osteociti, si formeranno quindi giunzioni GAP che permetteranno agli osteociti di comunicare tra loro. Anche gli epiteli hanno giunzioni Gap perché non sono irrorati quindi per ricevere il nutrimento e per scambiarsi informazioni utilizzano queste giunzioni. Le giunzioni tuttavia non sono sempre aperte l'apertura di queste ultime può essere regolata dalle concentrazioni di calcio e dallo ione H+, quindi dal pH. Il connessione è chiuso quando c'è alta concentrazione di ioni calcio e basso pH nel citosol, è invece aperto quando c'è bassa concentrazione di calcio e alto pH nel citosol. Giunzioni adesive Alcuni tipi cellulari sono adesi tramite giunzioni specializzate: - giunzioni aderenti o desmosomi a cintura - desmosomi o desmosomi a macchia Queste giunzioni sono mediate da una classe di Cam chiamate caderine, nei desmosomi queste prendono nomi particolari. Le giunzioni aderenti sono presenti negli epiteli con le giunzioni occludenti, in questo tipo di giunzione le membrane plasmatiche delle due cellule sono separate da uno spazio di circa 20-35 nm, all'interno del quale si trovano le caderine connesse al citoscheletro mediante i microfilamenti. Le caderine sono glicoproteine presenti nella membrana plasmatica della maggior parte delle cellule animali. Mediano i processi di riconoscimento ed adesione tra le cellule. Le caderine richiedono ioni calcio per il loro funzionamento e sono caratterizzate da una serie di subunità simili a livello del dominio extracellulare, queste interagiscono tra di loro se presente il calcio. Queste giunzioni in un epitelio si trovano sotto la giunzione occludente e vanno a stringere ancora di più il tessuto, ma sono importanti anche per il riconoscimento e per la formazione del tessuto stesso. Le caderine al livello intracellulare interagiscono con proteine chiamate catenine che interagiscono con i microfilamenti di actina quindi queste giunzioni tengono unito il citoscheletro di diverse cellule formando un fascio di giunzioni per tutta l'adesione tra le cellule, dove è coinvolta sia la porzione extracellulare ma anche la parte interna. I desmosomi sono localizzati a macchia di leopardo, sono strutture discoidali presenti particolarmente negli epiteli dove si trovano in posizione basale rispetto alle giunzioni aderenti. Lo spazio tra le cellule è costituito da un materiale vischioso, la 17 strato di materiale specializzato presente tra le cellule epiteliali e il tessuto connettivo sottostante. La membrana basale costituisce una struttura di supporto che mantiene l’organizzazione dei tessuti e costituisce una barriera di permeabilità. Tutte le lamine basali contengono, oltre alla laminina, collagene di tipo IV ed un'altra glicoproteina la entactina. La laminina è una glicoproteina costituita da tre catene polipeptidiche alfa, beta e gamma, e queste formano una struttura a croce stabilizzata da ponti disolfuro. Come la fibronectina, anch'essa presenta domini capaci di legare il collagene di tipo IV, l'eparina, l'entactina, i proteoglicani e le superfici cellulari. Tramite questi legami essa funge da ponte tra le cellule e le lamine basali. Proteine adesive + proteoglicani fanno parte della componente amorfa della matrice, è detta amorfa proprio per la presenza dei proteoglicani che la rendono altamente idratabile. | proteoglicani costituiscono una rete gelatinosa ed idratata in cui sono immerse le proteine della MEC incluse le proteine strutturale quindi elastina e collagene e quelle adesive. Sono amico proteine che portano legati un certo numero di glicosaminoglicani (GAG), i GAG sono costituiti da unità disaccaridiche ripetute tra cui i più comuni sono l'acido ialuronico, il condroitin solfato e il cheratan solfato. In queste molecole uno degli zuccheri che compongono il disaccaride è un aminozucchero, l'altro è generalmente uno zucchero acido come il galattosio. | GAG si legano covalentemente alle proteine formando i proteoglicani. Acido ialuronico è una molecola molto grande non costituita da proteine che possono legarsi lateralmente, più proteoglicani possono legarsi all'acido ialuronico e a loro volta portano altri GAG aumentando l’idratabilità, infatti questi sono molto spesso carichi negativamente quindi richiamano cationi e quindi anche acqua. I proteoglicani consistono di un core centrale proteico e di una o più catene di glicosaminoglicani legati covalentemente. | proteoglicani della membrana plasmatica attraversano totalmente la membrana (proteine di membrana di tipo 1) oppure sono legati ad un'ancora di GPI. | proteoglicani della matrice sono di solito secreti, ma alcuni possono essere scissi proteoliticamente e rilasciati dalla superficie cellulare. Collagene È la componente più abbondante della MEC, formano fibre ad elevata resistenza alla trazione, sono secreti da diversi tipi cellulari di tessuto connettivo. Tutti i collageni hanno due caratteristiche specifiche: una tripla elica rigida e una composizione amminoacidica particolare. Sono noti diversi tipi di collagene: di tipo III e III che sono i più abbondanti e di tipo IV presente particolarmente nelle lamine basali. L'amminoacido più abbondante è la glicina, poi c'è una ripetizione glicina X-Y cioè prolina e idrossiprolina (caratterizzati da gruppi OH che vanno a formare legami idrogeno che stabilizzano la tripla elica). La presenza della glicina è fondamentale per la tripla elica perché da poco ingombro sterico. Il collagene viene sintetizzato nel reticolo endoplasmatico dove tre catene alpha si assemblano a formare una tripla elica di protocollagene. Una volta secreto nello spazio extracellulare il 20 protocollagene viene convertito in collagene da un enzima, la protocollagene peptidasi, che rimuove le estremità ammino terminali e carbossi terminali. Queste una volta eliminate la estremità dette strutture di registri si uniscono testa coda ma non sono perfettamente allineate, sono sfalsate sempre alla stessa distanza, la sfasatura è detta periodo e misura 67 nm, la distanza tra due fibre è di circa 32 nm, questo permette una maggiore o minore penetrazione del colorante e questo fa sì che al microscopio risulti divisa in bande. Le fibre di collagene si uniscono mediante legami aldolici dovuti ad un enzima chiamato lisil ossidasi che permette l'unione covalente di due catene laterali di lisina, producendo allilisine (derivati aldeici delle lisine) che si legano formando un ponte aldolico. Le principali classi di collagene FIBRILLARE RETICOLARE ASSOCIATO (lamina basale) ALLE FIBRILLE (cartilagine) (ossa, comea, organi interni, tendini) Nella cartilagine le molecole di collagene di tipo IX sono legate covalentemente a intervalli regolari lungo le fibrille di tipo II. Una catena di condroitin solfato (lo rende morbido per svolgere meglio la funzione di cuscinetto) legata covalentemente alla catena alpha 2 in un piegamento flessibile, si proietta all'infuori della fibrilla come lo fa la regione globulare N-terminale. Fibre elastiche Caratterizzate da singole molecole di elastina legate da legami incrociati, hanno la capacità di modificarsi e quindi di intervallare tensione e rilassamento, quando sono nella fase di rilassamento sono più corte. Rendono flessibili i tessuti. Il nucleo È rivestito da doppia membrana plasmatica, al suo interno ha una soluzione acquosa contenente il DNA, il nucleolo è una porzione del DNA. Lo spazio tra le due membrane è detto spazio perinucleare, tuttavia in alcuni punti le membrane si uniscono e formano pori nucleari costituiti dalla membrana plasmatica e dai granuli del complesso cioè 8 strutture proteiche che vanno a circondare il poro. Più il nucleo è attivo più granuli ci sono, inoltre il nucleo è in continuità con il reticolo endoplasmatico rugoso. | pori sono importanti per la biogenesi perché attraverso essi entrano ed escono sostanze, infatti tra i tanti processi che avvengono nel nucleo c'è anche la trascrizione cioè la produzione a partire dal DNA di un RNA che poi esce dal nucleo e viene tradotto in proteina, la sua fuoriuscita è resa possibile appunto da questi pori nucleari. La reazione di sintesi avviene grazie ad un enzima chiamata RNA polimerasi e viene regolata da fattori di trascrizione che possono 21 modificare la velocità di trascrizione di un gene, queste possono entrare nel nucleo grazie ai pori nucleari. All'interno del nucleolo avviene la sintesi dell'RNA ribosomiale e la sua associazione alle proteine ribosomiali per andare a comporre le subunità del ribosoma, un organulo importante per la sintesi delle proteine. La cellula può presentare più nucleoli a seconda della sua attività nella trascrizione. Cromatina è Dna associato a proteine, tipica delle cellule eucariotiche, le cellule procariotiche hanno dna di forma circolare e associato a poche proteine, mentre nelle eucariotiche è lineare e associandosi a proteine si ripiega su se stesso e si condensa, se è tanto condensato avremo l'eterocromatina (trascrizionalmente inattivo e quindi non può sintetizzare RNA), altrimenti l'eucromatina, cioè un Dna attivo. La cromatina è dispersa all'interno del nucleoplasma che è associato anche ad un nucleoscheletro, questo è importante per la localizzazione dei cromosomi. Subito sotto la membrana interna abbiamo la lamina nucleare composta da lamina che può essere di tipo A e di tipo A/C, sono filamenti intermedi di tipo nucleare, queste hanno una struttura diversa rispetti agli altri filamenti e quindi si associano diversamente, vanno a formare una sorta di reticolo, le lamine B si associano con la membrana interna del nucleo infatti la membrana interna ha dei recettori per questa lamina per cui sono strettamente legate, la lamina B è associata a proteine che la riconoscono e le proteine Sun (è una proteina della membrana interna che interagisce con le lamine nucleari in particolare la B, hanno una porzione recettoriale nella regione intermembrana e va a riconoscere altre proteine transmembrana ma della membrana esterna, che ne legano altre per esempio la anc 1 lega i filamenti di actina, la zig 12 lega la dineina o il centrosoma, la nesprina 3 lega la plectina che lega i filamenti intermedi, questa unione è chiamato sistema link). La lamina B si associa poi alla lamina A 0 C, queste interagiscono direttamente con il DNA. La cromatina quindi non è libera ma è associata alla lamina. Le membrane in alcuni punti si uniscono a formare pori più o meno abbondanti in base all'attività del nucleo. Le 8 proteine si dispongono circolarmente in modo da formare 2 anelli uno nucleare e un citoplasmatico, da quest'ultimo partono 8 filamenti citoplasmatici, dall'anello nucleare partono sempre 8 filamenti nucleari che si uniscono a canestro a formare un terzo anello chiamato anello terminale. Quindi possiamo dire che le 8 proteine sono costituite da subunità, la subunità luminale ancora alle membrane le subunità colonnari, a queste è legata la subunità dell'anello centrale che va a restringere il poro, poi ci sono le subunità che vanno a costituire l'anello citoplasmatico dove dipartono le 8 fibre, da questa partono altre fibrille che vanno a formare una struttura a gabbia o a canestro, che si trova nella parte interna del nucleo, tutto ciò contribuisce a restringere il poro e quindi aiutano a selezionare le sostanze che possono passare o quelle che invece non possono. Nel nucleo avvengono la replicazione del Dna che avviene quando la cellula decide di dividersi e di generare due cellule figlie poi avviene la trascrizione e la maturazione dell'Rna. Esistono tre tipi di Rna: ribosomiale, messaggero e transfer. 22 - centro fibrillare, sede dell'organizzatore nucleolare cioè le sequenze di Dna che portano i geni per rRna - componente fibrillare densa, contiene fibre dense perché ha anse di Dna e filamenti di rna che vengono mano mano sintetizzati - componente granulare dove avviene il processamento dell'Rna e l'unione dei granuli proteici con l’Rna per andare a formare le 2 subunità ribosomiali. Nucleo Anse di cromatina NOR lucleoplasma Involucro nucleare Subunità minore —Subunità maggiore ‘Assemblaggio con mRNP e fattori di traduzione per formare polisomi funzionali Citoplasma Rna ribosomiali cromosomi interfasici espansi che forniscono al nucleolo le anse di DNA che producono rRNA involucrò nucleare Trascrizione e maturazione degli 25 nueleolo L'Rna polimerasi 1 è l'enzima che sintetizza l'rRna, i geni sono organizzati in tandem (stesso gene ripetuto più volte sulle anse e separati da sequenze spacer 0 spaziatrici.. Questo gene può portare alla sintesi diverse unità di rRna, dopo la trascrizione del gene abbiamo il trascritto con una velocità di sedimentazione di 45s perchè è molto più lungo di quello finale, in quanto contiene sequenze che non saranno presenti nell'Rna maturo, queste mediante un processo chiamato polimerasi I di) / NA spacor DNA spacer non trascritto [SI = spacer intragenico © sequenza intronica splicing vengono eliminate. Dal taglio di queste si ottiene per prima una sequenza 18s e farà parte della subunità minore, e poi due sequenze una 5.8s e una 28s che andranno a formare una sequenza 32s che insieme alle proteine costituirà la subunità maggiore, Un Rna ribosomiale il 5s viene sintetizzato al di fuori del nucleolo ma all'interno del nucleo, entra poi nel nucleolo e andarà a partecipare alla creazione della subunità maggiore. Cariotipo umano: 22 autosomi + 2 eterocromosomi o cromosomi sessuali + XY o XX breve regione di DNA IPDAPDO DID Fam a doppia elica # forma di cromatina detta ‘filo di perle” fibra cromatinica dello spessore di 30 nm formata da nucleosomi impacchettati BISI | i sezione di cro 300 nn sezione di cromosoma in forma condensata cromosoma mitorico intero centromero La cromatina è Dna associato a proteine ed è essenziale affinché il dna sia spiralizzato e possa entrare nel nucleo, inoltre ne permette la localizzazione. Il Dna si avvolge attorno agli istoni (delle proteine) a formare una struttura detta a collana di perle, questa struttura mediante l'aiuto degli istoni si ripiega su se stessa, poi si formano delle anse struttura della eucromatina. Queste anse possono essere tranquillamente aperte per la trascrizione. Se si va avanti invece con la spiralizzazione non si potrà più trascrivere il Dna. Questa forma condensata può andare a formare il cromosoma metafasico. Durante dd 26 questo processo abbiamo un ispessimento e allo stesso tempo un accorciamento del Dna. Proteine coinvolte: - istoni vanno a formare il nucleosoma su cui si avvolge il dna, si possono dividere in istoni del core nucleosomico (H2A, H2B, H3, H4) e gli istoni linker (sigillano il dna al coro istonico) -. proteine non istoniche: proteine ad attività enzimatiche, proteine che si associano all'rna, proteine coinvolte nella struttura della cromatina, proteine che controllano il mantenimento strutturale dei cromosomi e fattori di trascrizione. Struttura primaria cromatina Il nucleosoma è un ottamero, quindi è costituito da coppie di istoni cioè 2 istoni H2A, 2 istoni H2B, 2 istoni H3 e 2 istoni H4. Poi sul core istonico il dna fa un giro lungo 146 coppie di basi che corrisponde ad un giro e mezzo di elica, poi c'è un tratto di Dna lineare nucleare detto linker, gli istoni linker vanno in corrispondenza del cromosoma di dna e istoni. Gli istoni sono carichi positivamente, questo permette l'interazione con l'acido deossiribonucleico carico negativamente. Struttura secondaria cromatina Ci sono 2 ipotesi a solenoide e a zig zag. Queste portano ad una maggiore spiralizzazione, a questa collaborano delle proteine architettoniche della cromatina come le Ment, le PCG e le HP1. Questa struttura si organizza in anse che formano una struttura 300nm che ritroveremo nell'eucromatina, se ulteriormente spiralizzata a 700nm otteniamo l'eterocromatina e andando avanti si condensa a formare il cromosoma. Per questo ultimo passaggio il più accreditato è il modello a spiralizzazione gerarchica o modello ad anse radiali in cui sono coinvolte 2 proteine architettoniche, la condensina 1 e 2, che controllano il corretto avvolgimento del cromosoma. Eucromatina: cromatina meno condensata e trascrizionalmente attiva Eterocromatina: molto condensata, non trascrizionalmente attiva. Si può distinguere in costitutiva (che non viene mai trascritta e ha una funzione strutturale, non ha geni trascrivibili) e facoltativa (può contenere geni trascrivibili ed è fondamentale nel processo di differenziamento). L'Eterocromatina facoltativa può attivarsi e trovarsi in forma di eucromatina e quindi essere trascrizionalmente attiva. Un esempio dell'eterocromatina facoltativa è un cromosoma X della donna che diventa 27 sarebbero stati di densità intermedia, per metà leggero e per metà pesante, come in effetti si osservo. Questo permise di confermare la prima teorie, quella semiconservativa. Il legame che si deve formare è il legame fosfodiesterico oppure estere-fosforico e avviene tra il gruppo ossidrilico in posizione 3 e il gruppo fosforico a livello del carbonio 5 del nucleotide trifosfato. La rottura di questi legami produce energia necessaria per fare avvenire il legame. La sintesi del DNA avviene solo in direzione 5' 3'. Il filamento 3' 5' funge da stampo. Durante la sintesi del Dna l'enzima che catalizza la reazione interviene, si chiama DNA polimerasi, in particolare la Dna polimerasi 3, questo catalizza l'aggiunta del deossiribonucleotide successivo, contenente la base azotata complementare al filamento stampo. Quando avviene la sintesi il deossiribonucleotide viene aggiunto al gruppo -OH libero presente all'estremità 3’ della catena in via di sintesi e viene liberato uno ione pirofosfato. | legami che uniscono i gruppi fosfato vengono rotti, liberando energia che permette alla reazione di svolgersi. Il filamento di sintesi è sempre antiparallelo rispetto al filamento di stampo. Nel DNA procariotico che è circolare c'è solo un sito di inizio, la bolla di replicazione, quando la | f@oaeno i, Teena replicazione è terminata le Fast ima sconta Scott due forcelle si incontrano e le ua le due molecole vengono Lo AL mena ERA t Ù separate. Nel DNA ta ron Dio eucariotico la sintesi può i iniziare a livello di numerosi siti di origine. La sintesi procede in entrambe le direzioni lungo il cromosoma circolare a partire da una origine della replicazione. DNA polimerasi È un enzima che ha bisogno di un innesco, dato da un altro enzima chiamato primasi. La prima porzione di DNA viene replicata dalla primasi che non sintetizza DNA ma Rna, quando il pezzettino dell'RNA è sintetizzato la DNA polimerasi 3 riconosce il sito di origine legarsi e iniziare a catalizzare la sintesi del DNA, un'altra DNasi provvederà alla rimozione dell'iniziatore di Rna e alla sostituzione di questo con un pezzo di DNA in seguito la dna ligasi permetterà l'unione dei due filamenti. Questo è ciò che avviene nel filamento 3' 5. Nella direzione 5’ 3’ la replicazione è più lenta rispetto a quella che avviene nel filamento 3' 5'. In questo caso bisogna infatti aspettare che la bolla di replicazione 30 sia ben aperta per far entrare l'enzima primasi che crea un innesco di Rna e a quel punto la Dna polimerasi 3 può svolgere la sua funzione di sintesi. Poi la bolla di replicazione si apre e si lega una nuova primasi che sintetizza un nuovo filamento. La sintesi qui avviene a tratti, i vari frammenti che si susseguono nella replicazione sono chiamati frammenti di Okazaki. Frammenti di Okazakì Alla fine avremo un'alternanza di frammenti di Rna e di Dna, Qui | seme mem interviene la Dna polimerasi 1 che catalizza l'idrolisi dell'Rna iniziatore sostituendolo con Dna. La Dna polimerasi 1 viene rilasciata e la Dna ligasi catalizza la formazione del legame fosfodiestere che infine unisce i frammenti di okazaki. Durante la replicazione la Dna polimerasi può introdurre una base sbagliata, proteine implicate nella correzione delle bozze immediatamente tagliano via la base sbagliata e la Dna polimerasi aggiunge quella corretta. Oppure a fine replicazione ci può essere una base disappaiata, qui agiscono delle proteine che prendono parte alla riparazione del disappaiamento tagliando via la base disappaiata e la Dna polimerasi aggiunge quella corretta. La riparazione per escissione viene applicata quando una base del Dna è danneggiata perdendo quindi la propria funzione e le proteine della riparazione per escissione tagliano via la base danneggiata e alcune basi adiacenti, che verranno sostituite da quelle corrette dalla Dna polimerasi. Trascrizione L'enzima deputato alla trascrizione è l’Rna polimerasi, la sintesi anche qui avviene in direzione 5' 3’. | tipi di Rna che possono essere polimerizzati sono diversi e ciascuno è sintetizzato da un tipo diverso di Rna polimerasi: L'rna polimerasi 1 sintetizza l’Rna ribosomiale, l'Rna polimerasi 3 sintetizza il tRna, gli snRna e I'rna ribosomiale 58 e poi l'Rna polimerasi 2 che sintetizza l'Rna messaggero e gli snRna. Per far iniziare la trascrizione devono avvenire modificazioni strutturali della cromatina in modo che il complesso di inizio costituito da tante proteine può legarsi al gene. Quando quest’ultimo si è legato avvengono altre modificazioni che srotolano il dna e la cromatina e permettono all'rna polimerasi di iniziare la sua attività, questa procede lungo il filamento fino alla sequenza di stop dove la sintesi viene interrotta e l'Rna viene rilasciato. Il sito in cui si lega l'Rna polimerasi è detto sito promotore di un gene su cui si possono legare diverse proteine che possono inibire o incrementare la trascrizione di uno specifico gene. L'Rna polimerasi si lega solo se le proteine accessorie si sono legate in maniera corretta al promotore, la zona che precede il gene. Questo è il modo in cui la cellula regola il processo di trascrizione. 31 Maturazione dell'Rna L'Rna messaggero come quello ribosomiale può andare incontro a maturazione. Rna nucleare è eterogeneo contiene delle sequenze superflue per l'informazione, queste sequenze dette introni devono essere rimosse, vengono rimosse tramite un meccanismo chiamato splicing. | tratti esonici vengono riuniti, inoltre ci sono delle porzioni che sono: - il cappuccio all'estremità 5' che è una molecola di guanosintrifosfato metilata, molto importante perché protegge l’Rna dalla degradazione - la coda all'estremità 3' dove c'è una sequenza di poli A, riconosciuta da una proteina presente nel nucleo che è a sua volta riconosciuta dall esportina che è necessaria per il trasporto dell’rna nel citoplasma. Una volta che le sequenze introniche sono state tolte, l’Rna è pronto per uscire ed andare nel citoplasma dove viene tradotto Splicing alternativo: permette di produrre diversi Rna da uno stesso gene e formare quindi proteine che derivano dallo stesso gene ma diverse tra di loro per la presenza o meno di specifiche sequenze che vengono perse o acquisite durante lo splicing. Il ciclo cellulare Costituisce la vita della cellula somatica che è in grado di dividersi per mantenere l’omeostasi cellulare cioè il giusto contenuto di cellule e le giuste caratteristiche. Le cellule ad un certo punto della loro vita vanno incontro a morte e quindi c'è bisogno di altre cellule che le rimpiazzino. Gli epiteli, in particolare l'epidermide, si rinnova in continuazione, è costituita da diversi strati di cellule, l'ultimo è costituito da cellule morte che formano uno strato impermeabile ai batteri e allo stesso tempo mantiene un corretto stato idrico. Il processo di divisione è chiamato mitosi, da questa si originano 2 cellule figlie identiche alla cellula madre, questo è possibile solo con la duplicazione del Dna che avviene nel nucleo. La velocità e la frequenza del ciclo cellulare dipende dal tipo di tessuto, inoltre non è detto che una cellula che intraprende il ciclo cellulare lo completi. L'epatocita per esempio è una cellula che si trova in una fase del ciclo cellulare dove non ha bisogno di dividersi, ha un normale metabolismo e una normale crescita. Una cellula una volta raggiunta la giusta dimensione (G1) se stimolata può andare incontro ad una fase di sintesi del Dna (fase S), a cui segue la fase G2 dove la cellula si prepara alla divisione. Le fasi G1, S,G2 sono dette insieme interfase dopo del quale per le cellule somatiche c'è la mitosi. La durata delle diverse fasi varia da cellula a cellula, alcune cellule addirittura possono stare in una fase di latenza G1 e poi verranno stimolate es. cellule staminali. Oppure ci sono cellule che una volta differenziate rimangono in una fase GO es. neuroni, cellule muscolari. 32 solo amminoacido, l'unico amminoacido che viene codificato da un unico codone è la metionina. Questo permette un risparmio energetico. Dei 64 codoni o triplette, 61 specificano un amminoacido, mentre 3 sono codoni di stop (UAA,UAG, UGA). Invece la tripletta AUG è un codone di inizio e indica appunto al ribosoma quando iniziare la traduzione Il codice genetico è quindi: - degenerato: molti aminoacidi sono specificati da più di un codone - universale: quasi tutti gli organismi utilizzano lo stesso codice. Apparati della traduzione: mRna che porta l'informazione fuori dal nucleo, i ribosomi che sono l'unione di proteine dette ribosomiali e i tRna che legano gli amminoacidi e fanno si che ad ogni codone si leghi uno specifico amminoacido. Tutti gli mRna sono letti in direzione 5' 3', le proteine sono sintetizzate sempre dell’N al C terminale, ciascun amminoacido è specificato da 3 basi (un codone) dell'mRna, secondo un codice genetico quasi universale. La traduzione si svolge sui ribosomi che accoppiano i tRna come adattatori tra lo stampo di mRna e gli amminoacidi che vengono incorporati nella proteina. La sintesi proteica comporta quindi interazioni tra tre tipi di Rna (m, r e t) oltre a coinvolgere proteine necessarie per la traduzione. Rna transfer ha una struttura a trifoglio, nel modello appiattito si evidenziano le anse dei tRna, dovute al fatto che i tRna si ripiegano su se stessi e formano delle strutture secondarie dove ci sono appaiamenti di basi che formano legami a idrogeno. Le due zone più importanti del tRna sono: i terminali 5’, il 3' dove c'è una tripletta dove si attaccherà il codone di inizio e la zona detta anticodone costituito dalle 3 basi che interagiscono con lmRna. anticodone L'attacco degli amminoacidi ai tRna è mediato da un gruppo di enzimi chiamati amminoacil-tRna-sintetasi. Ognuno di essi riconosce il singolo amminoacido e il tRna corretto a cui dev'essere attaccato amminoacido. La reazione avviene in 2 fasi: laminsazido (triptofona]ma=t=0 di. e odi RNAY me SÈ eo ‘amincaci-RNA- sintetosi specifica 1. l'amminoacido viene attivato dalla reazione con ATP a formare un intermedio amminoacil-AMP 2. L'amminoacido attivato viene quindi unito al terminale 3' del tRna. Struttura del legame amminoacil-tRna: l'estremità COOH dell’amminoacido forma un legame estere con il 3'OH libero del ribosio dell'adenosina terminale che fa parte del CCA. Poiché l’idrolisi di questo legame è associata a una variazione di energia libera molto alta, si dice che un amminoacido legato in questo modo è attivato. x CS sto più raminoactto "Slo porrATP a per ANA Aminacid attivato Quanti sono i tRna? non esiste un amminoacido per ogni codone perchè comporterebbe un grande consumo energetico da parte della cellula, inoltre i tRna aventi anticodoni differenti devono portare lo stesso amminoacido. Questa condizione è vera solo per alcuni tRna. Per la maggior parte (nell'uomo ci sono solo 48 anticodoni differenti a fronte dei teorici 61 possibili) però, sussiste il fenomeno del “vacillamento" della terza base, per cui si possono formare legami anche “non ortodossi” tra il nucleotide in posizione 5' del tRna e il nucleotide in 3' dell'mRna. Nel 1966 Crik propose questa ipotesi per cui la base al 5' dell'anticodone, che si appaia con quella in 3' del codone non è sottoposta a strette regole di complementarietà. Ciò permette un appaiamento meno preciso quindi appunto vacillante. L'appaiamento rilassato delle basi nella terza posizione è causato dalla formazione di coppie di basi G-U, in parte dalla modificazione della guanosina in inosina degli anticodoni di parecchi tRna durante la maturazione. L'inosina può appaiarsi con C, U e A nella terza posizione, così che il suo utilizzo dell'anticodone permette ad un singolo tRna di riconoscere 3 diversi codoni negli stampi di mRna. Ribosomi: siti della sintesi proteica 36 La subunità maggiore catalizza la formazione dei legami peptidici che uniscono gli amminoacidi tra di loro in una catena polipeptidica, la subunità minore accoppia i tRna ai codoni dell'mRna. Il ribosoma percorre la catena dell'—mRna, capta le molecole di tRna complementari e le posiziona in modo che gli amminoacidi trasportati possono essere uniti covalentemente in una catena proteica. Quindi: 1. Le due subunità si associano su una molecola di RNA messaggero, all'estremità 5' e cominciano a sintetizzare la proteina 2. Il Ribosoma scorre sulla RNA messaggero, traducendo la sequenza nucleotidica un codone alla volta, usando gli RNA transfer come adattatori per raggiungere ogni amminoacido nel posto che gli compete a un capo della catena polipeptidica in costruzione 3. Le 2 subunità ribosomiche finiscono poi per separarsi quando la sintesi della proteina è terminata. Il ribosoma ha tre siti di legame: - Sito A: sito dell'amminoaci-tRna - Sito P: sito del peptidil tRna - Sito E: uscita La traduzione viene divisa in genere in tre fasi: inizio, allungamento e termine. Il ribosoma si lega all'’RNA nel codone di inizio, la catena polipeptidica si allunga per aggiunta successiva di amminoacidi, alla fine quando si incontra un codone di stop il polipeptide viene rilasciato e il ribosoma si dissocia. La subunità minore lega l'mRna e su di essa avviene il riconoscimento codone-anticodone tra mRna e tRna. La subunità maggiore interagisce con il terminale 3’ del tRna (ACC) e catalizza mediante l'enzima peptidiltransferasi in essa presente, la formazione del legame peptidico. 1. La metionil tRna iniziatore si lega al sito P 2. L'amminoacil-tRna successivo insieme ad un fattore di allungamento e al (@ La subunità minore del ribosoma si lega alla sequenza) (@ La subunità ibosomica maggiore GTP. (appaiamento di riconoscimento suI'mANA e Il (ANA caricato conla | | ‘’ siunisce al complesso di inizio, - metionina si lega al codone di inizio AUG. si che ANA portante la metionina! codone-anticodone) |__gompietando ia formazione cl compiesso di izio. viene a occupare lito P. 3. Idrolisi del GTP e rilascio del fattore di allungamento 4. formazione del legame peptidico tra il primo amminoacido al sito P_e del secondo amminoacido al sito A 37 Modifiche covalenti a carico degli amminoacidi Si tratta di modificazioni cotraduzionali, tra queste possiamo citare il caso dell'idrossiprolina e dell'idrossilisina presenti nel collagene dei tessuti connettivi umani. L'Idrossilazione avviene grazie alle idrossilasi per la cui attività è indispensabile la vitamina C (acido ascorbico). Ponti disolfuro I gruppi SH- nella catena laterale di due residui di cisteine reagiscono tra loro formando un legame covalente tra i due atomi di zolfo con la formazione di un ponte disolfuro. All'interno del RER c'è un ambiente ossidante che favorisce questa reazione, le proteine disolfuro isomerasi svolgono sia funzione di correzione che formazione di legami disolfuro, tolgono quelli sbagliati e li sostituiscono con quelli corretti, sono fondamentali quindi per il corretto folding della proteina. Alcune proteine si ancorano alla membrana non perchè sono transmembrana ma perchè sono in possesso dell'ancora lipidica, anche queste sono sintetizzate all'interno del RER e l'aggiunta dell'ancora permette il legame covalente tra il GPI (il glicosilfosfatidilinositolo + l'ancora) e il sito omega della proteina. GLICOSILAZIONE DELLE PROTEINE La maturazione delle proteine che seguono la via secretoria avviene nel RER e si completa nel Golgi. La glicosilazione aggiunge catene laterali di carboidrati a specifici residui amminoacidici delle proteine. Esistono 2 tipi di glicosilazione: - legata ad azoto (N-glicosilazione): inizia nel reticolo e finisce nel Golgi - legata ad ossigeno (O-glicosilazione) : avviene esclusivamente nel Golgi La glicosilazione è importante per il corretto folding e in questo modo può esplicitare la propria funzione. Inoltre la glicosilazione protegge dell'attacco di proteasi ed aumenta la solubilità della molecola proteica che viene dunque stabilizzata in tutti gli aspetti. N-GLICOSILAZIONE La N-glicosilazione vede l'aggiunta di una catena glucidica standard al livello di un atomo di azoto ad un residuo di asparagina. iii x > lipid bili fi Ha inizio nel RER e può avvenire anche ER membrane durante la sintesi della proteina. ER LUMEN “cvrosoL La catena standard è costituita da: - 2 molecole di N-acetilglucosammina [rapa sno - 9 molecole di mannosio Sic - 3 molecole di glucosio “FLIPPING" IN MEMBRANE mannose donor mad. fromdolicho! phosphate and GDP- mannose 4x (Man)g(GicNAc}2-® glucose donor made fromdolicho! phosphateand UDP- glucose 3X (Glc}3(Man]g{GioNAc)2 La glicosiltransferasi si trovano in parte nel citosol e in parte nel lume del reticolo. La sintesi dell'oligosaccaride inizia infatti nel citosol su una catena lipidica e termina nel lume del RER. Solo successivamente viene trasferita in blocco, grazie ad un oligosaccaride transferasi, da una molecola di dolicolo fosfato alla proteina nascente al livello dell'asparagina. In dettaglio: La sintesi inizia nel citosol su una catena lipidica chiamata dolicolo questo subisce delle modificazioni e all'ultima fosforilazione lega 2 N-Acetyl glucosamine e 5 mannosi. Il dolicolo deve trasferire questa molecola all'interno del lume attraverso un enzima detto flippasi che inverte in dolicolo verso il lume del reticolo. All'interno del lume ai 2 N-Acetyl glucosamine e ai 5 mannosi vengono trasferiti altri 4 mannosi e 3 glucosi. A questo punto la molecola è pronta e viene interamente trasferita dall’oligosaccaride transferasi. Glicosilazione e folding: II meccanismo glicosidico permette lo svolgimento del controllo di qualità. Il controllo di qualità è un processo operato dalla cellula per scartare le proteine che non sono correttamente ripiegate. Il principio di riconoscimento avviene sulla base della presenza o meno di un particolare residuo di glucosio sulla struttura glicosidica. Dopo la glicosilazione avviene l'eliminazione di 2 glucosi il rimanente si lega con una calnexina una proteina transmembrana che controlla che la proteina sia ripiegata in maniera corretta. Se è piegata correttamente anche l'ultimo glucosio viene eliminato dalla calnexina e la proteina potrà uscire dal reticolo, in caso contrario la calnexina rimuoverà il glucosio e cederà la proteina ad una glicosil transferasi che aggiungerà un nuovo glucosio in modo da permettere un nuovo ciclo di folding. In questi cicli di folding entrano in gioco le isomerasi importanti per la formazione di ponti disolfuro. Se la proteina dopo i cicli di folding non raggiunge la sua corretta struttura terziaria, la proteina verrà ceduta ad un'altra chaperonina che la trasporterà alla membrana del reticolo ad un complesso sec-61 ( + un altro traslocone), che ritrasporterà questa proteina fuori dal citosol per permettere la sua degradazione nel proteosoma. La proteina non foldata quindi non proseguirà nella via secretoria ed è l'unico caso in cui la proteina esce dal reticolo al di fuori di una vescicola. Il reticolo può essere distinto in liscio e rugoso. Quello rugoso è così detto per la presenza dei ribosomi. In quello liscio è più tubulare e ha diverse funzioni: - sintesi dei lipidi di membrana: la sintesi de novo dei fosfolipidi da precursori solubili avviene principalmente nel foglietto citosolico della membrana del reticolo endoplasmatico. Processo noto come via di Kennedy. Il processo inizia con la formazione del diacilglicerolo, Molecola sufficientemente idrofobica da potersi inserire nella membrana del reticolo endoplasmatico. 41 Una volta inserita la molecola di DAG si può legare ad un gruppo polare per formare il fosfolipide completo: fosfatidilcolina, fosfatidilinositolo, fosfatidilserina, La fosfatidiletanotammina può essere formata anche nei mitocondri. - detossificazione di sostanze idrofobiche: nel REL avviene la detossificazione degli xenobiotici, che possono essere sostanze lipidiche che si accumulano nei grassi oppure polari idrofile. Il reticolo permette la detossificazione delle sostanze idrofobiche che diventano idrofile, e invece di essere accumulate nei grassi possono essere secrete nella bile oppure nel sangue. Questa trasformazione può avvenire grazie un processo dove vengono coinvolti i citocromi, in particolare il citocroma 450. | Citocromi sono enzimi che permettono reazioni di ossidrilazione quindi aggiunta di gruppi OH e rendono la molecola idrofoba, idrofila. Questa reazione necessita di un cofattore chiamato NADPH . - immagazzinamento e rilascio di calcio: tramite un trasporto attivo e tramite specifici impulsi - interviene nel metabolismo del glicogeno: il glicogeno è un'importante fonte di energia, attraverso di esso la cellula ha delle scorte di glucosio. La sintesi del glucosio avviene in tessuti come il muscolo e il fegato ed è importante che una volta formatosi si possano utilizzare le riserve di glicogeno mediante la glicogenolisi. - interviene nella sintesi degli ormoni steroidei. Il RER è collegato con il Golgi e comunicano mediante le vescicole. Le proteine nel Golgi continuano la maturazione e la glicosilazione in N, inoltre nel golgi avviene anche la glicosilazione in O. Entrambe sono importanti perché il Golgi grazie a queste riesce a destinare le proteine al corretto compartimento. Infatti il Golgi è collegato alla formazione di vescicole che poi verranno destinate alla membrana plasmatica, al reticolo, all'esocitosi, inoltre dal Golgi partono le vescicole contenenti enzimi destinati al lisosoma. Il lisosoma riceve i propri enzimi e le proteine dal Golgi. Il golgi è costituito da sacculi appiattiti impilati uno sull'altro, il golgi può essere diffuso nel citosol in quanto il riconoscimento delle vescicole è determinato da proteine di membrana, oppure può avere una determinata posizione. Anche se diffuso mantiene le sue differenze ha infatti delle cisterne dette dittiosomi costituiti da sacculi appiattiti (dispersi o più vicini tra loro) . | sacculi più vicini al reticolo (cis) altri più vicini alla membrana plasmatica (trans), le cisterne interne invece sono definite mediane. La regione di interfaccia con il reticolo endoplasmatico rugoso è detta cis- golgi network, invece l'interfaccia opposta è detta trans-golgi network, in queste due parti c'è un'abbondante formazione di vescicole. 42 viene legato è l'N-acetilglucosammina. Mentre alla treonina e all'idrossilisina viene normalmente aggiunto un galattosio. Ogni pila di cisterne dell'apparato di Golgi è costituita da tre differenti compartimenti, ognuno dotato di uno specifico corredo enzimatico che catalizza le varie fasi di elaborazione delle glicoproteine giunte dal reticolo endoplasmatico ruvido: - CIS - Mediano - Trans. Questi tre compartimenti costano di una o due cisterne ciascuno e sono in rapporto tra loro mediante il distacco di vescicole laterali: le vescicole gemmano dai margini della cisterna e si fondono con la cisterna adiacente; inoltre trasportano glicoproteine a differente stadio di elaborazione. Nel Golgi si osservano due tipi di vescicole: le vescicole transfer e le vescicole secretorie. Ci sono due teorie sulla funzione delle vescicole transfer, la più plausibile è che queste sono necessarie per lo scambio di materiali tra le cisterne; una seconda teoria vuole che cisterne maturino e che il loro movimento non sia dovuto al legame con le vescicole transfer ma piuttosto a una maturazione del sacculo. Oggi si suppone che ci sia un trasporto vescicolare di proteine ma allo stesso tempo anche di enzimi per la maturazione questa è definita teoria ibrida perché racchiude le prime due. Inoltre una quarta teoria vede un possibile collegamento delle cisterne. Sia il golgi che il reticolo sono circondati da numerose vescicole di trasporto che gemmano dalle membrane del reticolo e si fondono al Golgi nella fascia cis, e da questo nella porzione trans si muovono fondendosi con le membrane cellulari. Quindi da questo si può intuire che c'è una direzionalità. Queste le vedcicole ricche di proteine comprendono le vescicole secretorie (ghiandole), gli endosomi ed i lisosomi. Alcune di queste vescicole sono denominate vescicole rivestite, poiché oltre alla membrana contengono proteine che ricoprono la loro superficie. Una di queste è la Clatrina. Queste proteine sono molto importanti per la gemmazione (formazione) della vescicola. Le proteine di rivestimento chiamo a seconda della direzionalità del trasporto, nel trasporto dal reticolo al Golgi (quindi anterogrado, in avanti) le proteine di rivestimento sono chiamate COP2, invece quelle che procedono nel senso opposto secondo un trasporto retrogrado si chiamano COP1. Trasporto vescicolare È mediato dalla formazione di vescicole, a sua volta mediata dalle diverse proteine di rivestimento. Nel traffico vescicolare non sono importanti solo le proteine di rivestimento ma sono importanti anche le proteine che permettono il legame con i microtubuli, le proteine che permettono il riconoscimento del target cioè del sito a cui queste vescicole sono destinate. 45 Il sistema secretorio che comprende il reticolo endoplasmatico, l'apparato del Golgi, tra il trans network Golgi e ee penne (GI & la membrana abbiamo le Noie eden sv vescicole secretorie, da lisosoma | __$ ao pr 4 Er \ e dal corpo a corpo Traffico vescicolare nuclear emana Pe 69 n multivescicolato 0 endosoma Ìl CE SI tardivo endosoma che ha una | I) FIN ®_ Pi funzione molto importante di PIERO send smistamento. il sistema 1" " secretorio e il sistema di endocitosi sono strettamente correlati viaggiano su una rete di microtubuli e comunicano grazie a dei riconoscimenti specifici. Le proteine di rivestimento delle vescicole Le cop1, cop2 e clatrina sono molto simili, le proteine di rivestimento creano una sorta di gabbia proteica che permette la formazione della vescicola che altrimenti sarebbe fisicamente e termodinamicamente sfavorita. Questa gabbia permette l'invaginazione e la formazione della gemma della vescicola, forma una sorta di canestro dove si invagina la membrana. A seconda del tipo di proteina, si va a formare una superficie rivestita da queste proteine che aiutano la membrana a curvarsi, poi con l'intervento di altre proteine si forma una strozzatura e la conseguente formazione della cellula. Una volta che si è formata le proteine di rivestimento si staccano. Non sono loro responsabili dell'indirizzamento delle vescicole. L'energia utilizzata e quella del GTP. Dal tipo di vescicola e dal tipo di trasporto le vescicole sono ricoperte da diverse proteine, la Clatrina la troviamo al livello del trans Golgi network e trasportano le proteine destinate ai lisosomi, cop1 gemmano dal golgi e cop2 gemmano dal reticolo. La Clatrina è organizzata in una struttura chiamata triskelion con angoli di 120° tra loro, questo sistema a tre bracci permette alla Clatrina di associarsi e di formare prima strutture ad esagono o pentagono e poi veri e propri cestelli di maglie pentagonali ed esagonali. Quindi nel caso delle proteine destinate al lisosoma (quelle ad alto mannosio), si legano a dei recettori, questo permette il legame tra il recettore evl'adaptina e al conseguente legame con la Clatrina. A questo punto interviene la dinamina, proteina che polimerizza e forma una spirale che va a strozzare la membrana e ne permette il distacco. Una volta che la vescicola si è formata sia l'adaptina che la Clatrina vi si staccano. Lo stesso processo è presente nell'endocitosi mediata da recettori. 46 Il ligando che nel nostro caso sono le proteine lisosomiali si legano ai recettori del mannosio-6-fosfato, una volta che si è legato il cargo si lega l'adattatore a cui poi si lega la Clatrina, la fossetta che si crea è detta fossetta rivestita. Nel caso di cop1 e COP2 il processo è lo stesso, cambiano solo le proteine. Traffico vescicolare Le proteine di rivestimento nel traffico vescicolare vengono perse, le proteine di rivestimento sono infatti associate ad altre proteine fondamentali per il riconoscimento della vescicola al suo target e per il vero e proprio traffico vescicolare, queste sono le proteine sner e le proteine rab. In particolare esistono le v-sner sulla vescicola e t-sner sul compartimento che riceve la vescicola, questo è un legame specifico in quanto a una determinata v-sner si associa una particolare t- sner. Questo legame oltre a mediare il riconoscimento tra le vescicole è fondamentale per la fusione della vescicola al suo compartimento specifico. Il viaggio della vescicola è divisibile in tre parti: 1. Il viaggio lungo i microtubuli 2. L'ancoraggio 3. Fusione Nel punti 1 e 2 molto importanti sono le proteine rab, che hanno a livello del target un recettore specifico per le proteine rab, questo legame rab-recettore permette l'ancoraggio della vescicola e la possibilità che avvenga il riconoscimento v-sner t- sner, questo è la chiave per l'ancoraggio finale e per la fusione con il target. Dopo la fusione il cargo viene rilasciato all'interno. Le rab in particolare esistono in due stati: inattivo nella forma legata al GDP e attivo nella forma GTP, la variazione è mediata dalle proteine Gef che sono scambiatori di nucleotidi. Una rab può essere inoltre attivata dalle proteine Gap che defosforilano il GTP in GDP. AI livello del golgi avviene il sorting cioè nell’indirizzamento costituito dal recettore, dalla proteina adattatrice, la rab associata e le sner associate. Una volta che la vescicola si forma si perde il riconoscimento, la rab si attiva e viene riconosciuta dalle proteine dei microtubuli e quindi non solo permette l'attracco ma anche il movimento della vescicola. Una volta che la proteina si avvicina al suo target la rab permette l'ancoraggio mediante il riconoscimento di un recettore a cui è associato la t-sner che ne permette la fusione e la disattivazione della rab tramite la gap specifica. La rab a questo punto fa il viaggio inverso per poi ricominciare il ciclo. La fusione Quando le due sner sono vicine formano delle strutture specifiche che avvicina sempre più le due membrane. Questo processo è stato scoperto nell'esocitosi regolata, per esempio nel rilascio dei neurotrasmettitori nel neurone. Una volta che si sono riconosciute queste si attorcigliano tra loro e portano all'avvicinamento delle due membrane questo causa l'esclusione delle molecole di h20 tra le due membrane e di conseguenza all'avvicinamento dei due foglietti lipidici, l'avvicinamento porta a 47 prima verso il late endosome e poi verso il lisosoma vero e proprio, ha una parte specializzata per il riciclo che può essere veloce o lento, si instaura quindi un dialogo incrociato tra l'endosoma primario e il golgi. Il late endosome quindi l'endosoma maturo è anche chiamato mvb cioè corpo multi vescicolare ed è importante per la formazione di quelli che vengono chiamati esosomi. La cellula tramite il corpo multi vescicolato può secernere all'esterno non delle proteine libere ma addirittura delle piccole vescicole cioè corpi ricoperti di membrana plasmatica che al loro interno possono avere Rna, fattori di trascrizione etc. e mediante questi le cellule possono comunicare tra di loro. Quindi ciò che è indirizzato al late endosome non è tutta degradazione ma ci sono delle particolari zone specializzate per altre funzioni. Una LDL (lipoproteina che trasporta colesterolo), il colesterolo è internalizzato nella vescicola tramite un endocitosi mediata da recettori, una volta che si è formata la vescicola rivestita di clatrina avviene il distacco del rivestimento e la fusione con le endosoma. All'interno delle endosoma avremmo da una parte il distacco tra LDL e il recettore, il recettore sarà trasportato tramite una gemmazione di vescicole di trasporto verso la membrana plasmatica e LDL ormai nel lisosoma maturo Sara scomposto infatti gli enzimi idrolitici verranno separati dal colesterolo che sarà libero di uscire da lisosoma ed essere utilizzato dalla cellula. A cosa servono le LDL? Servono per distribuire il colesterolo, se però ne abbiamo troppo nel sangue rischio di andare a saturare i recettori e quindi di fare permanere troppo tempo LDL nelle arterie. Le LDL non hanno una doppia membrana plasmatica, ma un singolo strato di fosfolipidi alternato a proteine, queste sono importanti per il riconoscimento con il recettore, anche i lipidi sono importanti perché creano uno strato idrofobo all'interno del quale risiede il colesterolo. Le LDL le ritroviamo nei vasi sanguigni e vengono presi dalle cellule tramite i recettori, ma se questi si saturano si accumulano sulle arterie e ci sono infatti delle malattie ereditarie legate ai recettori con mutazioni che lo portano ad essere non funzionante, esempio l'ipercolesterolemia familiare. Si possono avere mutazioni del recettore che per esempio può non avere la parte citoplasmatica, questa importante perché permette il legame con l’adaptina se non ho questo legame non ho nemmeno quello con la Clatrina e quindi non si formerà la vescicola e rimarrà in accumulo nelle arterie. Nelle cellule del sistema immunitario, lisosomi specializzati degradano le proteine antigeniche assunte per endocitosi in peptidi che si legano a molecole di MHC. Questi lisosomi hanno una capacità proteolitica molto bassa. Esistono diversi metodi tramite il quale queste cellule possono assolvere a questo compito, il protosoma è importante per le proteine di origine virale, il RER invece tramite l'autofagia può inglobare queste proteine e portarle verso il lisosoma e un'altra via importante è quella endocitotica. Nell'endocitosi e nell'endocitosi mediata dal recettore, i batteri o parte di essi vengono inglobati e poi smistati nel lisosoma. Nel lisosoma tradivo dove l'attività enzimatica non è così elevata come nell'endosoma primario i peptidi vengono degradati e alcune proteine possono essere riconosciute 50 da un recettore che le porterà all'esterno, i pezzi uscenti di questo agente patogeno permetterà la produzione di specifici anticorpi. Transcitosi: meccanismo mediante il quale le cellule possono prendere del materiale in una zona specifica per esempio la zona apicale per poi rilasciarlo in un'altra zona per esempio quella basolaterale. Un esempio ne è l'assorbimento del ferro, quest'ultimo entra e viene subito preso dal sistema endosomiale che lo indirizza verso la zona basolaterale, è un comune traffico vescicolare. Il ferro viene poi rilasciato e interpolato sotto forma di transferrina. La transferrina trasporta poi il ferro dove necessario mediante un endocitosi mediata da recettori, per esempio nel tessuto osseo. Autofagia la cellula mangia pezzi di se stessa. In particolare mitocondri e perossisomi che sono organelli con elevato stress ossidativo, questi sono poi riconosciuti e avvolti da una parte del RER a costituire l'autofagosoma. L'incontro tra l'autofagosoma e del lisosoma porta alla formazione dell'autofagolisosoma. L'autofagia viene attivata dal danno agli organelli, ma questa svolge un ruolo importante in situazioni di stress di tipo metabolico e stress ambientali, per esempio mancanza di nutrizione o energia, mancanza di ossigeno o di fattori di crescita. Tutte queste mancanze vanno ad attivare la proteina mTor che rilascia fattori che attivano tutto il processo dell'autofagia. L'autofagia è il modo in cui si difende la cellula tumorale. Un'altra importante funzione dei lisosomi è quella della distruzione di tessuti e strutture, un esempio si ha nella metamorfosi quando durante lo sviluppo i tessuti vengono distrutti per permettere all'animale di passare dalla stadio larvale allo stadio adulto. Gli osteoclasti (macrofagi specifici del tessuto osseo) permettono il rimodellamento delle ossa, quando sono attivi sono considerati polarizzati. L'osteoclasto attivo per infiltrarsi all'interno dell'osso inizia a sviluppare una serie di podosomi che sono strutture che si ramificano nell'osso, al livello di queste strutture aumentano il numero di lisosomi, aumenta quindi l'acidità e avviene un esocitosi dei lisosomi che portano alla degradazione della matrice dell'osso. Ci sono anche molte malattie legate ai lisosomi, sono malattie trasmissibili geneticamente e dovute all'accumulo dei lisosomi dovuto al deficit di un enzima del metabolismo lisosomiali. Ci sono circa 40/50 malattie legate ai lisosoma, per alcune di esse esistite una terapia sostitutiva che può essere più efficace se iniziata sin da subito. Oltre al endocitosi e alle 12 Tosi mediata da recettori esistono altri tipi di endocitosi per esempio quella mediata dalla Carolina e anche endocitosi indipendente dalla clatrina e dalla caveolina. Le caveole sono delle fossette sacciformi rivestite da una proteina detta caveola che va a rivestire la membrana plasmatica questo porta a un ripiegamento di quest'ultima. AI livello delle caveole c'è un'elevata quantità di 51 colesterolo quindi principalmente le caveole si vanno a formare a livello delle lipidraft. Le caveole sono importanti per l'internalizzazione dei recettori. Le caveole non sono connesse con il sistema alisosomiale ma bensì comunicano direttamente con il golgi. La caveola è ancorata alla membrana grazie alle ancore lipidiche formate dall'acido palmitico. Mitocondri È un organelli fondamentale nel metabolismo cellulare, qui avviene la sintesi dell'energia chimica quindi dell'ATP. Furono descritti per primo da Altman nel 1884. Nel 1899, Michaelis utilizzando il colorante Vitale, verde janus, dimostrò che nei mitocondri avvengono reazioni di ossidazione (il verde janus penetra nelle cellule vive, dove nel citoplasma viene ridotto in un derivato incolore chiamato leuoderivato, penetrando nei mitocondri viene riossidato, riacquistando così il colore primitivo). Hanno una forma ovoidale è il numero di mitocondri nella cellula varia da 1000 a 2000 fino a 30.000 negli ovociti ( nella parte vicino alla testa dello spermatozoo sono necessari per fornire energia necessaria poi al movimento degli spermatozoi). | mitocondri hanno una doppia membrana, ha quindi uno spazio intermembrane quindi tra le due membrane e uno spazio interno detto matrice mitocondriale. La membrana interna ha delle rientranze che formano le creste mitocondriali dove sono posizionati numerosi enzimi coinvolti nella fosforilazione ossidativa in particolare nella catena di trasporto degli elettroni. Ci sono molte proteine di trasporto, sia carrier che canale per il trasporto di metaboliti e ioni. La membrana esterna ha funzioni protettive, è inoltre permeabile ad alcune molecole che passano attraverso canali "Porine", una proteina caratteristica dello spazio intermembrana è il citocromo-C. La matrice mitocondriale è ricca di enzimi tra cui quelli del ciclo di krebs, quelli della beta-ossidazione etc. All'interno della matrice c'è anche DNA, Rna e ribosomi. La membrana esterna nella parte rivolta al citosol presenta dei liposaccaridi, mentre nella parte intermembrana contiene proteine ancoranti e proteine transmembrana oltre che le porine. La membrana interna ha un alto contenuto in proteine di circa il 70%. Ha similitudini con la membrana dei batteri: è priva di colesterolo e presenta dei cardiolipidi. Sono presenti i complessi della fosforilazione ossidativa ossia i complessi della catena di trasporto degli elettroni: - complesso | (NADH-C0Q reduttasi) - complesso Il (succinato-CoQ reduttasi) - complesso III (CoQH2-citocromo c reduttasi) - complesso IV (citocromo c ossidasi) - complesso V cioè della ATP sintetasi, costituito dalla particella afo (canale protonico transmembrana) a cui accoppiata la particella F1 (dotato di attività ATP sintetasi). Nella membrana interna sono anche presenti enzimi che in collaborazione con gli enzimi del reticolo endoplasmatico liscio, operano la sintesi degli ormoni steroidei. 52 anaboliche. Molte cellule, le cellule cancerose, sfruttano il ciclo di krebs non tanto per l'energia ma piuttosto per produrre materiale da utilizzare per la proliferazione e l'anabolismo. Questo è tipico delle cellule tumorali, infatti queste cambiano il loro metabolismo da uno di tipo ossidativo a un altro di tipo anaerobico senza il bisogno di ossigeno, quindi utilizzano la glicolisi per l'ATP e il ciclo per fare anabolismo e proliferazione, perchè dal ciclo di krebs possono ottenere amminoacidi e dal metabolismo completo del glucosio i nucleotidi. Il ciclo di krebs porta alla formazione di 3 molecole di NADH e 1 di FADH2, queste molecole contengono quindi degli elettroni provenienti dall'ossidazione del piruvato, entrano nel trasporto degli elettroni e li rilasciano alla catena costituita da diversi complessi che spostano gli elettroni da coppie ossidoriduttive ad alta energia a coppie a bassa energia andando a creare un potenziale elettrochimico tra le 2 membrane. Teoria chemiosmotica in dettaglio La catena di trasporto degli elettroni è costituita da 4 complessi proteici: la NADH reduttasi (0 complesso 1), la succinato deidrogenasi (complesso 2), la citocromo reduttasi (complesso 3) e la citocromo ossidasi (complesso 3). In particolare il NADH cede i suoi elettroni al complesso 1 che li trasferisce ad una molecola diffusibile chiamata coenzima Q o ubiquinone che diventa una molecola ridotta-- ubichinolo, a sua volta cede i suoi elettroni al complesso 3, durante questo passaggio di elettroni c'è uno sviluppo di energia libera che viene utilizzata dal complesso 1 per trasferire protoni dalla matrice allo spazio intermembrana del mitocondrio. Il complesso 2 invece riceve gli elettroni dal FADH2 e li trasferisce sempre all'ubichinone, la differenza è che la succinato deidrogenasi non è in grado di pompare protoni per cui il FADH2 genera meno atp rispetto al NAD, l'ubichinone quindi cederà poi i suoi elettroni al complesso 3 e poi al citocromo 4. Il complesso 2 è detto succinato deidrogenasi è un enzima che è presente anche nel ciclo di krebs, è l'unico enzima del ciclo di krebs che si trova al livello della membrana mitocondriale ed è direttamente legato al trasporto degli elettroni. Il complesso 3 invece trasferisce gli elettroni dell'ubichinolo al citocromo c che è una proteina che non si trova nella membrana mitocondriale ma nello spazio intermembrana, è una proteina solubile, quest'ultima è caratteristica di questo spazio. L'ossidazione dell'ubichinolo da parte del complesso 3 avviene in modo ciclico in un complesso detto ciclo Q, due elettroni trasportati dal coenzima Q vengono strappati dal complesso 3 uno per volta generando un intermedio semichinonico e vengono trasferiti sui centri ferro-zolfo caratteristici del complesso 3 dove vengono anche pompati 4 protoni nello spazio intermembrana. Ad ogni ciclo ogni elettrone provoca lo spostamento di 2 protoni. Ogni elettrone trasferito al centro ferro-zolfo viene trasportato al citocromo c una proteina solubile che poi trasferisce i suoi elettroni all'ultimo complesso, qui si svolge l'ultima tappa del 55 processo. Al livello del complesso 4 gli elettroni vengono legati da uno dei centri che vanno a legare un atomo di rame, gli elettroni poi vengono donati dal rame all'accettore finale cioè una molecola di ossigeno. | 4 protoni vengono prelevati dalla matrice e si combinano con una molecola di ossigeno per formare 2 molecole di acqua. L'energia libera accumulata nel NAD e nel FAD si è trasformata in energia potenziale costituita dal gradiente elettrochimico cioè dall'accumulo di cariche positive nello spazio intermembrana. Questa attività dei complessi è dovuta anche alla capacità delle coppie ossidoriduttive di trattenere elettroni che vanno dalla coppia con più alta attività energetica che hanno meno capacità di trattenere elettroni all'accettore finale che è l'ossigeno che si trasforma poi in acqua che ha un'elevata forza di trattenere questi elettroni. Il gradiente elettrochimico finale viene poi sfruttato dall'ultimo complesso (complesso 5 + atp sintetasi) per formare atp. Quindi la fosforilazione è suddivisa in 2 fasi: trasporto di elettroni e la chemiosmosi. Dato che la matrice è ricca di ossigeno può succedere che questi elettroni vi si leghino formando il superossido che può legarsi ai lipidi mitocondriali, al dna mitocondriale alle proteine mitocondriali etc. producendo danni al mitocondrio oppure può essere rilasciato e causare danni alla cellula. Il mitocondrio può convertire il superossido in una molecola meno tossica, cioè l'acqua ossigenata che verrà poi degradata nei perossisomi dalla catalasi. La formazione dell'ATP è garantita da un complesso proteico che sfrutta l'ingresso degli ioni H+ che entrano a favore di gradiente, entrando generano dei cambiamenti conformazionali dell'atp sintetasi che poi produce atp. L'atp sintetasi modificando la sua conformazione attira adp e fosfato inorganico che poi si trasformeranno in atp. Nelle membrana mitocondriale interna avviene il trasporto di elettroni accoppiato al trasporto di protoni che oltre a generare un gradiente chimico ne genera anche uno elettrico che guida la sintesi dell'atp. L'atp sintetasi è costituita da 2 porzioni la FO immersa nella membrana mitocondriale interna e la F1 che invece è immersa nella matrice mitocondriale, il vero e proprio canale per gli H+ è l'FO, una funzione importante è svolta dalla proteina statore che costituisce la subunità B che è l'elemento statico del complesso. Ci sono 2 motori rotanti, uno nella porzione FO qui delle subunità C legate tra loro ad anello iniziano a girare ad ogni entrata di protone, queste sono collegate all’anello F1 dall'asse gamma che fa sì che i due anelli rotanti ruotino e lo statore fa si che il loro movimento sia sincrono. L'anello F1 ruotando può assumere diverse conformazioni: 56 - conformazione L (o loose state) dove la subunità lega adp e fosfato inorganico - conformazione T (o tight state) dove la subunità lega ATP più saldamente rispetto all'ADP e al fosfato inorganico, questa è la conformazione che favorisce la formazione di ATP - conformazione O (o open state) porta al rilascio dell'atp e al nuovo legame di adp che poi ricomincia il ciclo La F1 ha due subunità la subunità alpha che può legare atp ma non partecipa chimicamente alla catalisi, e la subunità gamma che si occupa della rotazione delle tre subunità beta (L, T e O). Con la fosforilazione ossidativa si ottengono 36 molecole di atp. Ma i mitocondri hanno anche altre funzioni: - Accumulo di ioni calcio - Produzione di calore (nelle cellule del tessuto adiposo bruno, abbondante negli animali ibernanti) - sintesi degli ormoni steroidei - Gluconeogenesi - Ossidazione acidi grassi - Apoptosi (i mitocondri svolgono un ruolo cruciale innescando una delle vie della morte programmata) | Perossisomi Sono organelli che presentano una membrana, appartengono quindi al sistema di endomembrane. Il materiale del perossisoma può essere amorfo finamente granulare con all'interno una struttura paracristallina (urato ossidasi o catalasi nelle piante). Nelle piante si spostano sui filamenti di actina, nei mammiferi sui microtubuli; sono presenti in tutti i tipi di cellula tranne nei globuli rossi. I meccanismi di trasporto di proteine negli organelli sono fondamentalmente tre: nel nucleo avviene attraverso il poro nucleare, nei cloroplasti, nel mitocondrio e nel perossisoma e anche nel caso del trasporto cotraduzionale nel RER il trasporto avviene attraverso membrane quindi attraverso particolari trasportatori (es. traslocone nel RER, tom e tim nel mitocondrio etc.), e infine c'è il trasporto vescicolare nella via secretoria. I perossisomi non ricevono le proteine dalla via secretoria come avviene per i lisosomi e per la membrana plasmatica o per l'endosoma tardivo. Le membrane del perossisoma però derivano dal RER, in una regione specializzata di quest’ultimo avviene la gemmazione di vescicole che andranno ad originare un perossisoma detto “fantasma” cioè vuoto, perchè queste vescicole non contengono gli enzimi perossisomiali. La particolare zona del reticolo contiene una particolare proteina chiamata perossina 3P o Pex 3 P che è molto importante per la biogenesi del perossisoma, questa richiama la pex19P che si trova nel citoplasma, il loro legame permette la creazione della vescicola perossisomiale vuota che però è più piccola di un perossisoma maturo, la loro maturazione comporta una loro fusione per formare un vescicola più grande, questa fusione è mediata da altre perossine cioè la 1 e la 6, 57 forno in genere allungate, con una dimensione decisamente superiore alle altre. Cambia anche la struttura interna, infatti se durante la crescita embrionale, nella cellula che raddoppia il volume si assiste ad una sintesi di tutti i componenti cellulari, nella crescita per distensione il grosso dell'aumento di volume è dovuto alla parete cellulare e al vacuolo, infatti si parte da tanti piccoli vacuoli che dopo l'aumento di volume si uniscono a formarne uno solo. Il vacuolo Il vacuolo è presente solo nelle cellule vegetali. Il vacuolo è rivestito da una membrana detta tonoplasto e contiene una soluzione acquosa detta succo vacuolare. Le cellule non differenziate normalmente posseggono iniziali vacuolari dette provacuoli, il processo di formazione del vacuolo normalmente inizia durante le primissime fasi del differenziamento. Si ritiene che i vacuoli abbiano origine da una porzione del reticolo endoplasmatico, localizzato in prossimità della faccia trans dei sacculi del Golgi, costituita da un sistema tubulare membranoso interconnesso a cisterna appiattite. Perché il vacuolo è costituito principalmente di acqua, possiamo dire che la crescita per distensione è caratterizzata da un massiccio ingresso di acqua nella cellula. Funzioni 1. Ruolo osmotico: cioè la capacità di far entrare e trattenere acqua, e Forza motrice per la dissenteria cellulare: la pressione di turgore esercitata dal vacuolo in maniera uniforme sulla parete cellulare rappresenta la forza guida dell' accrescimento delle cellule vegetali e Supporto meccanico: il vacuolo insieme alla parete realizzato la struttura rigida (la pressione dell'acqua nel vacuolo viene controbilanciata dalla rigidità della parete cellulare) che determina la pressione di turgore responsabile sia della distinzione cellulare sia della rigidità dei tessuti non li significanti (per esempio foglie o giovani fusti ) i quali quando la pressione di turgore diminuisce avvizziscono. Se la parete non fosse in grado di opporsi al continuo richiamo d'acqua si avrebbe lo scoppio dei protoplasti è selva c*** perdesse acqua determinando l'abbassamento della pressione di turgore si avrebbe la plasmolisi cellulare. 2. Ruolo tamponante del pH citoplasmatico: il succo vacuolare ha un ph acido il cui valore si aggira tra ph 4 e 5. Questo valore è sempre più basso rispetto a quello del citoplasma che ha un ph di 6.8-6.9. La capacità di mantenere il succo vacuolare ad un ph acido è dovuta la presenza sul tonoplasto di pompe protoniche (H+ ATPasi e H+ PPasi) che attraverso l'idrolisi dell'atp e delle pirofosfato inorganico forniscono protoni al succo vacuolare acidificandolo. La presenza di pompe protoniche sul tonoplasto e di notevole importanza fisiologica perché alla loro funzionalità è strettamente legata alla capacità di trasportare selettivamente ioni e metaboliti dal citoplasma al vacuolo, in misura minima dal vacuolo al citoplasma, permettendo così il mantenimento del ph costante nel citoplasma. 60 3. Equilibrio riserva di ioni: nel vacuolo si accumulano molti ioni inorganici la cui natura e quantità è dovuta al tipo di terreno su cui cresce la pianta. Tutti gli ioni non immediatamente utilizzati vengono immagazzinati nel vacuolo mentre l'utilizzo di speciali proteine trasportatrici al livello del tonoplasto (trasporto attivo). Piante che vivono su terreni ricchi di elementi tossici tendono ad accumularli nel vacuolo. Lioni nel vacuolo possono rimanere sotto forma libera oppure formare dei sali e dei cristalli con gli acidi organici pure accumulati nel vacuolo (per esempio o salato di calcio: acido ossalico + ca2 +). In particolare cristalli di ossalato di calcio formano degli inclusi solidi insolubili di varie forme (Raffi di prismi o stiloidi, druse, sabbia cristallina) 4. Riserva di metaboliti: molti metaboliti di riserva vengono accumulati nel baculo tra cui aminoacidi e proteine, zuccheri monosaccardi (per esempio il glucosio nel l'uva), disaccaridi (saccarosio nella barbabietola e nella canna da zucchero), pigmenti che conferiscono i colori ai fiori alla frutta ... (antociani, favoni e a volte tannini. 5. Segregazione di metaboliti: alcuni metaboliti secondari vengono riversati nel vacuolo come sostanze di rifiuto anche se vengono poi riutilizzate in altre vie metaboliche. 6. Funzioni litica: la presenza di idrolasi acide (peptidasi, glicosidasi, esterasi) quindi possono avere funzione lisosomiale. Funzione parete cellulare - Mantiene determina la forma della cellula - Supporto e resistenza meccanica - Previene lo scoppio di cellule poste in una soluzione ipotonica - Controlla la velocità, la direzione di accrescimento il volume cellulare - Responsabile dell'architettura della pianta - Ruolo metabolico - Barriera fisica contro i patogeni o per ridurre la perdita di acqua - Ruolo nella segnalazione e riconoscimento degli altri organismi È costituita da diverse macromolecole tra cui la cellulosa, emicellulosa, la pectina, proteine, lignina e soprattutto acqua, in quanto la parete deve essere idratata, può contenere poi anche particolari sostanze come la suberina, le cere che impermeabilizzano la parete cellulare e limitano la perdita di acqua. La cellulosa è un polimero lineare del beta d glucosio in cui le molecole di glucosio sono legate tramite legami 1-4, queste catene di glucosio formano dei legami a idrogeno, legami idrogeno tra 20-40 catene formano una microfibrilla. Più microfibrille vanno a costituire il cellobiosio che ha una forza tensile è simile all'acciaio. Le microfibrille possono essere composte da zone cristalline ed amorfe, maggiore è la presenza delle strutture cristalline maggiore è la resistenza. La cellulosa nativa, cellulosa 1, dopo trattamento con NaOH può essere convertita in cellulosa di tipo 2 o cellulosa rigenerata ad alta cristallinità. Quindi la cellulosa 1 diventa cellulosa 2 grazie all'eliminazione delle zone amorfe. La cellulosa di tipo due assorbe più acqua e si rigonfia maggiormente della cellulosa di tipo 1, inoltre le catene di cellulosa di tipo 2 61 presentano una maggiore resistenza allo stiramento meccanico. La cellulosa di tipo 2 più resistenza di idrolisi. La struttura della cellulosa è determinabile con analisi ai raggi-x e attraverso la microscopia elettronica. Le microfibrille di cellulosa solo sintetizzate da rosette di particelle proteiche e incluse nella membrana plasmatica. Ciascuna Rosetta contiene molte unità di cellulosa sintasi. La direzionalità della crescita di cellulosa è guidata da filamenti di microtubuli sottostanti. Le emicellulosa sono polisaccaridi che si legano lateralmente alla cellulosa, si legano mediante legami a H, rendono la cellulosa meno cristallina, sono quindi abbondanti nelle regioni amorfe. Le pectine formano dei gel idratati, sono zucchero che possono essere acidi o neutri. Sono la parte più solubile della parete e sono costituite da molecole ramificate, richiamano acqua quindi idratano, sono presenti nei frutti. Le pectine determinano la porosità della parete, sono importanti per la polarità della parete la rendono quindi carica e sono importanti per l'adesione e il riconoscimento cellulare. Ci sono tre tipi di parte la lamella mediana che è la parte più esterna della parete cellulare ed è importante per il riconoscimento cellula cellula, è ricco di pectine, proviene possibili migrazioni cellulari. Lo sviluppo della pianta dipende solo dalla divisione e dalla distensione. È presente nelle cellule invia di differenziamento che poi accumulano la parete primaria. La parete primaria e depositata da cellule in accrescimento, quindi la crescimento dipende dalla parete primaria costituita dal 35% di sostanze pectiche, da un 25% di emicellulose dal 25% di cellulosa e di 1-8% di proteine. Tutte le cellule vegetali differenziali hanno una parete primaria e una lamella mediana. La parete secondaria si trova all'interno della parete primaria e viene depositata dopo che l'espansione cellulare è completata, ha una funzione di supporto e contiene di Nina che appunto responsabile della rigidità. Nella parte più interna abbiamo la parete secondaria poi la parete primaria e infine la parte più esterna la lamella mediana. Le cellule vegetali comunicano tra di loro mediante dei ponti chiamati i plasmodesmi. Plasmodesmi c'è una connessione delle membrane delle cellule adiacenti che permette la comunicazione del 2 citosol quindi i plasmodesmi sono canali circondati da plasmalemma che permette una comunicazione citoplasmatica tra due cellule adiacenti. Si formano durante la citochinesi, sono attraversati dal desmotubulo. Le molecole attraverso il plasmodesma nella regione delimitata dal plasmalemma e dal desmotubulo attraversato da molecole. Sembrerebbe che ci siano dei meccanismi propri mediati dal desmotubulo che permettono ai plasmodesmi di meccanismi di apertura e di chiusura questi meccanismi sembrerebbero essere mediati dall'actina. I plastidi Esistono diversi tipi di plastidi: i cloroplasti deputati alla fotosintesi e poi ce ne sono altri con altre funzioni che sono gli amiloplasti deputati alla deposito e accumulo di amido e cromoplasti che invece sono deputati all'accumulo di cromofori molto importanti insieme al vacuolo nel dare colore ai Petali e alle piante. | plastidi derivano dai proplastidi presenti nelle cellule staminali delle piante delle radici e dei germogli. Il differenziamento dei pro plus TV Porta alla formazione dei cloroplasti, degli amiloplasti e dei cromoplasti. Inoltre si può passare nei cloroplasti ad 62 di trasporto di elettroni elettroni costituito dalla feofitina, da plastochinoni etc. che trasferiscono l'elettrone al citocromo B6 che a sua volta trasferisce l'elettrone ad un'altra molecola chiamata plastocianina che dona questo elettrone al fotosistema 1. Il fotosistema 1 quindi riacquisisce l'elettrone, perso nel ciclo precedente, dal fotosistema 2, ri acquisendo l'elettrone il p700 viene eccitato, questo permette al sistema antenna del fotosistema 1 di trasferire gli elettroni alla ferredossina che trasferisce gli elettroni e due protoni al nadp+ che va formare il nadph. Nella fotosintesi si ha produzione al netto di due molecole di Nadph e di ossigeno. L'ossigeno verrà buttato fuori dalla pianta è il nadph servirà per ulteriori processi, durante questo processo vengono liberati e pompati dei protoni a livello del lume del tilacoide, questo processo che consiste nel idrolisi dell'acqua e pompaggio di protoni dal fotosistema 2 porta a una differenza di potenziale protonico questa differenza di potenziale, accoppiato ad un atp sintetasi che andrà a produrre col passaggio dei protoni molecole di ATP. Quindi nella durante la fotosintesi abbiamo produzione di una cofattore ridotto nadph e atp che va nel ciclo di calvin. Il ciclo di calvin è la parte oscura, legata alla fase luminosa in quanto quest'ultima vi dona atp e nadph per fissare l'anidride carbonica che è entrata dagli stomi presenti sotto la pianta la foglia. L'anidride carbonica entra nel ciclo di Calvin attraverso la carbossilazione di un importante molecola organica che è il ribulosio-1,5-bifosfato. La CO2 viene internalizzata dal ribulosio-1,5-bifosfato. Questo processo ha come produzione finale trioso fosfati, durante il processo viene consumato ATP e nadph sempre prodotti nella fase luminosa; questa internalizzazione dell'anidride carbonica nel ribulosio-1,5-bifosfato porta due molecole di fosfoglicerato che a sua volta quindi mediante consumo di ATP e nadh porta alla formazione di gliceraldeide 3 fosfato, la gliceraldeide 3 fosfato poi può essere indirizzata verso la sintesi dell'amido o di altre molecole organiche, ma delle 6 moli di gliceraldeide 3 fosfato una sola viene indirizzata in questa sintesi, le altre cinque vanno a formare di nuovo ribulosio-1,5-bifosfato. Ogni ciclo di Kevin con un consumo di 6 molecole di ATP e 6 molecole di nadph si ha la formazione di una molecola di trioso fosfato che sarà necessaria per la sintesi saccarosio, amido ed altre molecole organiche. Con la fotosintesi abbiamo un processo di tipo anabolico. La sintesi dell'amido può avvenire già all'interno dello stroma; per la sintesi del saccarosio c'è un traslocatore a livello della membrana interna che permette il passaggio dei trioso fosfato al citosol e alla formazione del saccarosio. Il prodotto della fotosintesi NON è l'ossigeno, quest'ultimo poi viene rilasciato dalla pianta. Con la respirazione cellulare noi facciamo dei processi catabolici, mentre il ciclo di calvin è un processo anabolico. 65 MITOSI Il ciclo cellulare è il tempo che intercorre tra due mitosi, quest'ultimo varia da cellula a cellula. Mutazioni al livello delle proteine coinvolte al ciclo cellulare sono proprie delle cellule tumorali. 1 check point servono appunto alla cellula per controllare eventuali errori e in tal caso il ciclo cellulare si blocca e la cellula va incontro a morte programmata detta apoptosi. La mitosi fa parte del ciclo cellulare. Si entra in mitosi quando la ciclina b attiva la cdk1 che porta alla fosforilazione della lamina nucleare, questa è fondamentale perché grazie a questa il materiale contenuto nella cellula viene diviso nelle 2 cellule figlie. La mitosi si divide in: profase, prometafase, metafase, anafase e telofase. La profase inizia quando la cdk viene attivata, vi è una graduale riduzione trascrizione degli RNA fino al completo arresto al termine della profase, inoltre al termine della profase si avrà la scomparsa del nucleolo quindi durante la mitosi la cellula non è più in grado di sintetizzare RNA e proteine. Avviene un rallentamento o arresto del traffico vescicolare, il blocco di esocitosi ed endocitosi, la disgregazione della membrana nucleare e l'assemblamento del fuso. La fosforilazione oltre a provocare la disgregazione dell'involucro nucleare, c'è anche l'aumento dell'instabilità dei microtubuli che si allungano e si accorciano in modo non prevedibile che porta all'allontanamento di una coppia di centrioli nei due poli della cellula dove si inizia a formare il fuso mitotico. Il fuso mitotico è costituito da microtubuli astrali, del cinetocore e quelli polari o interpolari, quelli astrali sono i primi a formarsi e si dirigono verso la cortex della membrana cellulare, sono infatti importanti per il legame alla membrana plasmatica. L'allontanamento dei due centrosomi è spinto dalla polimerizzazione dei microtubuli polari ossia quelli centrali che spingono insieme alle forze di trazione di quelli astrali li spingono alle estremità della cellula. In questo momento è ancora presente la membrana, una sua disgregazione a questo punto potrebbe intralciare il processo perchè ci sono sempre i microtubuli del cinetocore che potrebbero agganciare in modo errato i cromosomi, una volta che il fuso mitotico si è formato inizia la disgregazione della membrana nucleare perché solo dopo questo può avvenire il riconoscimento cromosomi-microtubuli del cinetocore. Oltre all'instabilità dinamica nel movimento dei microtubuli sono coinvolte anche proteine motrici che possono essere bipolari che si legano ai microtubuli con la stessa polarità (questo fa si che i microtubuli si organizzino in fasci paralleli) oppure quelli che li legano con polarità opposta (questo permette lo slittamento dei 2 microtubuli opposti). Alte proteine motrici sono presenti nei bracci dei cromosomi, sul cinetocore, sulla cortex delle membrana e anche quelle che ancorano i microtubuli e li controllano al livello del centrosoma. Dopo la migrazione dei centrosomi deve avvenire la disgregazione dell'involucro nucleare, il complesso cdk fosforila le lemine che vengono poi frammentate, quindi il materiale genetico si disperde nel citosol, le lamine b cioè quelle a ridosso della membrana interna del nucleo vanno a formare vescicole associate alle membrane nucleari che successivamente vengono riassorbite dal rer, 66 le lemine a rimane nel citosol e in alcuni punti rimane associata alla cromatina. La cellula non può disgregare la lamina perché i processi di sintesi sono bloccati. durante la fase s avviene la duplicazione del dna e i due filamenti sono tenuti insieme dalla coesina. Il dna duplicato è il cromatidio fratello costituito dai filamenti duplicati e uniti dalla coesina lungo l’asse centrale e la cromatina non è ancora totalmente eterocromatica. A metà della profase, prima della rottura dell'involucro avviene la spiralizzazione del dna a opera della condensina, questo fa sì che la coesina nell'asse centrale venga persa, tranne che in una sola regione. Prometafase inizia con la disgregazione dell'involucro nucleare. Ora i cromosomi possono attaccarsi ai microtubuli del fuso e farsi trasportare. Il riconoscimento tra microtubuli e cinetocore avviene al livello di una strozzatura chiamata centromero (costituito da dna satellite altamente ripetuto ed è eterocromatico e cinetocore una parte proteica riconosciuta dai microtubuli), l'attaccatura avviene al livello del centromero perché questa zona si distingue dal resto, per esempio qui la cianp-a va a sostituire l’istone h3 al livello del cinetocore. I cinetocori sono posizionati presentano una struttura a forma di disco: il disco interno è associato al centromero, mentre il disco esterno prende contatto con le fibre del fuso mitotico. Il cinetocore contiene proteine con funzione diversa, alcune sono coinvolte N nell'attività motoria e fondamentali per fire | Microtubule l'organizzazione strutturale come le proteine corona Cenp, mentre altre sono implicate nella regolazione della transizione. Inner kinetechore Outer kinetochore Inner centromene Quando il cinetocore è correttamente legato, sia a destra che a sinistra, la proteina guardiano (shugoshin) sentirà la corretta tensione a livello del cinetocore, ma fino a quando tra i cromatidi fratelli c'è la coesina questi rimarranno attaccati. Se non è avvertita la corretta tensione la coesina non verrà degradata al livello del centromero. METAFASE Qui vi è l'aggancio al livello del centromero da parte delle fibre del cinetocore. Quando tutti i cromosomi sono attaccati e tutti sono in posizione equatoriale la mitosi può procedere. Altrimenti la mitosi si blocca (punto di controllo) + perché una volta passati all'anafase non si può tornare indietro. Verificato il punto di controllo è nel momento in cui tutti i cromosomi saranno legati ai microtubuli e posti tutti in posizione equatoriale, le cdk promuoveranno la dissoluzione delle coesine e quindi il passaggio all'anafase. 67 Gli organismi superiori si riproducono mediante l'unione di due cellule sessuali specializzate, i gameti (aploidi) che si uniscono a formare un'unica cellula chiamata zigote (diploide) -->cellula staminale in quanto dallo zigote può generarsi l'embrione e quindi un nuovo organismo. | gameti sono prodotti nelle gonadi (testicolo e ovaio) a partire dalle cellule germinali. Se i gameti (cellule uovo e spermatozoi) avessero lo stesso numero di cromosomi delle cellule del genitore che lo produce, allora lo zigote avrebbe un n doppio di cromosomi e questa e raddoppiamento si verificherebbe ad ogni generazione. Il mantenimento di un numero costante di cromosomi è assicurato mediante un tipo particolare di divisione cellulare chiamato meiosi. La meiosi è un processo che porta alla produzione di cellule aploidi, il materiale cromosomico si raddoppia una volta e la cellula si divide due volte, è un processo fondamentale per garantire la conservazione dello stesso numero di cromosomi all'interno di ogni specie. Nella prima divisione meiotica abbiamo la separazione dei cromosomi omologhi nella seconda abbiamo la divisione dei cromatidi fratelli. Si parte dalla cellula madre costituita da 46 cromosomi, con la divisione meiotica ogni cellula figlia riceve 23 cromosomi, il termine meiosi significa rendere più piccolo in quanto il numero cromosomi viene dimezzato. La meiosi si divide quindi in meiosi 1 dove i membri di ogni coppia di cromosomi omologhi prima si uniscono, scambiano il loro materiale con la ricombinazione genica e poi si separano e vengono distribuiti in nuclei distinti. Nella meiosi 2 i cromatidi fratelli si separano e vengono distribuiti ai nuclei delle cellule figlie. Nella prima divisione meiotica è importante che la coesina rimanga su tutta la lunghezza del cromatidio fratello, dovranno unirsi i cromosomi omologhi che durante la profase 1 subiscono modificazioni al fine di garantire la ricombinazione genica e quindi una diversità tra gli individui. MEIOSI La profase è preceduta da una replicazione del DNA (fase pre meiotica), durante la profase è fondamentale il riconoscimento dei cromosomi omologhi. La meiosi si divide in: 1. Profase 1 suddivisa in: - leptotene: appaiamento cromosomi omologhi, il riconoscimento avviene grazie allo scivolamento delle parti terminali dei cromosomi omologhi lungo l'involucro nucleare - zigotene vanno ad unirsi i telomeri dello stesso cromosoma e questo porta alla formazione di una struttura a bouquet i cromosomi omologhi iniziano ad incontrarsi in punti specifici ed iniziano ad accoppiarsi, questo avviene grazie alla formazione di una struttura sinaptinemale 70 (cromatidi fratelli di uomo + cromatidi fratelli della donna) che permette il riconoscimento e l'accoppiamento dei cromosomi omologhi pachitene i cromosomi si riallontanano verso i poli opposti fino a che non sono perfettamente allineati all'interno di un impalcatura proteica. | cromosomi si accorciano, si ispessiscono e avviene il crossing-over, che però ancora non è visibile in quanto i cromosomi sono ancora in stretto contatto fra loro diplotene in questo stadio i cromosomi omologhi cominciano a separarsi (desinapsi), soprattutto a livello del centromero, per la progressiva scomparsa del complesso sinaptinemale. Tuttavia i due cromatidi di ciascuna coppia di omologhi restano in contatto grazie a connessioni chiamate chiasmi, segni visibili dell'avvenuto crossing-over. È bene notare che negli umani in ogni coppia di omologhi debba, in condizioni normali, avvenire per forza almeno un chiasmo, che ha un importante ruolo strutturale; diacinesi nel corso del quale i cromosomi completano la loro condensazione e sono chiaramente visibili Ormai è ben formata la tetrade e avviene la dissoluzione della membrana nucleare e del nucleolo e le coppie si dirigono al fuso. Involucro nucleare nen Scomparsa eso Bivalente in formazione CA DOROO k \, Formazione di un Yv <S compiessa sinp..-_ crorisoni Guplcai -«—Comnsialasinapai | Sriapsicompiea: {lcorpisso snacionemale | Bivaenia ponto Inino a condonsersi ttniane un Crossing er — compere. è vlbie perla malese Unchiasma Ogni cromosoma è costituito da una successione lineare di geni o loci. Gene = unità ereditaria fondamentale. Locus = posizione occupata da un gene su un cromosoma. Ogni paio di cromosomi contiene gli stessi geni nello stesso ordine ma non necessariamente in forma identica. Anche se i cromosomi differiscono per la tipologia di geni non differiscono per la posizione che i geni occupano, in quanto ogni cromosoma omologo possiede gli stessi geni, nello stesso ordine, ma di tipologie diverse. Se due cromosomi omologhi sono identici il genotipo sarà omozigote e il fenotipo sarà di tipo dominante, altrimenti può anche essere omozigote di fenotipo recessivo. Se i geni sono diversi sarà un eterozigote con un fenotipo con carattere dominante. 71 Metafase 1 vengono ad essere riconosciuti sono i cinetocori dei due cromosomi omologhi, questi durante la metafase 1 vengono posizionati sull'equatore della cellula e intercettate dallo stesso microtubulo i 2 cinetocori dello stesso cromosoma omologo. Anafase 1 i cromosomi omologhi si dirigono verso i poli opposti, i cromatidi fratelli sono ancora tenuti insieme dalla coesina Telofase 1 le due cellule figlie si formano con metà cromosomi profase 2, metafase 2, anafase 2 dove si dividono i cromatidi di ciascun centrosoma, telofase 2 formazione di altre due cellule per un totale di 4 cellule aploidi punti importanti della meiosi: 1. produzione cellule aploidi 2. crossing-over 3. assortimento casuale dei cromosomi omologhi nella prima divisione e dei cromatidi fratelli nella seconda divisione 2+3= rimescolamento materiale genetico + diversità divisione di cellule germinali: meiosi + vengono prodotti gameti nelle gonadi divisione cellule somatiche: mitosi Gametogenesi insieme di processi che portano alla formazione dei gameti maschili (spermatozoi) e gameti femminili (cellula uovo), tuttavia la spermatogenesi genera 4 spermatozoi invece l'oogenesi genera una sola cellula uovo. GAMETOGENESI MASCHILE I precursori dei gameti sono le cellule germinali primordiali (all'interno della madre) questi migrano verso le creste genitali che daranno origine alle gonadi indifferenziate. All'ottava settimana nell'uomo si verificano modificazioni che portano alla formazione del testicolo e prima della pubertà le cellule germinali sono raggruppate in cordoni sessuali dove le cellule germinali fanno mitosi ma non fanno meiosi, alla pubertà iniziano un processo detto cavitazione e si formano delle strutture dette tubuli seminiferi e le cellule germinali che possono fare spermatogenesi e quindi creare spermatozoi. Alla nascita il numero di spermatogoni è molto basso, in questa fase sono definiti tipo A. Verso i 10 anni comincia la proliferazione di queste cellule germinali ancora indifferenziate, con la pubertà l’ipofisi comincia a produrre gonadotropine, le quali inducono la proliferazione degli spermatogoni che cominciano a differenziarsi. Si formano spermatogoni con nucleo chiaro cioè quelli commissionati o di tipo B che 72 divisione cellulare che porta a cellule staminali e a cellule che vanno verso il differenziamento. L'ambiente della nicchia ricrea alcune condizioni esistenti nell'embrione. Tuttavia, non sono identiche a quelle embrionali, ma sono in qualche modo adatte al tessuto maturo, acquisendo caratteristiche diverse nei vari tessuti. Nella nicchia i rapporti cellulari sono fondamentali nel regolare l'attività delle cellule staminali. Una esempio di nicchia è quella che si crea a livello delle cellule del sertoli (cellule unipotenti non somatiche), queste creano una nicchia con le giunzioni strette, creando un microambiente tra la lamina basale fino al lume del tubulo. Nella cellula del sertoli il contatto cellula-cellula è importante, infatti il contatto tra la cellula di tipo A ad una specifica regione della cellula del sertoli porterà ad un auto rinnovamento quindi a divisioni che produrranno altre cellule di tipo A e cellule di tipo A che invece intraprenderanno il percorso per diventare di tipo B (che intraprendono poi la mitosi e la meiosi). Cellule somatiche staminali Le staminali adulte si trovano in compartimenti staminali, ovvero cellule indifferenziate in un tessuto differenziato + multipotenti (da origine a cellule di quel determinato tessuto). La potenzialità è minima. Sistema link permette a citoscheletro e nucleoscheletro di comunicare tra loro. Cellule staminali neuronali dividendosi possono diventare neuroni, oligodendrociti e astrociti. Cellule staminali adulte fanno una divisione asimmetrica, l'asimmetria sta nella separazione di particolari proteine o recettori che rimangono in una sola cellule, quella che non eredita il fattore si differenzia, l’altra è staminale. L'infiammazione indica al tessuto il danno e stimola la nicchia che a sua volta stimola la cellula staminale a differenziarsi. Terapia cellulare va a utilizzare cellule staminali per sostituire cellule danneggiate in un tessuto, vengono utilizzati spesso dei progenitori quindi cellule già indirizzate ad un determinato differenziamento, questo è importante per la rigenerazione della cartilagine o dell'epidermide etc. Per i biotecnologi le cellule staminali sono importanti per ricreare in vitro degli organi da studiare. IL CANCRO È un anomalo sviluppo di una o più masse di cellule che si accrescono in modo incontrollato. Molte proteine delle cellule tumorali che regolano il ciclo cellulare sono 75 mutate perché nelle cellule tumorali c'è una deregolazione del ciclo che le porta ad accrescere e a fare mitosi in maniera incontrollata e questo porta a masse di cellule nel tessuto. Le cellule tumorali perdono la capacità di controllare il ciclo, sono inizialmente clonali cioè derivano da una cellula sana che si è modificata, questo con il tempo porta ad un accumulo di mutazioni, al cambiamento della morfologia fino a diventare anaplastiche (tra loro non differenziate e non coordinate nello svolgimento delle funzioni) e poi completamente autonome (seguono modalità di crescita autonome). Tumori hanno diversi stadi, il problema del tumore inizia quando le cellule iniziano a diventare anaplastiche e poi autonome. Nel carcinoma del colon le cellule mutate iniziano a duplicarsi in modo incontrollato, poi perdono la morfologia e poi perdono i contatti con le altre cellule fino a diventare autonome e attivare il processo di vascolarizzazione che porta le cellule tumorali ad infettare quelle attorno. Se la cellula viene individuata subito il problema è risolvibile con il progredire dei vari stadi le possibilità di guarigione diminuiscono. Diversi geni possono degenerare in tumore, mutazioni di proto oncogeni che diventano oncogeni e mutazioni degli oncosoppressori (che controllano il ciclo cellulare e inducono la cellula a morte programmata se ha qualche anomalia) che dopo le mutazioni perdono le loro funzioni. Il tumore è il risultato di diverse mutazioni. Le cellule cancerose possono cambiare anche il loro metabolismo adattandolo alle condizioni che gli permettono di continuare a vivere. Vanno per esempio ad usare meno ossigeno e meno glucosio per continuare a sopravvivere, si creano quindi microambienti tumorali specifici che permettono alla cellula difettosa di vivere. Un ruolo importante è nel crosstalk, le cellule tumorali riescono ad evadere dai controlli modificando il crosstalk, per esempio possono aumentare il trasporto della glutammina, possono evadere dal poco nutrimento con l’autofagia, se hanno poco ossigeno possono rallentare i mitocondri etc... Per evitare e sconfiggere il cancro: prevenzione, controlli periodici, terapie specializzate. Apoptosi: morte programmata a cui vanno incontro cellule modificate. È un processo fisiologico per non far progredire per esempio le cellule tumorali. Molti geni mutati sono i geni anti-apoptotici quindi impediscono l'apoptosi quindi anche se ho cellule mutate a causa di questi geni anti-apoptotici progrediscono. È anche un processo fisiologico (serve per proteggerci da cellule danneggiate o per riparare tessuti) ma se esagerata può diventare anche patologico (malattie neurodegenerative per esempio nell'alzheimer avviene una apoptosi dei neuroni troppo abbondante). 76 L'apoptosi porta alla formazione di corpi apoptotici che non generano infiammazioni ma vengono riconosciuti dai macrofagi che li inglobano. L'apoptosi la troviamo nella biologia dello sviluppo per esempio nel modellamento della forma delle mani, oppure dal girino alla rana dove la coda del girino scompare per apoptosi. Una cellula normale indotta ad apoptosi vede come primi fenomeni il restringimento cellulare e la condensazione della cromatina, poi la cellula comincia a compartimentalizzare le regioni del citosol e a formare delle vescicole la continua condensazione del nucleo porta a un restringimento del citosol e alla frammentazione cellulare tutto è sempre rivestito dalla membrana, questi vengono riconosciuti dai macrofagi che le digeriscono. Esistono 2 tipi di apoptosi: - Apoptosi estrinseca stimolata da fattori esterni. Vi è l'attivazione di un recettore di membrana che si chiama fasL che ha al suo interno una regione detta di morte perchè una volta legato va a d attivare la procaspasi 8 che attivata è in grado di attivare altre caspasi che a loro volta attivano il processo di apoptosi. - Intrinseca stimolata da fattori interni. Nella via intrinseca è coinvolto il mitocondrio che induce apoptosi rilasciando nel citosol il citocromo c che viene riconosciuto da una serie di proteine che portano all'attivazione della caspasi 9 che attiva la caspasi 3 che porta alla morte per apoptosi. Le caspasi sono una classe di enzimi attivati durante il processo apoptotico, sono responsabili di molte delle alterazioni osservate nelle cellule apoptotiche. Quelle coinvolte nell'apoptosi sono la 2, 9, 8 e 10, la 9 e 8 sono le più conosciute e sono le iniziatrici che attivano altre dette effettrici come la 3, 6 e 7 che portano a condensazione di cromatina, taglio dna, formazione di vescicole e quindi dei corpi apoptotici. TI