biologia cellulare, organelli cellulari ed extracellulari, Appunti di Biologia

Scarica biologia cellulare, organelli cellulari ed extracellulari e più Appunti in PDF di Biologia solo su Docsity! INTERAZIONI TRA LE CELLULE ED IL LORO AMBIENTE MATRICE EXTRACELLULARE (MEC) È una rete organizzata di materiale extracellulare presente nelle immediate vicinanze della membrana plasmatica. La MEC fornisce segnali sia fisici sia biochimici che possono giocare un ruolo regolatorio chiave nel determinare la forma e le attività di una cellula. Una delle membrane extracellulari meglio definite è la MEMBRAMA BASALE, uno strato continuo spesso circa 50-200 nm che: 1. Circonda le fibre nervose e le cellule muscolari ed adipose 2. È presente al di sotto della superficie basale dei tessuti epiteliali, come nell’epidermide della cute, o nel rivestimento interno del canale digerente e respiratorio 3. Si trova al di sotto del rivestimento endoteliale interno dei vasi sanguigni. Le membrane basali forniscono un supporto meccanico per l’adesione cellulare, generano segnali per la sopravvivenza cellulare, servono da substrato per la migrazione cellulare, separano tessuti adiacenti all’interno di un organo e fungono da barriera al passaggio di macromolecole. In quest’ultimo caso, le membrane basali dei capillari hanno un ruolo importante nell’impedire il passaggio di proteine fuori dal circolo sanguigno e all’interno dei tessuti. Le membrane basali funzionano anche da barriera contro l’invasione dei tessuti da parte di cellule cancerose. La matrice extracellulare è costituita da: - Acqua - Proteoglicani - Proteine - Glicosaminoglicani (GAG) - Glicoproteine: alcune non hanno origine autoctona, ma sono glicoproteine plasmatiche passate alla matrice extracellulare. - Sali minerali - Vitamine Hanno varie funzioni: - Nutrizionale: le sostanze nutritive che dal sangue devono giungere alle cellule degli organismi transitano attraverso la sostanza fondamentale (favorisce lo scambio di sostanze con il sangue). - Di sostegno: connette e sostiene le cellule. Il collagene: sono una famiglia di glicoproteine fibrose presenti nelle matrici extracellulari. Essi sono caratterizzati da un’elevata resistenza alla trazione, cioè la resistenza a forze di stiramento. Il collagene è il tipo di proteina più abbandonante nel corpo umano e ciò riflette l’ampia distribuzione dei materiali extracellulari. Il collagene è prodotto dai fibroblasti, cellule presenti in vari tipi di tessuti connettivi, ma anche delle cellule muscolari lisce ed epiteliali. Sono stati identificati più di 27 tipi di collagene, e ognuno ha una sua particolare localizzazione nel corpo, ma due più sono presenti nel MEC. Un’ulteriore complessità funzionale è fornita dalla presenza di diversi tipi diversi di collageni all’interno della stessa fibra, questi tipi di fibre “eterotipiche” sono l’equivalente biologico della lega dei metalli. Nonostante vi siano molte differenze tra i diversi membri della famiglia del collagene, tutti condividono almeno due importanti caratteristiche strutturali: 1. Tutte le molecole di collagene sono trimeri formati da tre catene polipeptidiche, chiamate catene α. 2. Per almeno una parte della loro lunghezza, le tre catene polipeptidiche che formano una molecola di collagene sono avvolte l’una intorno all’altra in una caratteristica tripla elica. Le catene α delle molecole di collagene contengono grandi quantità di prolina e molti dei residui di prolina sono idrossilati dopo la sintesi del polipeptide. Gli amminoacidi idrossilati sono importanti per assicurare la stabilità della tripla elica mediante formazione di legami idrogeno tra le catene componenti. La mancata idrossilazione delle catene di collagene ha serie conseguenze sulla struttura e sulla funzione dei tessuti connettivi. Alcuni collageni, tra cui i tipi I, II, III, sono chiamati COLLAGENI FIBRILLARI perché si assemblano in fibrille rigide a forma di cavo, le quali a loro volta si assemblano in fibre più spesse. molecole di laminina e di collagene di tipo IV delle membrane basali formino reti separate ma interconnesse. INTERAZIONI DELLE CELLULE CON SUBSTRATI EXTRACELLULARI Il gruppo più importante di recettori che legano le cellule al loro microambiente extracellulare è rappresentato dalle integrine. Integrine: sono una famiglia di proteine integrali di membrana che svolgono un ruolo chiave nell’interazione tra l’ambiente intracellulare e quello extracellulare. Sul versante esterno della membrana plasmatica le integrine legano una grande varietà di molecole (ligandi) presenti nell’ambiente extracellulare. Sul lato intracellulare della membrana, le integrine interagiscono direttamente, o indirettamente, con una dozzina di differenti proteine per influenzare il corso degli eventi all’interno della cellula. Le integrine sono composte da due catene polipeptidiche transmembrana, una catena α e una catena β, legate tra loro in modo non covalente. La maggior parte delle cellule possiede una varietà di integrine diversa e, viceversa, la maggior parte delle integrine è presente in differenti tipi cellulari. Il ligando è legato alla testa dell’integrina in una regione dove le subunità α e β si uniscono. Se le strutture ripiegata e distesa rappresentano rispettivamente lo stato inattivo e attivo di un’integrina, allora è importante considerare quale tipo di stimolo sia capace di mediare questa rilevante trasformazione nella conformazione della proteina. I domini citoplasmatici delle integrine legano una vasta gamma di proteine; una di queste proteine provoca la separazione di α e β. Mutazioni a carico della talina che bloccano la sua interazione con le subunità β delle integrine impediscono l’attivazione delle integrine e l’adesione alla MEC. La separazione delle estremità citoplasmatiche e dei domini transmembrana di un’integrina da parte della talina si supponde determini un cambiamento della conformazione portando la molecola ad assumere una conformazione distesa in cui la testa della proteina è capace di interagire specificatamente con il suo appropriato ligando. Le integrine sono state coinvolte in due tipi principali di attività: adesione delle cellule al loro substrato e trasmissione di segnali dall’ambiente esterno all’interno della cellula. Il legame del dominio extracellulare di un’integrina a un ligando, come la fibronectina o il collagene, può indurre un cambiamento conformazionale all’estremità citoplasmatica dell’integrina, in particolare della sua subunità β. I cambiamenti all’estremità citoplasmatica possono a loro volta alterare il modo in cui l’integrina interagisce con varie proteine citoplasmatiche, modificando le loro attività. I segnali esterno-interno trasmessi dalle integrine possono influenzare molti aspetti del comportamento cellulare, come il differenziamento, la mobilità, la crescita e persino la sopravvivenza delle cellule. Il legame tra le integrine e questi ligandi media l’adesione tra le cellule e il loro ambiente. La maggior parte delle proteine extracellulari che legano le integrine è in grado di farlo perché contiene la sequenza amminoacidica arginina-glicina-acido aspartico (RGD). Questa sequenza tripeptidica è presente nei siti di legame cellulare dei proteoglicani, della fibronectina, della laminina e di varie proteine extracellulari. I domini citoplasmatici delle integrine contengono siti di legame per una varietà di proteine citoplasmatiche, incluse alcune che agiscono da adattatori per legare le integrine ai filamenti di actina del citoscheletro. Il ruolo delle integrine della connessione tra le MEC e il citoscheletro è dimostrati meglio nelle adesioni focali e negli emidesmosomi. Caderine: sono una grande famiglia di glicoproteine che mediano l’adesione cellulare calcio-dipendente e trasmettono segnali dalla MEC al citoplasma. Le caderine uniscono tra loro cellule dello stesso tipo legando caderine uguali presenti sulla superficie di cellule adiacenti. Le caderine hanno una struttura modulare, e sono meglio caratterizzati da E-caderina. N-caderina e la P- caderina. Queste caderina “classiche” contengono un segmento extracellulare grande, formato da cinque domini ripetuti di dimensione e struttura simili, un singolo segmento transmembrana e un piccolo dominio citoplasmatico. Quest’ultimo è spesso associato a membri della famiglia di proteine citosoliche dette catenine, che hanno un doppio ruolo: collegano le caderine al citoscheletro e trasmettono segnali al citoplasma e al nucleo. Gli ioni calcio formano dei ponti tra i domini successivi di una singola molecola. Questi ioni calcio mantengono la porzione extracellulare di ogni caderina in una conformazione rigida, necessaria per l’adesione cellulare. Questa deriva dall’interazione tra i domini extracellulari delle caderine di cellule adiacenti, in modo da formare una “adesione cellulare a cerniera”. L’adesione mediata da caderine è responsabile degli aggregati misti di cellule simili.