Membrane Biologiche e Organelli Cellulari: Caratteristiche e Funzioni, Dispense di Biologia

Scarica Membrane Biologiche e Organelli Cellulari: Caratteristiche e Funzioni e più Dispense in PDF di Biologia solo su Docsity! (CAP.2) L’ORGANIZZAZIONE BIOLOGICA, LA CELLULA Il termine ‘cellula’ fu proposto per la prima volta da robert hooke, che nel XVII secolo studiò con un microscopio rudimentale sottili fettine di sughero e vide che esse erano formate da elementi di forma regolare. Egli chiamò cellule questi elementi proprio perché apparivano come file di celle. Ciò che egli vide erano in realtà pareti di cellule vegetali morte. Matthias Schleiden nel 1838 e Theodor Schwann nel 1839, due ricercatori, poterono affermare che sia i vegetali sia gli animali sono costituiti da piccole unità, le cellule appunto. Theodor schwann in particolare studiò al microscopio la cartilagine degli animali. A confermare questa ipotesi fu poi Rudolph Virchow, che nel 1855 dimostrò che le cellule non erano frutto di generazione spontanea, bensì derivavano per divisione di altre cellule. Il veloce crescere della tecnologia ha poi permesso di evidenziare l’enorme varietà di tipi cellulari e le relative funzioni, i meccanismi di divisione cellulare e quelli della regolazione. Inoltre é stato dimostrato come negli organismi pluricellulari le cellule si differenzino acquisendo strutture e funzioni specifiche. Dunque L’insieme degli studi al microscopio e le osservazioni di numerosi ricercatori permisero di arrivare alla moderna definizione della cosiddetta teoria cellulare, secondo la quale: 1. Tutti gli esseri viventi sono formati da una o più cellule 2. Le cellule rappresentano le unità fondamentali di ciascun organismo 3. Ogni cellula deriva da una cellula preesistente Tutte le cellule hanno in comune tre aspetti fondamentali: il citoplasma, il nucleoide o il nucleo e la membrana plasmatica. • la membrana plasmatica Viene anche chiamata plasmalemma e circonda la cellula, contenendone il contenuto e definendone i confini, in modo da separare l’interno dall’ambiente extracellulare. E’ costituita da un doppio strato di fosfolipidi, spesso circa 5-10 nm, con proteine in esso intersparse. In quanto membrana semipermeabile permette lo scambio di molecole dall’esterno verso l’interno e viceversa, e riveste un ruolo importante nella comunicazione tra le varie cellule, che devono essere in grado di riconoscersi l’una con l’altra. • Il citoplasma Si tratta di una matrice semifluida che costituisce l’interno della cellula. In esso sono immersi il nucleo e gli organelli cellulari (di cui alcuni delimitati da membrane) insieme a numerosi composti chimici, quali elementi inorganici, acqua, biomolecole, necessari per le attività funzionali della cellula. • Il nucleo o Nucleoide Ogni cellula contiene il materiale ereditario, il DNA. Nelle cellule procariotiche questo materiale è costituito da una singola molecola di DNA, che si trova in un’area non delimitata, generalmente in una porzione mediana della cellula, chiamata nucleoide. Nelle cellule procariotiche più molecole di DNA sono invece contenute nel nucleo, delimitato da una struttura a doppia membrana, chiamata carioteca. l’interno del nucleo, in analogia con il citoplasma, è detto nucleoplasma. La teoria cellulare Le proprietà delle cellule XVI m . Schleiden Th . Shwann Rudolph Virchow - Robert Hook - I procarioti sono gli organismi più semplici. Sono costituiti da una sola cellula, di dimensioni estremamente ridotte (tra 0,2 um e 10 um) , e per questo sono detti unicellulari. Di essi fanno parte gli eubatteri e gli archea. Tutti sono distinti da un’ampia capacità di adattamento e rapide capacità riproduttive. A volte possono presentarsi in gruppi costituiti da centinaia di individui, andando a costituire una colonia, e possono assumere diverse forme. -I batteri sferici sono spessi circa 1 um -I batteri a forma di bastoncelli circa 3 um -I batteri a spirale, provvisti di flagelli alle estremità, cicra 2 um La cellula procariote presenta un’organizzazione particolarmente semplice. Infatti si presenta priva di qualsiasi compartimento interno, e tutte le funzioni vitali si svolgono nel citoplasma, dove tuttavia si possono trovare delle strutture complesse, come i ribosomi; ma in genere non sono presenti organuli delimitate da membrane. Le reazioni metaboliche quindi non sono compartimentalizzate e l’intera cellula opera come unità singola. Si identifica un nucleoide, una zona del citoplasma dove si colloca il DNA, sottoforma di un singolo cromosoma circolare. Questo si trova connesso alla membrana cellula in un’ invaginazione della stessa, dette mesosoma, dove avviene la sintesi dell’ATP necessario per l’apertura della doppia elica all’inizio della duplicazione del DNA. Per questo l’origine di replicazione si trova in corrispondenza del mesosoma. Oltre alla principale molecola di dNa i batteri possono presentare nel loro citoplasma piccole molecole di DNA circolare “extracromosomico”, dette plasmidi. Non contengono informazioni essenziali per la sopravvivenza della cellula, però possono contenere all’interno dei loro geni delle informazioni che non troviamo all’interno del DNA batterico principale, come la resistenza agli antibiotici. La cellula procariote Lo scheletro della cellula è la parete cellulare, Che protegge la cellula dai fattori esterni e ne mantiene la forma. E’ costituita da peptidoglicano, una molecola complessa composta da zuccheri e peptidi. In base alle differenze nella costituzione della parete cellulare i batteri possono essere classificati in due tipi: Gram positivi e Gram negativi. Queste differenze possono essere evidenziate tramite l’uso della colorazione di Gram, dal nome del medico che mise a punto questa specifica tecnica. >>I batteri che assorbono e mantengono il colorante cristialvoletto al microscopio appaiono di colore porpora e sono detti GRAm +. Questi sono costituiti da una parete spessa costituita un monostrato di peptidoglicano altrettanto spesso. >>I batteri che in seguito al lavaggio con alcol perdono la colorazione al microscopio appaiono rosa e sono detti GRAM -. Questi sono costituiti da una parete più complessa, nella quale lo strato di peptidoglicano (più sottile rispetto a quello dei GRAM +) è rivestito esternamente da un’ulteriore membrana, anch’essa formata da un doppio strato fosfolipidico. A differenza delle cellule procariotiche le cellule eucariotiche sono più strutturate e complesse e di solito sono di dimensioni maggiori. La caratteristica principale delle cellule eucariotiche è la compartimentalizzazione. Infatti sono presenti varie strutture delimitate da membrane che costituiscono dei veri e propri scomparti all’interno dei quali i processi biochimici possono avvenire simultaneamente ma indipendentemente. I compartimenti vengono denominati organelli o organuli e tra questi gli unici non delimitati da membrana sono i ribosomi. >> Reticolo endoplasmatico >> Apparato del Golgi >> Lisosomi >> Vescicole lipidiche >> Perossisomi >> Ribosomi >> Mitocondri >> Nucleo >> Centrosomi >> Citoscheletro Le membrane biologiche, otre a separare i compartimenti, sono in grado di regolare molteplici attività cellulari. E’ costituita da un doppio strato fosfolipidico spesso circa 5-8 nm, contenente una grande quantità di proteine, una piccola percentuale di glucidi, in forma di glicoproteine e glicolipidi, è unicamente in quelle animali numerose molecole di colesterolo. I lipidi costituiscono la struttura della membrana, le proteine la parte funzionale mentre i glucidi hanno il compito di permettere il riconoscimento tra le cellule. Le membrane biologiche svolgono svariate attività per il mantenimento dell’omeostasi cellulare. In particolare, in quanto barriere a permeabilità selettiva, sono in grado di regolare il trasporto di sostanze. Inoltre permettono il trasferimento di informazioni tra l’ambiente extracellulare e quello intracellulare LE MEMBRANE BIOLOGICHE La cellula eucariote Il modello che riassume tutte le proprietà delle membrane biologiche, proposto nel 1972 da Singer e Nicolson, è definito modello a mosaico fluido. Secondo tale modello le membrane sono costituite da un doppio strato di fosfolipidi in cui si trovano immerse le proteine. la disposizione assunta dalla miscela di fosfolipidi è dovuta alla natura anfipatica di queste molecole. Infatti possiedono una cosa idrofoba, costituita dalle due catene di acido grasso esterificati con due dei tre gruppi ossidrilici della molecola di glicerolo, e una testa idrofila, costituita da gruppo fosfato esterificato con il terzo gruppo ossidrile del glicerolo. Questa disposizione consente alle teste idrofile di interagire con l’ambiente acquoso, mentre le code idrofobe interagiscono tra loro. Le membrane biologiche contengono diversi tipi di lipidi: • fosfogliceridi o fosfolipidi Si tratta dei lipidi più abbondanti. I più comuni sono quelli aventi la molecola di colina ulteriormente legata al gruppo fosfato, e per questo vengono chiamati fosfatidilcolina. • sfingolipidi Gli sfingolipidi presentano la sfingosina, e non il glicerolo, in cui il gruppo amminico è legato a un acido grasso tramite un legame ammidico. Presenta poi un gruppo ossidrile, legato a un gruppo fosfato che può essere ulteriormente esterificato, generalmente con la colina con la formazione di molecole di sfingomielina. • Glicosfingolipidi Nella membrana si trovano tuttavia maggiormente glicosfingolipidi, ovvero degli sfingolipidi che presentano uno o più residui glucidici legati al gruppo ossidrile della sfingosina. Tra questi si distinguono i cerebrosidi, glicolipidi neutri che contengono un singolo gruppo glucidico, e i gangliosidi, costituiti da catene di carboidrati più complesse e che presentano una carica negativa dovuta alla presenza di residui di acido sialico. • Steroidi Il principale costituente di natura steroidea è il colesterolo, che presenta un’estesa regione apolare costituita da 4 anelli idrocarburici condensati più una catena laterale e una piccola porzione polare costituita da un gruppo ossidrile a un’estremità. Tale struttura rende la molecole di colesterolo meno anfipatiche dei fosfolipidi, e sono presenti in rapporti molari 1:1 con essi. Inoltre si dispongono in modo tale da rivolgere la porzione polare verso le teste polari dei fosfolipidi adiacenti, con la quale stabilisce legami a idrogeno. La porzione apolare interagisce invece con le code idrofobe dei fosfolipidi adiacenti. La componente lipidica - La fluidità delle membrane dipende da: • lunghezza e grado di instaurazione degli acidi grassi Maggiore è la lunghezza degli acidi grassi minore sarà la fluidità della membrana, maggiore è il numero dei doppi legami maggiore sarà la fluidità della membrana. Ciò è dovuto al fatto che Gli acidi grassi saturi si dispongono lungo una direzione rettilinea che permette di formare strutture regolari in cui le interazioni idrofobiche sono massime, mentre per quelli insaturi non si verifica lo stesso tipo di compattamento in quanto il doppio legame impone alla catena idrocarburica di ripiegarsi a gomito. Le insaturazioni, unicamente di tipo cis, interferiscono dunque sull’impacchettamento favorendo la fluidità del doppio stratto lipidico. • Presenza di molecole di colesterolo Il colesterolo ha il duplice effetto di aumentare la fluidità della membrana cellulare a basse temperature e di diminuirla a quelle alte. Ciò è dovuto alla posizione che assume all’interno del doppio strato e alle interazioni che stabilisce con i fosfolipidi. Da un lato limita lo stretto impacchettamento delle code idrocarburiche dall’altro, ad alte temperature, evita lo scioglimento della membrana grazie ai numerosi legami deboli che instaura con le molecole di fosfolipidi. Nel doppio strato le molecole lipidiche sono in grado di compiere tre doppio strato consente alle molecole anfipatiche di muoversi Nel doppio strato le molecole lipidiche sono in grado di compiere tre tipi di movimento: • rotazione intorno al proprio asse • Diffusione laterale all’interno dello stesso emistrato • Diffusione trasversale da un emistrato all’altro > Questo movimento viene chiamato flop flop ed è permesso da un enzima chiamato flippasi. Riveste un ruolo importante nei processi di morte programmata, nei quali la cellula per farsi riconoscere dai macrofagi utilizza questo sistema. Le membrane biologiche sono caratterizzate da Microdomini lipidici meno fluidi, indicati con il nome di zolle lipidiche o Rift lipidici. La minore fluidità di queste regioni è dovuta ad un maggior contenuto di colesterolo e glicolipidi. Questi ultimi infatti presentano code di acidi grassi di rivelante lunghezza e saturazione che unitamente all’effetto esercitato dal colesterolo determinano un maggior impacchettamento. Si distinguono due tipi di zolle lipidiche: • Le caveole >> Apaiono come invaginazioni della membrana plasmatica che vengono strutturalmente stabilizzate da una proteina chiamate caveolina. • I Rift non invaginati >> Si tratta di zolle lipidiche indistinguibili dal punto di vista morfologico dal resto della membrana plasmatica. La fluidità Movimenti dei fosfolipidi I Raft lipidici Le membrane biologiche presentano una marcata asimmetria, dovuta alla notevole differenza di distribuzione della componente lipidica e proteica tra un monostrato e l’altro. per quanto riguarda i lipidi l’80% di quelli che presentano la colina nella testa polare, quindi i fosfatidilcolina e gli sfingomielina, sono situati nel monostrato esterno. Il 90 % dei lipidi che presentano teste polari senza carica netta o con carica negativa sono invece situati nel monostrato interno, il che determina una maggiore distribuzione di cariche negative sul versante interno della membrana cellulare. Questa marcata simmetria dei fosfolipidi si determina durante la loro sintesi nel reticolo endoplasmatico liscio. I lipidi di membrana vengono inizialmente sintetizzati nel monostrato del REL rivolto verso il citoplasma. Succcessivamente, Poichè le membrane biologiche si formano aggiungendo componenti a membrane preesistenti, il monostrato esterno risulta avere una maggior quantità di fosfolipidi. Per ristabilire poi una simmetria numerica le flippasi determinano lo spostamento di alcuni lipidi nel monostrato interno. Successivamente si ha il trasferimento delle neomembrane sulla superficie cellulare attraverso la formazione di vescicole che dal reticolo passano al complesso del golgi e da qui alla membrana plasmatica, dove viene mantenuta l’asimmetria dei fosfolipidi grazie all’azione continua delle flippasi. L’asimmetria della membrana plasmatica è determinata anche dalla componente proteica. Infatti le proteine periferiche sono localizzate esclusivamente in uno dei due emistrati, mentre le proteine intrinseche non sono capaci di ruotare all’interno del doppio astratto e quindi la loro dislocazione a livello della membrana è estremamente costante. Asimmetria della membrana plasmatica Come già detto gli unici organuli della cellula eucariote sprovvisti di membrana sono i ribosomi, che rappresentano la sede della sintesi delle proteine. Sono presenti sia nelle cellule procariotiche sia nelle cellule eucariotiche e sono dei complessi Marcomolecolari di proteine e RNA, questi ultimi denominati per la loro specificità RNA ribosomiali o rRNA. Si tratta di organuli visibili unicamente al microscopio elettronico a causa del loro ridotto diametro, che varia da 25 a 30 nm (rispettivamente nei procarioti e negli eucarioti). La loro dimensione viene comunemente espressa in unità Svedberg, unità che usura la densità di una macro molecola o di un organulo verificando il punto in cui sedimenta mediante ultracentrifugazione. Si è determinato che i ribosomi procarioti ci misurano 70S e i ribosomi eucariotici 80S. In particolare si tratta di organuli costituiti da due subunità, una minore e una maggiore, che si possono trovare in forma dissociata e in forma associata. Nei procarioti le due ubuità misurano 50S e 30S, negli eucarioti 60S e 40S. Le due subunità si associano per formare il ribosoma funzionale quando viene legato l’RNA messaggero, che presenta le specifiche sequenze che codificano per le proteine da sintetizzare. Si possono trovare liberi nel citoplasma oppure adesi alle membrane del reticolo edoplasmatico rugoso e alla membrana esterna dell’involucro nucleare. Nel primo caso sintetizzano quelle proteine che rimangono nel citoplasma e ne costituiscono parte integrante, Nel secondo caso sono responsabili delle proteine che faranno parte delle membrane o che entreranno nelle cisterne del RER per essere racchiuse in vescicole per poi essere o raccolte nel citoplasma o secrete dalla cellula.. Inoltre si possono trovare all’interno dei cloroplasti e dei mitocondri, dove sono responsabili della sintesi delle specifiche proteine di questi organuli. In questo caso le due subunità misurano 35s e 25s. I RIBOSOMI I mitocondri sono organuli dalla tipica forma a fagiolo, la cui dimensione è simile a quella di un batterio (0,5-1 micrometri di diametro). Sono presenti in tutte le cellule eucariotiche, nei funghi e nei protisti e sono specializzai nella produzione di energia necessaria alla cellula per crescere e riprodursi. In particolare le reazioni che costituiscono il processo di ‘respirazione cellulare’ portano alla produzione di adenosintrifosfato attraverso il consumo di ossigeno e la formazione di anidride carbonica. I mitocondri sono delimitati da una doppia membrana, una esterna e una interna, separate da uno spazio Intermembrana. la membrana interna presenta delle estroflessioni, chiamate creste mitocondriali, che si estendono all’interno dell’organulo, in quella che viene chiamata matrice mitocondriale. Matrice mitocondriale e membrana interna rappresentano le componenti funzionali dell’organulo, quelle in cui avvengono le reazioni della respirazione cellulare. I MITOCONDRI Differenza di permeabilità delle due membrane la membrana interna presenta una composizione diversa da quella esterna. Innanzitutto la membrana esterna si presenta liscia, mentre quella interna è ricca di particelle. In particolare è costituita per il 70% da proteine che intervengono nella fosforilazione ossidativa (una delle tappe della respirazione cellulare). La composizione lipidica è particolare, in quanto manca di molecole di colesterolo e presenta un fosfolipide insolito, la cardiolipina, costituita da 4 acidi gassi. questa riduce la permeabilità ai protoni dando origine al gradiente elettrochimico di protoni tra lo spazio intermembranario e la matrice. La membrana interna è comunque impermeabile alla maggior parte di ioni e piccole molecole, a differenza della membrana esterna che è provvista di specifiche proteine, le porine, che permettono il passaggio di molecole con dimensioni fino a 5000 Da. Di conseguenza la composizione dello spazio intermembranario risulta essere simile a quella del citoplasma, mentre la matrice presenta una composizione a se stante. I mitocondri sono organuli che possiedono un proprio genoma costituito da una singola molecola di Dna circolare. Viene chimato DNA mitocondriale o mtDNA ed è costituito da circa 16 ooo basi che codificano per alcuni tRNA, rRNA e alcune proteine mitocondriali essenziali per il metabolismo ossidativo, nonostante la maggior parte vengano importate dal citosol perché specificate dal genoma nucleare. Una piccola percentuale di Queste proteine viene sintetizzata proprio all’interno dei mitocondri, che presentano un proprio sistema di trascrizione e traduzione (i ribosomi si trovano infatti anche all’interno di questi organuli). Il DNA mitocondriale replica in modo indipendente rispetto a quello del nucleo ma poiché molte delle proteine necessarie per tale processo vengono prodotte dai ribosomi citoplamstaici i mitocondri vengono indicati come organuli semiautonomi. Inoltre il mtDNA è più soggetto a mutazioni perché non presenta un macchinario di riparazione degli errori efficiente come quello del dna nucleare. Il DNa mitocondriale è di origine quasi esclusivamente materna. Per questo motivo le malattie genetiche ad ereditarietà mitocondriale possono essere trasmesse solo dalla madre e mai dal padre. Maschi e femmine possono essere ugualmente affetti ma solo le femmine possono trasmettere la mutazione alla prole. Il genoma mitocondriale I lisosomi sono strutture delimitate da una singola membrana situate nel citoplasma che possiedono enzimi idrolitici, sintetizzati nel RER ed elaborati nel golgi, che permettono alla digestione endocellulare. I lisosomi hanno quindi la capacità di digerire tutti i tipi di macromolecole e questo ruolo è rimarcato ed evidenziato da patologie determinate da difetti nella sintesi degli enzimi lisosomiali , che hanno come conseguenza un accumulo di sostanze che inducono il danneggiamento delle cellule. La peculiarità di questi enzimi è quella di agire a pH acido e per questo vengono chiamati idrolasi acide. I lisosomi funzionalmente inattivi presentano dunque ph neutro e vengono denominati in questo caso lisosomi primari. Quando poi entrano in contatto con materiale da digerire, grazie all’azione di una pompa protonica ATP dipendente che permette il flusso di ioni H+ dal citosol al lume del lisosoma, il ph diminuisce e il complesso delle idrolasi viene attivato. In questa fase i Lisosomi vengono definiti lisosomi secondari. Le cellule sfruttano i lisosomi per processi di eterofagia e autofagia. L’eterofaGia viene attuata per ricavare nutrimento da piccoli organismi e particelle inglobate in vacuoli alimentari tramite fenomeni di endocitosi e fagocitosi. I vacuoli si fondono poi con i lisosomi che scindono il materiale in monomeri che verranno utilizzati dalla cellula per il proprio metabolismo. L’autofagia viene attuata per degradare organuli danneggiati o non più necessari. In questo modo si opera un rinnovamento interno che permette alla cellula di sopravvivere nonostante i danni subiti e contestualmente di riciclare componenti molecolari. I Perossisomi sonno organuli racchiusi da un’unica membrana e contengono circa 50 enzimi ossidativi, coinvolti in numerose reazioni metaboliche. Il loro nome è Dovuto alla capacità degli enzimi che contiene, in particolare dell’ossidasi, di trasferire idrogeno all’acqua formando perossido di idrogeno. Questo composto, anche chiamato acqua ossigenata, risulta essere tossico per le cellule a causa della sua alta reattività chimica. per questo motivo le catalisi intervengono nella sua neutralizzazione convertendolo in acqua e ossigeno molecolare. In questo modo all’interno di un singolo Perossisomi si produce e si degrada l’acqua ossigenata, evitando che essa possa liberarsi nella cellula. Alcuni Perossisomi sono deputati alla beta ossidazione degli acidi grassi. In particolare determinati enzimi in presenza di ossigeno molecolare scindono gli acidi grassi in molecole più piccole da utilizzare per la produzione di energia . A questo proposito in mancata sintesi della proteina di membrana (ALDP) che ha il compito di trasportare all’interno dell’organulo gli acidi grassi, a causa di una mutazione del gene ABCD1, si ha un accumulo di queste molecole, soprattutto nelle cellule del tessuto nervoso, che danneggia a guaina mielinica che riveste gli assoni inibendo dunque la trasmissione dei segnali nervosi. Si manifesta dunque l’adrenoleucodistrofia (ALD), una malattia ereditaria x-linked recessiva, che si manifesta dunque maggiormente nei maschi, che causa insufficienza neurologica e porta alla morte. Inoltre i Perossisomi prendono parte al processo di detossificazione di alcoli e altri composti tossici, di catabolismo di amminoacidi e pure, nella sintesi di colesterolo e acidi biliari e nella sintesi di alcuni fosfolipidi che compongono la mielina. Alterazioni nella sintesi di questi ultimi possono portare ad alcune forme di ritardo mentale. I LISOSOMI I PEROSsiSOMI Il nucleo rappresenta l’organulo più ampio all’interno della cellula eucariote e la sua presenza costituisce la differenza principale tra cellule procariotiche e cellule eucariotiche. Si trova nella regione centrale del citoplasma ed è delimitato da una doppia membrana, chiamata involucro nucleare o carioteca. Le due membrane, entrambe costituite da un doppio strato fosfolipidico sono separate da uno spazio perinucleare di circa 30 nm. La membrana esterna è continua con il sistema membranoso del reticolo endoplasmatico e spesso presenta, nella superficie rivolta verso il citoplasma, dei ribosomi. Quando si fonde con la membrana interna determina la formazione di uno spazio libero che assume la forma di un canale, e che viene chiamato poro nucleare. Infatti si assiste a un continuo passaggio di molecole dal citoplasma al nucleo, e viceversa, controllato specificatamente dal complesso proteico che si sviluppa al livello del poro nucleare. Questo prende il nome di complesso del poro nucleare e presenta un’organizzazione ottagonale: presenta otto proteine che sporgendo sia sul versante citoplasmatico sia su quello nucleoplasmatico formano due anelli appoggiati alle due membrane. Al centro del poro è situata una struttura denominata trasportatore, responsabile del passaggio delle macromolecole, e dagli anelli si estendono otto fibre sia verso il citosol sia verso il nucleoplasma: quelle protrudenti all’interno del nucleo formano una sorta di cesto perché sono unite da un anello fibroso. Ci sono poi proteine che si estendono dal bordo verso lo spazio perinucleare e si ritiene che possono fungere da ancoraggio per tutto il complesso. LE più abbondanti proteine del complesso sono le nucleoporine ma sono presenti anche proteine di trasporto come le importine e le esportine. al versante nucleoplasmatico della membrana interna è invece adesa una sottile e densa rete di proteine altamente insolubili che prende il nome di lamina nucleare. Questa è spessa dai 30-80 nm e fornisce una stabilità morfologica e strutturale all’involucro nucleare. E’ generalmente costituita da 3 tipi di polipeptidi, le lamine a,B e c, e oltre a svolgere una funzione di sostegno funge anche dal sito di attacco per i temi dei cromosomi durante la meiosi. Mutazioni a carico di uno dei geni che codifica per le proteine della lamina possono revocare malattie ereditarie tra cui una rara forma di distrofia muscolare oppure altre sindromi come quella dell’invecchiamento precoce. Il NUCLEO All’interno del nucleo è presente un’estesa matrice fibrogranulare che costituisce il nucleoscheletro e che contribuisce quindi a mantenere la forma del nucleo. Questa rete prende il nome di matrice nucleare e partecipa ad alcune funzioni fondamentali del nucleo: • costituisce un’impalcatura a cui si associano le fibre di cromatina • Rappresenta un sistema di ancoraggio per i complessi molecolari coinvolti nei processi di duplicazione e trascrizione All’interno del nucleo viene conservata l’informazione genetica, costituita da molecole di dna che subiscono processi di duplicazione e trascrizione all’interno del nucleo stesso. Quando la cellula si appresta a dividersi le molecole si impacchettano in strutture denominate cromosomi, ma nelle altre fasi del ciclo cellulare si trovano sotto forma di cromatina, una sostanza che nell’insieme è costituita da Dna, proteine e RNA. Presenta una struttura dinamica, pertanto è possibile distinguerne due forme a seconda dello stadio di aggregazione e compattamento: un’organizzazione più compatta che non ne permette la trascrizione. • L’eterocromatina costitutiva non ha mai funzione trascrizionale ma presenta solo una funzionale strutturale. Questa costituisce i centromeri e i telomeri, che hanno un ruolo fondamentale rispettivamente nella mitosi e nell’invecchiamento cellulare, il braccio q (lungo) dei cromosomi acrocentrici e il braccio p (corto) del cromosoma Y. • l’eucromatina e l’eterocromatina facoltativa costituiscono invece il resto dei cromosomi. L’eterocromatina facoltativa viene inattivata in modo specifico in alcune fasi della vita dell’organismo, quindi può essere anche trascritta. Il nucleolo All’interno del nucleo è presente una struttura specializzata che comprende un gruppo di geni presenti nelle braccia corte dei cromosomi acrocentrici (13,14,15,21,22) che portano l’informazione per gli RNA ribosomiali. Si tratta del nucleolo, che appare non delimitato da membrana e che presenta due regioni morfologicamente distinte: una fibrillare e una granulare. Nella regione fibrillare si trovano gli rna ribosomiali appena trascritti, che si spostano poi nella regione granulare per essere assemblati con le proteine ribosomiali, che sono state prodotte nel citoplasma, per formare le subunità ribosomiali. Il nucleolo costituisce quindi la zona di sintesi di assemblaggio dei ribosomi, che passano poi nel citoplasma per partecipare alla sintesi proteica. Cromatina e cromosomi - - sono il 285 , il 185 , il 5 , 85 ed ↓ il 55 . ↓-285 . 18 S e 5 , 85 = ZONA GRANUIARE SI ASSEMBIANO ALLE PROTEINEe A 55 NELLA zona granulare I recettori di membrana possono essere suddivisi in tre classi principali: • recettori che attivano canali ionici • recettori che attivano le proteine G • Recettori con attività enzimatica Le ultime due classi rappresentano la grande maggioranza dei recettori, mentre i primi riguardano prevalentemente la comunicazione tra le cellule nervose. I recettori di membrana che attivano canali ionici intervengono nella trasmissione degli impulsi elettrici , tra cellule nervose e i loro bersagli cellulari. L’apertura dei canali ionici è permessa dall’alterazione della polarità di membrana. Un esempio è il recettore nicotinico dell’acetilcolina presente sulle cellule muscolari, che é responsabile della contrazione muscolare in seguito agli stimoli dei neuroni motori. Questo è costituito da cinque subunità transmembrana che si associano andando a costituire un cilindro cavo, il cui lume forma un canale con caratteristiche di carica che permettono il passaggio di ioni sodio +. Due subunità, le alpha, legano il ligando acetilcolina rilasciata nella sinapsi dai terminali dei neuroni motori. Questo causa un cambiamento confromazionale nel recettore tale da indurre l’apertura del canale. si verifica dunque la depolarizzazione della membrana, che a sua volta induce l’apertura di altri canali del sodio permettendo la propagazione del segnale elettrico sulla membrana fino a raggiungere i tubuli T. Queste sono strutture specifiche della membrana plasmatica delle cellule muscolari che si insinuano all’interno della cellula diramandosi nelle cisterne del reticolo sarcoplasmatico, il quale immagazzina ioni calcio. L’arrivo dell’impulso elettrico nella membrana dei tubuli T induce l’apertura dei canali del cacio presenti nella membrana del reticolo sarcoplasmatico Recettore annesso a canali ionici I recettori di membrana = ALTERAZIONE DELLA DIFFERENZA DI CARICA TRA L'ESTERNO () E L'INTERNO . · . T- ↑L'INTERNO DELLA CELLULA DIVENTA MENO NEGATIVO O POSITIVO . C I ↓ Si Lega ALLE PROTEINE REGOLATRICI ANCORATE AI FILGMENTI DI ACTING E MIOSINA DEL SARCOMERO , DETERMINANDO Il CORO SCORRIMENTO E QUINDI La CONTRAZIONE MUSCOLARE. I recettori che attivano le proteine G sono proteine multipasso, caratterizzate da sette domini transmembrana. Sono il bersaglio della maggior parte dei farmaci. All’esterno legano ligandi idrofili mentre nella regione citoplasmatica presentano un dominio che non possiede attività enzimatica. Per trasdurre il segnale si associano in modo transitorio alle proteine G. Quando infatti si ha l’interazione recettore/ligando si ha un cambiamento conformazionale del recettore,che quindi richiama la proteina G, così chiamata perché lega il GTP. Le proteine G sono costituite da tre subunità, alpha,beta e gamma. Le ultime due subunità permettono alla proteina di ancorarsi alla membrana plasmatica, mentre la subunità alpha rappresenta l’elemento cruciale del sistema ed è dotata di attività GTPasica. Quando la proteina G viene reclutata dal recettore, una volta che ha interagito con il ligando, la subunità alpha, che nella sua forma inattiva lega GDP, rilascia il GDP e lega una molecola di GTP. Questo legame induce la dissociazione della subuità alpha dal complesso beta/ gamma e le permette di interagire con due enzimi situati a valle: l’adenilato ciclasi e la fosfolipasi. Recettori che legano proteine G L’adenilato ciclasi A e la fosfolipasi C sono enzimi capaci di promuovere l’attivazione di secondi messaggeri intracellulari che a loro volta attivano delle chinasi (A e C rispettivamente). Le chinasi sono infatti proteine in grado di fosforilare altre proteine, le quali si attivano e svolgono la loro funzione in seguito alla fosforilazione. L’adenilato ciclasi A attiva la proteina chinasi A (PKA). Più specificatamente l’adenilato ciclasi dapprima produce l’adenosinmonofosfato ciclico (cAMP): idrolizza i fosfati in posizione beta e gamma e ciclizza il fosfato alpha legato al carbonio 5’ del ribosio impegnandolo in un secondo legame con il carbonio 3’ dello stesso ribosio. Il c-AMP si lega quindi con l’enzima PKA, che è costituito da quattro subunità, delle quali due hanno funzione regolativa e sono capaci di legare cAMP e due hanno funzione catalitica chinasica. L’associazione delle quattro subunità in un tetramero rende le subunità catalitiche inattive. L’ingresso del cAMP nelle subunità regolative causa un cambiamento conformazionale della struttura e la dissociazione delle subunità catalitiche. Queste ultime, ora attive, sono in grado di fosforilare i substrati proteici. Uno dei sistemi di segnalazione cellulare che utilizza la via dell’adenilato ciclasi è quello che porta all’ aumento di glucosio nel sangue. In questo caso il ligando è il glucagone, che viene prodotto dal pancreas in risposta ad un calo del glucosio ematico e raggiunge le cellule epatiche. In esse lega il suo recettore, che cambiando conformazione richiama la proteina G attivandola. Questa attiva l’adenilato ciclasi che produce cAMP che a sua volta lega la chinasi A. Quest’ultima, una volta attivata fosforila una serie di enzimi cellulari specifici responsabili della glicogenolisi.