la parete vegetale e traffico di proteine, Sbobinature di Biologia Vegetale

Scarica la parete vegetale e traffico di proteine e più Sbobinature in PDF di Biologia Vegetale solo su Docsity! Lezione 19/11 L’endoreduplicazione sta per ‘’genoma piu ampio”. Per le piante è importante avere un genoma ampio rispetto alla quantità base perché garantisce una certa serie di vantaggi, la pianta riesce a gestire bene un numero elevato di cromosomi. Un effetto dell'aumento del numero di cromosomi permette alla pianta di avere una crescita particolare che si puo trovare sia a livello di pianta che a livello di singola cellula. Anche piante della stessa specie possono avere un numero di cromosomi diverso e quindi saranno fenotipicamente diverse. La pianta che ha un numero di cromosomi piu ampio ha una crescita maggiore. È Esistono delle cellule particolari nelle piante che hanno una forma che dipende dal numero di Pi cromosomi. Un caso particolare è quello dei * tricomi che hanno una forma caratteristica 160 {@\x2c stellata. | I tricomi sono singole cellule che si trovano sull’epidermide delle foglie e talvolta nei fusti. Presentano delle punte che possono essere tricoma impiegate in svariati eventi. Sono delle cellule talvolta orticanti ( le contiene ad esempio l’ortica). Possono servire per creare una protezione in piante esposte al sole per periodi lunghi, queste creano una sorta di ombreggiatura e impediscono che una radiazione troppo forte vada a danneggiare le cellule fotosintetiche che stanno sotto. Nello stadio iniziale sono cellule 2N (2 ci envare INcongo a Un quarto) Incontro. cromosomi), quindi normali. Poi iniziano una ciclo di endoreduplicazi 0 tricomi maturi hanno u divisione particolare dove si divide il nucleo, ma hanno ramilicazi antive non il citoplasma. Si arriva a 16 cromosomi e le one del nucleo numero di ramificazioni ridotto cellule a questo punto hanno un fenotipo diverso, sviluppano delle appendici, un ulteriore dî senza la divisione del citoplasma porta a 32 cromosomi e qui abbiamo 3 appendici ( questa è la forma finale delle cellule, sono cellule allo stadio maturo). Si puo dimostrate che questa forma caratteristica è dovuta dal numero piu elevato di cromosomi perché se favoriamo un ulteriore ciclo di endoreduplicazione fino a 64 cromosomi, vediamo che le cellule si ramificano ancora di piu. Il numero di cromosomi quindi è spesso decisivo per avere una forma finale corretta. L'inibizione della CDK mitotica assicura che la mitosi non avvenga M I] La possibilità di avere un numero 7 | piu elevato di cromosomi è dovuto ad un bypass della fase G2 e M del ciclo cellulare. La cellula si trova in G1 e invece di * procedere in G2, torna in G1 e questo porta ad un raddoppiamento del DNA La fosforilazione della sintetizzato in fase S. proteina del retinoblastoma Nonsi ha la fase M che è la divisione consente la continua effettiva del citoplasma, perciò la replicazione del DNA cellula avrà un numero di cromosomi progressivamente maggiore. Questo effetto dovuto all’inibizione di una ciclina e cio non permette almeno nel mais dove è stato studiato maggiormente è il passaggio in fase M. Questo processo non avviene in tutte le cellule, alcune non sono in grado di supportare un elevato numero di cromosomi. 2n 2n replicati N repicati Dj ® M__N TEZZE Omologhi replicati allineati Ges e oterutiunitidal (eco) —T rr» = COMP sso sinaptonemico M° N° (©) M__N =D a Rottura in cromatidi adiacenti (e) Crossover e risaldatura © Omologhi replicati separati durante la 1a divisione meiotica Le piante come tutti gli organismi di grande taglia che hanno optato un ciclo cellulare che prevede una fase aploide, devono andare incontro ad un processo meiotico. Ha lo stesso scopo che ha nelle cellule animali, ovvero generare cellule aploidi che saranno poi cellule germinali che andranno in contro a fusione. Il processo meiotico delle piante presenta alcune piccole differenze con la meiosi animale, ritroviamo la banda pre-profasica , il fragmoplasto , l'apparato meiotico senza centrioli ( non presenti negli eucarioti), ma il meccanismo generale è uguale. Anche nelle piante avviene il crossing-over ( processo di ricombinazione fra cromatidi omologhi) che aumenta la variabilità genetica. Questo processo crea cellule aploidi differenti, ovvero con patrimonio genetico caratteristico. Ogni granulo di polline avrà un set di cromosomi diverso, importantissimo per l'evoluzione perché assicura un aumento della variabilità genetica che incrementa la diversità tra individui, prerequisito fondamentale per supportare cambiamenti ambientali. Alla fine del processo meiotico si formano cellule germinali che nelle piante si chiamano cellule uovo ( femminili) cellule spermatiche (maschili). Quando una cellula vegetale si è divisa, abbiamo 2 cellule figlie che devono acquisire un assetto proteico che gli consenta di funzionare in modo corretto, durante la divisione cellulare il citoplasma è stato suddiviso in due parti e quindi le cellule figlie devono ristrutturarsi, devono essere ristrutturati i compartimenti, sintetizzare gli organelli mancanti e ridefinire la funzione di ogni organ: I vari sottocompartimenti ( organelli) di una cellula v. diversa perché hanno un set-proteico differente. ello. egetale sono diversi l'uno dall'altro, la loro funzione è Ogni organello deve acquisire una particolare set-proteico per funzionare. Deve avvenire una distribuzione proteica adeguata : le proteine vacuolari devono essere portate nei vacuoli, lo stesso vale per il golgi, per il nucleo, cloroplasti, mitocondri, RE, citosol ... di indirizzamento viene riconosciuta da Toc , il complesso Toc-Tic costituiscono un canale di passaggio della proteina che giunge nello stroma dove viene distaccato il peptide di transito. Le proteine potrebbero anche essere inserite nella membrana interna, in questo caso la proteina avrà dei domini idrofobici, nel caso di una proteina dello stroma la proteina avrà domini prevalentemente idrosolubili. (A) (B) Membrana — Membrana > esterna interna Proteina di nuova ( sintesi Stroma - Chaperonina Citosolica — Peptide di transito i Proteina Proteina nel lume Toc Tic a / Peptide di transito nello stoma La proteina è sintetizzata con due peptidi di transito (O) Membrana del tilacoide Stroma | | Lume del tilacoide —- Apparato di importazione Peptide nella di transito membrana nel lume del tilacoide tagliato Dopo l'ingresso nello stroma passando attraverso l'apparato di importazione presente sulla membrana del cloroplasto, il primo peptide di transito è tagliato via e ciò lascia esposto il secondo peptide Il secondo peptide di transito permette il riconoscimento della proteina da parte dell'apparato di importazione presente sulla membrana del tilacoide; dopo l’entrata nel lume, il peptide di transito viene tagliato via Se la proteina ha come sito target il tilacoide, avrà due sequenze di indirizzamento : una per lo stroma e una per il lume del tilacoide. Il primo dominio per lo stroma viene riconosciuto dal complesso Toc-Tic e passerà nello stroma dove una peptidasi taglierà la sequenza di indirizzamento, attraverso un apparato di importazione presente sulla membrana del tilacoide entrerà nel lume dove un’altra peptidasi taglierà anche il secondo segnale. Il meccanismo di importazione nei cloroplasti è simile a quello dei mitocondri, anche se nei mitocondri avevamo solo due membrane, quella interna e quella esterna, nel cloroplasto ne abbiamo 3 ( oltre a queste abbiamo anche la membrana dei tilacoidi). Il complesso Toc-Tic ha lo stesso funzionamento del complesso Tom-Tim del mitocondrio. Trasferimento alla superficie cellulare mediato dalle vescicole Pt CS @ Reticolo endoplasmico, Apparato del Golgi Trasferimento al vacuolo mediato dalle vescicole Parete cellulare € Proteine codificate nel nucleo Membrana plasmatica I 4 grandi compartimenti delle cellule vegetali sono : Golgi, Re, vacuolo e membrana cellulare. Questi hanno un mediato da vescicole. trasporto Al livello del RE abbiamo la sintesi proteica mediata da ribosomi associati, le proteine una volta sintetizzate verranno trasportate dal RE al golgi ( nella maggior parte dei casi). Il golgi modifica le proteine del RE e ha anche un ruolo di ‘’sorting@” ovvero impacchetta le proteine e le manda ai compartimenti target. Le vescicole di trasporto costituite dal golgi possono giungere al vacuolo oppure se sono vescicole secretorie vanno alla membrana oppure vengono secrete, le proteine possono anche tornare al RE dal golgi. Le vescicole vengono trasportate all’interno della cellula grazie al supporto citoscheletrico. Il ribosoma citosolico, quando sintetizza una proteina che deve andare al RE, riconosce il peptide segnale, blocca la sintesi, si ha una traslocazione al RE dove si assocerà l'apparato di traslocazione che permette alla sintesi i continuare. La proteina giunta al RE potrebbe essere una proteine di membrana oppure una proteina del lume. Le proteine che si inseriscono nella membrana del RE possono essere proprie del RE, possono essere proteine del golgi oppure proteine della membrana plasmatica. Se la proteina va nel lume è una proteina che verrà secreta oppure una proteina del lume del golgi ad esempio. Gia al livello del RE la maggior parte delle proteine sintetizzate subiscono una modificazione, vengono addizionate delle catene oligosaccaridiche. L'aggiunta delle catene oligosaccaridiche è importante per diversi processi e inoltre la composizione dell’oligosaccaride puo essere molto diversa. La glicosilazione ha diversi scopi : servono a dare identità alle proteine, talvolta hanno funzione accessoria ( funzione di riconoscimento. La proteina quindi inizia ad avere una caratterizzazione nel RE, la glicosilazione però continua nel golgi dove trova il suo compimento. (A) — Asnt— N-acetil-giucosammina ° © mannosio Se So A fucosio Esempi VW. xilosio di modificazioni — Asn— |diN-glicani MD galattosio 5 Ì nell'apparato © ‘divo d del Golgi Proteine ° N-glicosilate del relicolo Y endoplasmatico Da d Porzione di estensina, Hyp]Hyo]l "% Hyp]Ser{Hyp{SenHyp]Hyp}Hyp}FyP] una proteina che subisce la O-glicosilazione nell'apparato del Golgi Nel Golgi le catene oligosaccaridiche delle proteine subiscono delle modificazioni. Vengono aggiunti zuccheri come xilosio, galattosio, fucosio e persi altri. Lo xilosio e il galattosio nelle piante sono molto presenti. Una volta modificata la proteina raggiunge la destinazione finale. VACUOLI Vacuolo di Vescicola I vacuoli sono critici per il funzionamento riserva proteica rivestita di clatrina della cellula vegetale. Vescicola Compartimento A ” x si Ls ; densa & prevacuolare ‘vacuolo” è un indicazione abbastanza “@_ L generale perché esistono vacuoli differenti a; I i» perché è un organello multifunzione. Appart =) SG E Vacuolo litico : degrada le macromolecole N Vacuolo tico ini 7 non piu utili per la cellula. Vengono degradate © ad esempio proteine dove i singoli i == Reticolo endoplasmatico ® Corpi a ® proteici amminoacidi possono essere riutilizzati per costruire altre proteine. * Vacuolodiriserva proteica : contiene proteine che hanno ruolo di riserva. Questi si sviluppano in fasi diversi della vita della pianta, in tessuti e anche organi diversi. Il vacuolo litico conterra enzimi per la degradazione delle proteine, mentre il vacuolo di riserva proteica contiene una grande quantità di proteine con ruolo di riserva. Dal golgi possono essere formate vescicole di tipo differente Le vescicole che dal golgi devono giungere al vacuolo litico sono vescicole rivestite da clatrina, nel caso la proteina debba giungere al vacuolo di riserva, la vescicola non è rivestita da clatrina. Lo ‘streaming citoplasmatico” il flusso del citoplasma all'interno della cellula, guidato dalle forze del citoscheletro . È probabile che la sua funzione sia, almeno in parte, quella di accelerare il trasporto di molecole e organelli intorno alla cellula. Nelle cellule più piccole, la diffusione delle molecole è più rapida, ma la diffusione rallenta con l'aumentare delle dimensioni della cellula, quindi le cellule più grandi potrebbero aver bisogno di uno streaming citoplasmatico per una funzione efficiente. Gli organelli si muovono all’interno della cellula, non sono statici, quindi non solo le vescicole di trasporto hanno capacità di spostarsi. Il citoscheletro ha un ruolo fondamentale nel trasporto delle varie molecole, organelli all’interno della cellula. Abbiamo un citoscheletro di actina che permette il movimento direzionale, il movimento è circolare (ciclosi). La ciclosi assicura una distribuzione degli organelli all’interno della cellula. Il nucleo a differenza degli Fasci di filamenti di actina Membrana plasmatica altri è piuttosto statico. Cloroplasto Mitocondrio LL Parete cellulare Citoplasma in movimento I cloroplasti hanno un movimento particolare. Citoplasma (corticale) fermo In realtà il movimento non è solo dovuto a filamenti di actina, si hanno anche i microtubuli che intervengono Organello/ neltrasporto. vescicola —_ Il movimento veloce è mediato da Ù Knesina filamenti di actina, mentre il Filamento di actina movimento lento si ha sui filamenti miosina novi e _ MOVIMENTO di microtubuli. VELOCE Sui filamenti lenti organelli e molecole possono muoversi lentamente, fermarsi, fermarsi e ripartire ed è mediato da Kinesine, mentre sui filamenti di actina abbiamo le dineine. microtubulo f MOVIMENTO NT < Nella Fig.A vediamo un immagine al microscopio ottico, le parete cellulari di due cellule vicine sono contattate dalla lamella mediana, è una zona sottile che fornisce un punto di giunzione fra cellule vicine. Le lamelle mediante danno integrità ai tessuti, stabilizzano le cellule. Le cellule sono unite al livello della lamella mediana, ma ci sono dei punti in cui le cellule non sono in connessione.Lo spazio intercellulare è uno spazio che si ha fra le cellule ed è necessario per trasportare velocemente sostanze fra cellule vicine. Hanno la stessa funzione dei capillari nelle cellule animali, diffondono molecole fra le cellule. Piu sono abbandonanti e piu il tessuto è fragile, perciò si deve avere un equilibrio fra lamella mediana e spazio intercellulare. Nella Fig.B vediamo un immagine al microscopio elettronico. Vediamo che è costituita da strutture filiformi o fibrille quasi parallele. Le strutture parallele sono inoltre connesse da strutture perpendicolari ( contatti trasversali). La parete presenta degli spazi, infatti è un reticolo tridimensionale che permette il passaggio di Sali, acqua o piccole molecole ( questo vale per la parete primaria perché la secondaria è piu impermeabile). C) Si Zona di giunzione I Microfibrilla di cellulosa Pectina Si hanno 3 molecole principali ( polisaccaridi) nella parete cellulare primaria : - Microfibrille di cellulosa - Pectine - Glicanidi connessione Queste tre classi di molecole favoriscono la costruzione di pareti anche diverse da cellula a cellula ( questa diversa composizione è dovuta alla presenza di 3 molecole, se ce ne fosse stata 1 questo non sarebbe stato possibile). Le peptine sono le molecole probabilmente più antiche rispetto alle altre.. Questi 3 polisaccaridi sono collegati fra di loro. Le pectine a differenza degli altri possono anche non associarsi perché appunto si sono sviluppate per prime e quindi sono qualche volta indipendenti dalle altre. Le pectine possono esistere in due strutture diverse : struttura elastica o flessibile, altrimenti possono formare delle zone di giunzione che costituiscono strutture piu robuste. Le zone di giunzione sono reversibili, le pectine possono passare da zone di giunzione a una struttura flessibile in base alle necessita. Le zone di giunzione permettono contatti trasversali che costituiscono strutture compatte. Le microfibrille di cellulosa sono strutture quasi cristalline, ben organizzate ( hanno un determinato orientamento), sono molto piu spesse rispetto alle pectine. I glicani di connessione sembrano avvicinare le microfibrille di cellulosa, le tengono compatte. Si possono posizionare sulle microfibrille o fra di esse. Una parete molto robusta è costituita da tutte e tre le strutture, una parete con meno robusta comprende cellulosa e pectina, una parete ancora piu flessibile contiene solo cellulosa. CH30H cuoH GHOH I componenti principali della parete *C o cellulare sono i polisaccaridi. i i dr “À i Ar È #/ Do Agi II polisaccaridi vengono costituiti da on n/î OH e ou Ho /j monosaccaridi presenti nella cellula. sN 7 n Na À vi 7 N Il monosaccaride piu abbondante è il i UU j La i I glucosio, è l’unico componente della p-glucose p-galactose p-mannose cellulosa, ma costituiscono anche (Gio) (Gal) (Man) componenti dei glicani di connessione e pectine. Si hanno anche altri esosi importanti, il galattosio ad esempio è il componente principale delle pectine, questo deriva dal glucosio grazie ad una reazione di isomerizzazione. Il mannosio è un altro zucchero presente nelle cellule vegetali, anche questo è simile al glucosio, cambia solo l'orientamento del C2. Oltre agli esosi si hanno anche i pentosi, che vengono formati dalla via dei pentoso -fosfati. IAT IAT Gi c o c H H CH,OH H/| HoH,c\l I i H\ H cE=C FE: CECO ILA CO H OH ‘ H l OH OH do H V, | Larabinase HO / H p-apiose (Ara) 5 | (Api) H OH p-xylose * (ty) Fra questi abbiamo arabinosio, xilosio e apioso. Arabinosio e xilosio sono talmente abbondanti che formano delle strutture che prendono il loro nome : arabiniani e xilani. Gli zuccheri possono essere addizionati a gruppi carbossilici a formare zuccheri acidi CH,OH ia coon quo POOH c—_-9 Hi 2_ co e—_-09, Ho /| OH di pi l Li NI I HO /| OH Ho /| OH I/H | \/H \/ H / I/ H / c c NE si c x c c INOH H/I ‘ OH * Î Hel IH INOH H/\ INoH H/\ HI /H HO \l HMI Ì coon HNI Ì COOH cc Cc cc cc d ki i da da n H i H H p-galacturonic acid p-glucuronic acid rvaceric acid 3-deoxy-0-manno- 3-deoxy-o-lyxo- (GalA) (GicA) (AceA) octulosonic acid 2 heptulosaric acid {KDO) (DHA) Dal galattosio si forma per addizione di COOH l’acido galatturonico. Quando l’idrogeno viene perso si forma COO- e lo zucchero risulta essere carico negativamente e puo formare legami ionici molto forti che permettono interazioni fra strutture della parete in modo tale che essa sia piu stabile. L'acido galatturonico si trova in abbondanza nelle pectine. PECTINE Ho OH Arabinosio Or OH Acido galatturonico Ramnosio Lo scheletro delle pectine Sia il galattosio che l’acido galatturonico sono componenti delle pectine ( spesso sono piu abbondanti i secondi). Oltre a legami glicosidici fra gli acidi galatturonici si possono formare anche legami ionici che stabilizza l'ossatura delle pectine. ) —@-®-0-0-0-0-0-@- Omogalatturonano opoptoso Xilogalatturonano Ramnogalatturonano ll di Ramnogalatturonano | BI Galattosio @ Arabinosio A Fucosio * @® Acido galatturonico @ Apiosio BI Ramnosio Catena laterale di —Catenalateral Catena laterale di Y Xlosio A Acido giucuronico @ Altri zuccheri rari arabinano galattano arabinogalattano Le pectine si sono evolute nel corso del tempo a costituire strutture anche molto diversificate. Un polimero di pectina comune è l’omogalatturonano ( solo galattosio), poi abbiamo lo xilogalatturonano ( si ha sia galattosio che xilosio), il ramnogalatturonano di tipo 1 è costituito da un asse centrale con acido galatturonico e ramnosio alternati a cui si possono attaccare catene laterali molto diverse. Possono essere legate molecole di arabinano legate a ramnosio, oppure la catena laterale puo essere costituita da galattano o ancora da arabinogalattano. Il ramnogalatturonano di tipo 2 ha una struttura centrale di acido galatturonico a cui si associano catene laterali di tipo diverso. Pectine diverse hanno funzioni diverse. Le pectine vengono sintetizzate nel golgi, gli enzimi per la costruzione vengono sintetizzati nel RE che poi sono trasportati al golgi da vescicole di trasporto. I monosaccaridi giungono dal citoplasma e entrano nel golgi dove gli enzimi costruiscono le pectine. Una volta che le pectine sono sintetizzate e poi attraverso un sistema vescicolare vengono portate alla membrana e da questa alla parete cellulare. La disposizione nella parete non è casuale, si ha un ‘’self-assembly’’ ovvero le pectine in base alla loro struttura chimica si posizionano in maniera precisa.