Traffico intracellulare di membrana, Sintesi del corso di Biologia Cellulare

Scarica Traffico intracellulare di membrana e più Sintesi del corso in PDF di Biologia Cellulare solo su Docsity! CAPITOLO 13: TRAFFICO INTRACELLULARE DI MEMBRANA Le cellule utilizzano un elaborato sistema di membrane interne per aggiungere e rimuovere componenti sulla superficie cellulare; la via secretoria trasferisce proteine, carboidrati e lipidi di nuova sintesi alla membrana plasmatica e/o allo spazio extracellulare mediante un processo di esocitosi mentre, tramite il processo inverno di endocitosi, la cellula rimuove componenti dalla membrana plasmatica trasferendoli ai compartimenti intracellulari – chiamati endosomi – e acquista nutrienti importanti dall’esterno della cellula. Le proteine possono muoversi all’interno del lume – lo spazio interno di ciascun compartimento circondato da membrana – senza dover attraversare alcuna membrana ma passando da un compartimento all’altro per mezzo di “contenitori per il trasporto” racchiusi da membrana. Questi contenitori, che derivano dal compartimento donatore, sono delle piccole vescicole sferiche che prendono il nome di vescicole di trasporto. Le vescicole di trasporto gemmano da una membrana e si fondono con un’altra continuamente, trasportando componenti di membrana e molecole solubili, definite nel loro insieme cargo, presenti nel lume. Ciascuna vescicola di trasporto è selettiva: deve assumere soltanto le molecole appropriate e deve fondersi soltanto con la membrana bersaglio appropriata. I MECCANISMI MOLECOLARI DEL TRASPORTO DI MEMBRANA E IL MANTENIMENTO DELLA DIVERSITÀ DEI COMPARTIMENTI Ciascun compartimento mantiene la propria identità grazie alla composizione della membrana che lo racchiude: i marcatori molecolari presenti sulla superficie citosolica della membrana, servono da segnali di guida e assicurano che le vescicole di trasporto si fondano soltanto con il compartimento corretto. Le vescicole di trasporto si formano a partire da regioni specializzate della membrana e gemmano come vescicole rivestite ricoperte da una gabbia proteica che viene scartata prima che la vescicola si fonda con la membrana bersaglio in modo tale da permettere alle due membrane di entrare in contatto diretto e di fondersi. Il rivestimento è costituito da due strati e svolge due funzioni principali: 1. lo strato interno del rivestimento concentra le proteine di membrana in una zona specifica selezionando le molecole appropriate per il trasporto; 2. lo strato esterno del rivestimento modella la vescicola deformando la membrana. Ci sono tre tipi principali di vescicole rivestite – utilizzate per passaggi di trasporto diversi – che differiscono tra loro per le proteine che costituiscono il loro rivestimento: vescicole rivestite di clatrina, vescicole rivestite di COP1 e vescicole rivestite di COP2. Le vescicole rivestite di clatrina trasportano materiale dalla membrana plasmatica, tra i compartimenti endosomiale e del Golgi; le vescicole rivestite di COP1 gemmano dall’apparato del Golgi mentre, le vescicole rivestite di COP2 gemmano dal RE: entrambe trasportano materiale nel primo tratto della via secretoria. La componente proteica principale delle vescicole rivestite di clatrina è la clatrina che forma lo strato esterno del doppio rivestimento della vescicola. Ciascuna subunità di clatrina è costituita da tre catene polipeptidiche grandi e da tre piccole, che insieme formano una struttura, chiamata trischelio. I trischeli di clatrina si assemblano autonomamente formando una struttura a canestro che riveste la superficie citosolica della membrana della vescicola. Un altro componente importante delle vescicole rivestite di clatrina sono le proteine adattatrici che formano lo strato interno del doppio rivestimento della vescicola. Le proteine adattatrici legano il rivestimento di clatrina alla membrana intrappolando varie proteine transmembrana, tra cui i recettori del cargo che servono per catturare le molecole cargo solubili all’interno della vescicola. In questo modo, le proteine adattatrici selezionano una serie specifica di proteine transmembrana e di proteine solubili che interagiscono con esse per impacchettarle in ciascuna vescicola di trasporto rivestita di clatrina. LE PROTEINE CHE PIEGANO LA MEMBRANA CONTRIBUISCONO A DEFORMARE LA MEMBRANA DURANTE LA FORMAZIONE DELLA VESCICOLA 2. le proteine SNARE e i regolatori delle SNARE mediano la fusione del doppio strato lipidico. Le proteine Rab sono GTPasi monomeriche che circolano fra una membrana ed il citosol regolando l’assemblaggio di complessi molecolari sulla membrana; se sono associate a GDP, sono inattive e legate ad un’altra proteina – detta inibitore della dissociazione Rab-GDP o GDI – che le mantiene solubili nel citosol se, invece, sono associate a GTP, sono attive e legate alla membrana di un organello o di una vescicola di trasporto. Quando sono legate a GTP e legate alla membrana, le proteine Rab si legano ad altre proteine, chiamate effettori Rab che sono i mediatori del trasporto vescicolare, del processo di attracco alla membrana e della fusione con essa. Gli effettori Rab possono essere motori proteici, che spingono le vescicole verso le loro membrane bersaglio o proteine di attracco, che possono collegare due membrane. Una volta che la vescicola di trasporto si è legata alla sua membrana bersaglio, rilascia il suo carico mediante la fusione delle membrane; la fusione delle membrane richiede uno stretto avvicinamento fra le due tale che porti i doppi strati lipidici siano abbastanza vicini tali da potersi unire. Quando le due membrane sono molto vicine, i lipidi possono scorrere da un doppio strato all’altro. Le proteine SNARE catalizzano le reazioni di fusione della membrana nel trasporto vescicolare; queste proteine transmembrana sono in serie complementari: le v-SNARE, presenti sulla membrana della vescicola e le t-SNARE, presenti sulla membrana bersaglio. Le v-SNARE sono costituite da una singola catena polipeptidica, mentre le t-SNARE sono costituite da tre catene polipeptidiche; quando una v-SNARE interagisce con una t-SNARE, i domini elicoidali di una si avvolgono intorno ai domini elicoidali dell’altra formando un fascio a quattro eliche. Il complesso che si crea è chiamato complesso trans-SNARE ed associa saldamente le due membrane fra loro. IL TRASPORTO DAL RETICOLO ENDOPLASMATICO ATTRAVERSO L’APPARATO DEL GOLGI Per raggiungere la superficie della cellula, le proteine passano dal RE all’apparato del Golgi e dall’apparato del Golgi ad una serie di compartimenti in cui vengono modificate in successione. Per iniziare il percorso lungo la via secretoria, le proteine che sono entrate nel RE vengono impacchettate in vescicole di trasporto rivestite di COP2 che gemmano da specifiche regioni del RE, chiamate siti di uscita dal RE. Queste proteine contengono dei segnali di uscita sulla loro superficie che vengono riconosciuti da proteine adattatrici contenute all’interno del rivestimento interno di COP2. Per uscire dal RE, le proteine devono essere ripiegate correttamente; quelle che sono ripiegate male, sono trattenute nel RE tramite proteine chaperone che ne coprono i segnali di uscita per permettere di trasportarle di nuovo nel citosol, dove vengono degradate dai proteasomi. Dopo essere gemmate dai siti di uscita del RE e dopo aver perso il rivestimento, le vescicole di trasporto iniziano a fondersi fra loro; questa fusione di membrane dello stesso compartimento è detta fusione omotipica per distinguerla dalla fusione eterotipica, in cui una membrana di un compartimento si fonde con la membrana di un compartimento diverso. Quando due vescicole derivate dal RE si fondono, formano strutture chiamate gruppi vescicolari tubulari che servono da unità di trasporto di materiali dal RE all’apparato del Golgi. Quando i gruppi vescicolari tubulari si formano, essi cominciano a loro volta a gemmare vescicole di trasporto rivestite di COP1 che funzionano come una via di recupero che riporta indietro nel RE determinate proteine. Il trasporto di recupero continua mentre i gruppi vescicolari tubulari si muovono verso l’apparato del Golgi. L’APPARATO DEL GOLGI L’apparato del Golgi è formato da un insieme di compartimenti appiattiti racchiusi da membrana, chiamati cisterne, che formano una grande pila di cisterne. Ciascuna pila del Golgi ha due facce: una faccia cis (o faccia di entrata) e una faccia trans (o faccia di uscita). Le due facce sono associate a compartimenti specifici: il reticolo del cis-Golgi (CGN) e il reticolo del trans-Golgi (TGN); entrambi i reticoli sono importanti per lo smistamento delle proteine. Una volta arrivate al CGN, le proteine entrano nel primo compartimento di modificazione del Golgi – le cisterne del cis-Golgi – e si muovono verso il compartimento successivo – le cisterne mediali – fino ad arrivare alle cisterne trans, dove la glicosilazione è completata. Il lume delle cisterne trans è in continuità con il TGN, dove le proteine vengono segregate in unità di trasporto diverse e inviate alle loro destinazioni finali. I passaggi di modifica degli oligosaccaridi avvengono in una sequenza organizzata nelle pile del Golgi e ciascuna cisterna contiene una propria miscela di enzimi di modificazione. Le proteine vengono modificate in fasi successive mentre si muovono da una cisterna all’altra attraverso la pila. IL TRASPORTO DAL RETICOLO DEL trans-GOLGI AI LISOSOMI La maggior parte delle proteine che passano attraverso l’apparato del Golgi sono smistate nel reticolo del trans-Golgi in base alla loro destinazione finale. I lisosomi sono organelli racchiusi da membrana contenenti enzimi idrolasi acide che digeriscono le macromolecole.