Programma AA 2015-16
BIOCHIMICA CELLULARE
Prof.ssa I. Caputo
1. Biochimica delle membrane biologiche. Aspetti molecolari delle membrane cellulari: i
lipidi che le compongono (fosfolipidi, glicolipidi, colesterolo, fosfoinositidi). Le proprietà
del doppio strato fosfolipidico: capacità auto sigillante, fluidità, asimmetria. I “raft” lipidici.
Proteine associate alle membrane. Conformazione delle proteine trans membrana: alfaeliche e beta-barrel. Le ancore lipidiche. Glicoproteine e glicocalice. Tecniche in
fluorescenza per lo studio dei movimenti delle proteine nella membrana (FRAP e FLIP). Il
confinamento delle proteine nelle membrane. Impiego dei detergenti per lo studio delle
proteine di membrana.
2. Le modifiche post-traduzionali delle proteine. Modifiche delle catene laterali:
fosforilazione; glicosilazione; acilazione; alchilazione; ossidazione delle cisteine. Il concetto
di codice regolatore combinatorio. Le modifiche degli istoni e il codice istonico.
Modificazioni mediante tagli proteolitici. Lo splicing proteico: le inteine. Le modifiche
indotte dalle transglutaminasi. Cenni sui metodi per lo studio delle modifiche posttraduzionali.
3. Protein folding e proteasoma. Ruolo degli chaperoni molecolari nel ripiegamento delle
proteine: Hsp70 e Hsp60. Il controllo di qualità delle proteine. Struttura e funzione del
proteasoma. Il processo di poliubiquitinazione. La distruzione regolata come meccanismo
di controllo della funzione proteica. La regola dell’N-terminale. Anomalie nel
ripiegamento proteico: gli amiloidi e i prioni.
4. La compartimentazione cellulare e il targeting proteico. Ipotesi sull’origine del nucleo,
dei mitocondri e dei plastidi. Le relazioni topologiche tra i diversi compartimenti. La mappa
del traffico proteico. Le sequenze segnale di indirizzamento e metodi per il loro studio.
5. Il trasporto di molecole tra nucleo e citosol. Il complesso del poro nucleare e il modello
della barriera di diffusione controllata. Recettori di importazione ed esportazione. Ciclo di
importazione ed esportazione nucleare; ruolo della GTPasi Ran.
6. Targeting proteico agli organelli. Targeting mitocondriale; i complessi di traslocazione
delle membrane mitocondriali. Targeting ai cloroplasti e ai perossisomi. Targeting al
reticolo endoplasmatico (RE); la traslocazione co-traduzionale: la particella di
riconoscimento del segnale e il complesso traslocatore; traslocazione di proteine solubili nel
lume del RE e di proteine di membrana (tipo I, II, III, IV). Proteine GPI-anchored. La Nglicosilazione. Gli chaperoni residenti del RE e il processo di “dislocazione” verso il citosol.
Sintesi di lipidi nel RE. Lo stress del RE e l’unfolded protein response.
7. Trasporto vescicolare intracellulare. La mappa del trasporto vescicolare. Le vescicole di
trasporto: rivestimenti proteici (clatrina, COP I, COP II). Meccanismi molecolari di
regolazione della formazione delle vescicole e del loro attracco: ruolo dei fosfoinositidi,
della dinamina, delle GTPasi di reclutamento del rivestimento e delle GTPasi Rab. Le
proteine SNAREs e il meccanismo della fusione delle membrane.
8. La via biosintetico-secretoria: dal RE, al Golgi, ai lisosomi. Il trasporto dal RE al Golgi: i
gruppi vescicolari tubulari. Le vie di recupero al RE. La compartimentazione funzionale e i
modelli per l’organizzazione del Golgi. Il rimaneggiamento degli oligosaccaridi legati a N;
la O-glicosilazione. Il trasporto dal Golgi ai lisosomi: la complessità morfo-funzionale del
compartimento endo-lisosomiale; il targeting delle idrolasi al lisosoma e la marcatura con
mannosio-6-fosfato. Cenni sull’autofagia.
9. La via biosintetico-secretoria: l’esocitosi. Via secretoria costituiva e via secretoria
regolata. Formazione delle vescicole secretorie e maturazione proteolitica delle proteine
secretorie. Le strategia di trasporto alle membrane nelle cellule polarizzate (epitelio
intestinale e cellule nervose).
10. La via endocitica. Fagocitosi. Pinocitosi. Endocitosi mediata da caveole. Endocitosi
mediata da recettori. Il destino del materiale endocitato: riciclaggio, transcitosi,
degradazione. I corpi multivescicolari.
11. Principi generali della segnalazione cellulare. Molecole segnale; recettori nucleari;
recettori di superficie; segnalazione a breve e a lunga distanza; strategie di integrazione e
amplificazione del segnale; i complessi di segnalazione; i domini di legame; i secondi
messaggeri. Gli interruttori molecolari: ruolo di chinasi, fosfatasi e proteine leganti GTP.
Tipi di risposta al segnale; concetto di feedback positivo e negativo; concetto di
desensibilizzazione.
12. Segnalazione mediante recettori collegati a proteine G. Organizzazione e funzione dei
recettori GPCR e delle proteine G trimeriche. La via dell’AMP ciclico. La via dell’inositolo
trifosfato e del diacilglicerolo. Il Ca2+ come secondo messaggero; omeostasi del Ca2+. La
calmodulina.
13. Segnalazione mediante recettori collegati ad enzimi. Organizzazione e funzione dei
recettori tirosina chinasi. La superfamiglia Ras. I moduli di segnalazione delle MAP chinasi.
La PI-3-chinasi. Organizzazione e funzione dei recettori associati a tirosina chinasi, la via
JAK-STAT. Organizzazione e funzione dei recettori serina/treonina chinasi; la via TGFβSmad.
14. Segnalazione mediante proteolisi regolata. La via di segnalazione Wnt/catenina. La via di
segnalazione dipendente da NFkB.
15. Vie di segnalazione nei batteri e nelle piante. I recettori associati a istidina chinasi dei
batteri; regolazione del movimento del flagello. I recettori serina/treonina chinasi dei
vegetali: i recettori LRR. Recettori nucleari nei vegetali: la via di segnalazione dell’etilene e
dell’auxina.
16. Il citoscheletro: i filamenti componenti. I monomeri dei microtubuli, dei filamenti di
actina e dei filamenti intermedi. Organizzazione di protofilamenti e filamenti. Il concetto di
nucleazione. La polarizzazione strutturale dei microtubuli e dei microfilamenti. Il
rimodellamento dei filamenti: il treadmilling e l'instabilità dinamica. Il citoscheletro
batterico.
17. Il citoscheletro: nucleazione e regolazione. Il processo di nucleazione dei microtubuli;
ruolo del centrosoma. Il processo di nucleazione dei filamenti di actina; ruolo del complesso
ARP e delle formine. Le proteine accessorie e le loro funzioni. Strutture di ordine superiore
dei microfilamenti.
18. Il citoscheletro: motori molecolari e comportamento cellulare. Le miosine; le chinesine;
le dineine. Il ciclo meccanochimico della miosina e della chinesina. Le ciglia e i flagelli. La
contrazione muscolare. Il movimento per strisciamento. La famiglia di GTPasi
monomeriche Rho.
19. Aspetti molecolari del ciclo cellulare. Modelli e metodi per lo studio del ciclo cellulare. I
punti di controllo del ciclo cellulare. I complessi ciclina-Cdk e loro regolazione. Il
complesso APC/C. Eventi biochimici cruciali in fase S e fase M. Organizzazione del fuso
mitotico e regolazione della segregazione dei cromosomi.
20. La regolazione della crescita, della proliferazione e della morte cellulare. I mitogeni, i
fattori di crescita e i fattori di sopravvivenza. La GTPasi Ras e l'innesco del ciclo cellulare.
Il danno al DNA e l'arresto del ciclo cellulare: ruolo della proteina p53. Regolazione della
crescita cellulare: la chinasi TOR. La morte cellulare programmata (apoptosi); caspasi
iniziatrici ed effettrici; attivazione delle procaspasi; la via estrinseca dell'apoptosi; la via
intrinseca dell'apoptosi; ruolo delle proteine Bcl-2.
21. Adesione cellulare. Giunzioni di ancoraggio cellula-cellula e cellula-matrice: giunzioni
aderenti, desmosomi e emidesmosomi. Le caderine; connessione delle caderine con il
citoscheletro. Le integrine; attivazione allosterica delle integrine e signalling bidirezionale.
Altre proteine di adesione: le selettine e le immunoglobuline. Giunzioni di segnalazione:
organizzazione di una sinapsi chimica. Composizione e organizzazione delle tight junctions
e delle gap junctions.
22. La matrice extracellulare. Struttura e funzione delle proteine della lamina basale: laminina
e collageno IV. La matrice extracellulare dei connettivi: i glicosaminoglicani, i
proteoglicani, il collageno fibrillare, il collageno associato a fibrille, l'elastina, la
fibronectina. La degradazione della matrice extracellulare.
Testi adottati
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Alberts et al. Biologia Molecolare della Cellula -Zanichelli.
Lodish et al. Biologia Molecolare della Cellula -Zanichelli.
