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 • • Alberts et al. Biologia Molecolare della Cellula -Zanichelli. Lodish et al. Biologia Molecolare della Cellula -Zanichelli.