La grande svolta
La compartimentalizzazione
Funzioni specifiche svolte da strutture dedicate
Evoluzione delle Cellule Eukaryotic
L’ipotesi endosimbiontica.
Gli Eukaryoti derivano dalla relazione simbiontica
tra vari procarioti.
MECCANISMI DI TIPO ENDOCITICO SONO
VEROSIMILMENTE ALL’ORIGINE DELLE MEMBRANE DEL
RER E DEL NUCLEO
EI batteri eterotrofi sono diventati mitocondri
Cyanobatteri sono divenuti cloroplasti.
PERCHE’ SI SONO FORMATI I COMPARTIMENTI?
Organizzazione degli spazi
=
• divisione degli spazi
• separazione delle funzioni
Migliore possibilità di
regolazione
Molte reazioni chimiche che avvengono nella
cellula sono o sarebbero tra loro incompatibili se
avvenissero nello stesso spazio ad esempio:
sintesi proteica e degradazione lisosomiale.
Strategia vincente
SEPARARE
I comparti cellulari
I comparti cellulari
Compartmentalization of Cells
DI COSA E’ FATTO CIASCUN ORGANELLO?
MEMBRANA
BILAYER LIPIDICO + PROTEINE
CONTENUTO
PROTEINE ED ALTRE MOLECOLE
COME VIENE ‘ASSEMBLATO’ CIASCUN ORGANEL
LE MOLECOLE CHE LO COMPONGONO DEVONO ESSERE
TRASPORTATE DAL SITO DI SINTESI AL SITO DI
DESTINAZIONE!
TRAFFICO DI PROTEINE
(E DI LIPIDI!!)
Gli Organelli cellulari
• La membrana plasmatica
– Il confine della cellula.
– Il collegamento della cellula con
il mondo esterno
E’ composta di due strati di
Lipidi in cui sono immerse
proteine zuccheri etc. etc.
Il Nucleo
• Il cervello della cellula
• Delimitato da una membrana
con pori: l’involucro nucleare.
• Contiene fibre di DNA
associato a proteine, la
cromatina
• Contiene il “Nucleolo”una
struttura deputata alla produzione
di RNA ribosomale.
Endoplasmic Reticulum
Complessa rete di canali di trasporto.
Due tipi:
Liscio- libero da ribosomi; funzioni
detossificazione
Ruvido - contiene ribosomi; funzione sintesi e
rilascio di nuove proteine.
Golgi
• una serie di cisterne appiattite
formate da membrana, sacchi
discoidali impilati
• è diviso in cis-Golgi e transGolgi
• il cis-Golgi riceve le vescicole
che arrivano dal RE
• il trans-Golgi forma le
vescicole secretorie o di
trasporto
• Funzione:
rielaborare,
selezionare ed esportare i
prodotti cellulari
Lysosomes
• Centro di riciclaggio
Detriti cellulari
• contiene una varietà di
enzimi.
PH interno è 5.
Aiuta a digerire le
particelle di cibo.
Mitochondrion
• Doppia membrana
ha la dimensione di un
batterio
Contiene un proprio DNA;
Produce composti ad alta
energia come ATP
I Vacuoli
• Saccchi che la cellula
aiutano nella
digestione degli
alimenti e a mantenere
il suo equilibrio idrico.
• Trovato soprattutto in
piante e protisti.
3. La forma
• Diversità di forma reflette
diversità di funzione.
• La forma di una cellula
dipende dalla sua funzione.
Centrioli
• Found only in animal cells
• Paired organelles found
together near the nucleus, at
right angles to each other.
• Role in building cilia and
flagella
• Play a role in cellular
reproduction
Cytoskeleton
Cell membrane
Endoplasmic
reticulum
Microtubule
Microfilament
Ribosomes
Mitochondrion
Struttura della cella
Contiene piccoli
microfilamenti e
microtubuli grandi.
che supportano la
cellula, dandole la
sua forma e aiuta il
movimento dei suoi
organelli.
Ribosoma
• Piccolo privo di membrana
membrana organelli legati.
Contiene due unità
secondarie
Sito di sintesi proteica.
Sia libero nel citosol che
attaccato al reticolo
endoplasmatico.
NB:Asimmetria della membrana
CIASCUN COMPARTO PER FUNZIONARE DEVE AVERE
SPECIFICA COMPOSIZIONE
DI MEMBRANA E DI CONTENUTO
LE MOLECOLE CHE COMPONGONO OGNI COMPARTO
DEVONO ESSERE
TRASPORTATE
DAL SITO DI SINTESI
AL SITO DI
DESTINAZIONE!
TRAFFICO DI PROTEINE
E DI LIPIDI
NB: Topologia
governata dalla
origini evolutive
Organelli derivanti
invaginazioni della
pm quindi il loro
interno equivale
all’esterno delle
cellule
NEGLI EUCARIOTI
LA SINTESI PROTEICA HA INIZIO
SEMPRE NEL CITOSOL
DNA
mRNA
PROTEINE
Problema
n° 1: le proteine non possono attraversare liberamente la
membrana
n°2: come fanno le proteine a raggiungere il corretto sito di
destinazione
Problema
n° 1: le proteine non possono attraversare liberamente la membrana
SOLUZIONE
A:MECCANISMI DI TRASPORTO
DIFFUSIONE - TRASPORTO REGOLATO
ATTRAVERSAMENTO DI MEMBRANE
TRASPORTO VESCICOLARE
B:MACCHINARI DI TRASPORTO
I MECCANISMI DI TRASPORTO DI PROTEINE NEGLI
ORGANELLI
Diffusione:
pori nucleari
ATTRAVERSAMENTO
DI MEMBRANE
Vescicole
LE PROTEINE ATTRAVERSANO LE MEMBRANE IN DUE MODI DIVERSI
TRASLOCAZIONE
POST-TRADUZIONALE
dopo la sintesi
CO-TRADUZIONALE
durante la sintesi
TRASPORTO VESCICOLARE
Schema generale per la
comunicazione fra compartimenti:
gemmazione, fissione, indirizzamento,
fusione
Poblema n°2: come fanno le proteine a saper raggiungere il corretto sito
di destinazione
SOLUZIONE
SEGNALI DI SMISTAMENTO
1. SEQUENZE DI AMMINOACIDI
3. STRUTTURE SECONDARIE
4. MODIFICAZIONI POST-TRADUZIONALI
1.
2.
Sequenza segnale
sequenza continua di 15-60 aa
talvolta rimosso dalla proteina finito
talvolta una parte di proteine finiti
Segnale Patch
specifica disposizione 3D degli atomi sulla superficie di
proteine;
persistono in proteine finito
PROTEINA NON RIPIEGATA
PROTEINA RIPIEGATA
rem - destinazioni
Segnale Sequenze / Patches
Dirigono le Proteine alla Destinazione Finale
PATCHES dirigono le proteine a:
1. nucleo
2. lisosomi
Sequenze Setgnale dirigono le proteine a:
1. ER Segnale N-terminale di 5-10 aa idrofobici
2. Mito Alternano aa carichi+ w / aa idrofobici
3. proteine perossisomiali hanno 3 aa al C-terminale
Segnali di smistamento riconoscono recettori di
smistamento complementari
>I recettori scaricano i cargo
>hanno funzioni catalitiche e possono essere riusati
Compartmentalization of Cells
Gli Organelli
-non possono essere costruiti de novo
-si riproducono per scissione binaria
-non possono essere ricostruiti dal loro DNA da solo
-informazioni in forma di una proteina che pre-esiste in un organello rappresenta la
memoria ed trasmessa alla progenie
-informazioni epigenetiche sono essenziali per la propagazione dell'organizzazione
compartimentale delle cellule
Studio delle sequenze segnale: DNA ricombinante e mutagenesi
Approccio genetico per individuare proteine del
“macchinario di localizzazione”
Istidinolo deidrogenasi
nel citosol : Il lievito
non richiede istidina nel
mezzo di coltura per
sopravvivere
Istidinolo deidrogenasi
nel RE : Il lievito muore
senza istidina nel mezzo
di coltura
Istidinolo deidrogenasi
nel citosol e nel RE: Il
lievito non richiede
istidina nel mezzo di
coltura per sopravvivere
ISTIDINA aa
essenziale
TRA ALCUNI COMPARTIMENTI VI E’ INTERCONNESSIONE
DINAMICA
1.
CITOSOL
MATRICE NUCLEARE
MITOCONDRI (CLOROPLASTI)
PEROSSISOMI
2.
2. RER/INVOLUCRO NUCLEARE
GOLGI
LISOSOMI
MEMBRANA PLASMATICA
