CI di Biologia Molecolare e
Cellulare
Prof. Donatella Tramontano
Ordinario di Biologia Applicata
Ed 19 A II piano
Tel. 0817463058-4552
Orario di ricevimento mercoledì ore14-15
Organizzazione degli spazi
Open space
Tradizionale
Organizzazione degli spazi
procariote
eucariote
Organizzazione
Organizzazione degli spazi
degli spazi
=
• divisione degli spazi
• separazione delle funzioni
Migliore possibilità di
regolazione
COME SI SONO FORMATI GLI
ORGANELLI DEGLI EUCARIOTI
DURANTE L’EVOLUZIONE?
PERCHE?
Cellula procariote
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
MECCANISMI DI TIPO ENDOCITICO SONO VEROSIMILMENTE
ALL’ORIGINE DELLE MEMBRANE DEL RER E DEL NUCLEO
La teoria dell'endosimbionte, anche chiamata teoria
endosimbiontica o teoria endosimbiotica,[1] riguarda le origini dei
mitocondri e dei plastidi (es. cloroplasti), organuli delle cellule
eucariotiche. Secondo questa teoria, questi organuli si originarono
come organismi procarioti esterni, introdottisi nella cellula come
endosimbionti. I mitocondri si sarebbero sviluppati da proteobacteria
(in particolare, Rickettsiales o affini) e i cloroplasti da cyanobacteria.
I MITOCONDRI HANNO AVUTO PROBABILMENTE ORIGINE PER
ENDOSIMBIOSI
COMPARTIMENTI/ORGANELLI
QUANTI E QUALI SONO I COMPARTIMENTI IN UNA CELLULA?
CHE FUNZIONE HANNO?
COME E’ FATTO UN COMPARTIMENTO? COME SI FORMA? COME SI
DETERMINA LA SUA COMPOSIZIONE MOLECOLARE? E LA SUA
MORFOLOGIA? E LA SUA ABBONDANZA?
TUTTE LE CELLULE HANNO UN NUMERO LIMITATO DI
ORGANELLI/COMPARTIMENTI
ENDOSOMA
CITOSOL
LISOSOMA
APP. DI GOLGI
PEROSSISOMA
MITOCONDRIO
RETICOLO
ENDOPLASMATICO
NUCLEO
MEMBRANA
15 m
La realtà….
CIASCUN COMPARTIMENTO INTRACELLULARE HA LA SUA
FUNZIONE E LA SUA DIMENSIONE
COMPARTIMENTO
FUNZIONE
Nucleo
nucleolo
sede del DNA
biogenesi ribosomi
Citoplasma
citosol
mitocondri
reticolo rugoso
reticolo liscio +
apparato di Golgi
lisosomi
perossisomi
endosomi +
altre vescicole
VOLUME SUPERFICIE N°
%
%
6
0,2*
<1
1
94
54
2**
-
conversioni di energia
sintesi proteine secretorie
detossificazione
modificazione proteine
idrolisi enzimatiche
reazioni ossidative
22
9
6
1
1
39
35
16
6,5
0,4
0,4
traffico
1
0,5
metabolismo
* Solo la membrana interna dell’involucro nucleare
**Membrana plasmatica
1
1
1700
1
1
1
300
600
REM - EPATOCITA<
Estensioni membrane in cellule eucariote
Tipo di membrana
Plasmatica
ER rugoso
ER liscio
Golgi
Mitocondri - esterna
Mitocondri Š interna
Nucleo (solo interna)
Vescicole secretorie
Lisosomi
Perossisomi
Endosomi
Epatocita
%
2
35
16
7
7
32
0,2
N.D.
0,4
0,4
0,4
Pancreas esocrino
%
5
60
0,5 - 1
10
4
17
0,7
3
N.D.
N.D.
N.D.
DI COSA E’ FATTO CIASCUN ORGANELLO?
MEMBRANA
BILAYER LIPIDICO + PROTEINE
CONTENUTO
PROTEINE ED ALTRE MOLECOLE
COME VIENE ‘ASSEMBLATO’ CIASCUN ORGANELLO?
LE MOLECOLE CHE LO COMPONGONO DEVONO ESSERE
TRASPORTATE DAL SITO DI SINTESI AL SITO DI
DESTINAZIONE!
TRAFFICO DI PROTEINE
(E DI LIPIDI!!)
LA SINTESI PROTEICA NEGLI EUCARIOTI
HA INIZIO SEMPRE NEL CITOSOL
DNA
mRNA
mRNA
PROTEINE
COME AVVIENE IL TRASPORTO DELLE PROTEINE
DAL SITO DI SINTESI AL SITO DI DESTINAZIONE?
SEGNALI DI SMISTAMENTO
CHE COSA E’ UN SEGNALE?
COME E’ FATTO UN SEGNALE?
COME FUNZIONA? COME SI FORMA?
COME VIENE RICONOSCIUTO?
1.
2.
3.
4.
SEQUENZE DI AMMINOACIDI
MODIFICAZIONI POST-TRADUZIONALI
STRUTTURE SECONDARIE
PATCHES
I SEGNALI POSSONO ESSERE SEQUENZE O STRUTTURE
PROTEINA NON RIPIEGATA
PROTEINA RIPIEGATA
PEPTIDE
SEGNALE
PATCH
rem - destinazioni
Sequenze segnale:
Lunghezza e sequenza possono variare
Sequenza consenso
Una sequenza consenso è una sequenza (di DNA, RNA o
aminoacidi) che "ha un senso" per un certo processo.
Di conseguenza una sequenza consenso è costituita da quei
nucleotidi o aa che si incontrano più frequentemente in una
determinata posizione
aa + aa - aa polari
aa idrofobici
COME AVVIENE IL TRASPORTO DELLE PROTEINE
DAL SITO DI SINTESI AL SITO DI DESTINAZIONE?
MECCANISMI DI TRASPORTO
DIFFUSIONE - TRASPORTO REGOLATO
ATTRAVERSAMENTO DI MEMBRANE
TRASPORTO VESCICOLARE
MACCHINARI DI TRASPORTO
TRASPORTO
ATTRAVERSO
IL PORO
I MECCANISMI
DI TRASPORTO
DI PROTEINE
NEGLI
ORGANELLI
SONO 3
TRASPORTO
ATTRAVERSO
MEMBRANE
TRASPORTO
VESCICOLARE
LE PROTEINE ATTRAVERSANO LE MEMBRANE IN DUE MODI DIVERSI
TRASLOCAZIONE
POST-TRADUZIONALE
dopo la sintesi
CO-TRADUZIONALE
durante la sintesi
PROTEINE SONO TRASFERITE DA UN COMPARTIMENTO AD UN
ALTRO MEDIANTE TRASPORTO VESCICOLARE
compartimento
accettore
fissione
compartimento
donatore
fusione
Schema generale per la
comunicazione fra compartimenti:
gemmazione, fissione, indirizzamento,
fusione
TRA ALCUNI COMPARTIMENTI VI E’ INTERCONNESSIONE
DINAMICA
1.
CITOSOL
MATRICE NUCLEARE
MITOCONDRI (CLOROPLASTI)
PEROSSISOMI
2.
RER/INVOLUCRO NUCLEARE
GOLGI
LISOSOMI
MEMBRANA PLASMATICA
L’INTERNO DI ALCUNI ORGANELLI E’ TOPOLOGICAMENTE
EQUIVALENTE ALL’ESTERNO DELLA CELLULA
LISOSOMA
RER
INVOLUCRO
NUCLEARE
APPARATO
DI GOLGI
VESCICOLA
Studio delle sequenze segnale: DNA ricombinante e mutagenesi
Approccio genetico per individuare proteine del
“macchinario di localizzazione”
