Il documento descrive i meccanismi di importazione delle proteine nei mitocondri e nel reticolo endoplasmatico (RE), evidenziando l'importanza di segnali e traslocatori specifici per il corretto smistamento. Si approfondiscono anche il ruolo del RE nella sintesi di lipidi e ormoni steroidei, insieme al trasporto e alla degradazione delle proteine attraverso i lisosomi. Infine, viene esplorata l'endocitosi mediate da recettori, come quella delle lipoproteine a bassa densità (LDL), e il loro impatto sull'omeostasi del colesterolo.

1. Endomembrane
e smistamento
delle proteine

2. Le proteine mitocondriali sono importate:
nella matrice
nello spazio intermembrana.
grazie a segnali di indirizzamento, posti nella porzione amino-
terminale.
Nella matrice: il peptide segnale si lega ad un recettore sulla
membrana mitocondriale esterna e la proteina viene traslocata
grazie alla presenza di un secondo traslocatore sulla membrana
interna: si crea un punto di contatto tra le due membrane.
Le proteine sono traslocate “non ripiegate”. Intervengono in questo
processo le proteine chaperonine, come hsp70, che mantengono le
proteine srotolate. L’idrolisi dell’ATP viene usata per staccare
l’hsp70 e fornire energia motrice per importare la proteina
attraverso il traslocatore.

3. Organizzazione dei mitocondri
Sequenza segnale per l’importazione di proteine mitocondriali

4. Tre proteine traslocatrici mitocondriali

5. Importazione di proteine nei mitocondri, la sequenza segnale è
riconosciuta dalla proteina TOM.

6. Ruolo dell’energia nell’importazione di proteine nella matrice mitocondriale
1) La proteina hsp70 citosolica attaccata è rilasciata dalla proteina in un passaggio che
Diprende Dall’idrolisi di ATP
2) Traslocazione nella matrice grazie ad un gradiente protonico
3) l’hsp mitocondriale si lega alla catena polipetidica in regioni strategiche trascinandola
Nella Matrice ed è poi rimossa grazie ad idrolisi di ATP

7. La
traslocazio
ne delle
proteine
nella
membrana
mitocondria
le interna e
nello spazio
intermembr
ana
richiede:
la sequenza segnale
una sequenza di aa idrofobica dopo il peptide segnale, che funziona
da nuovo peptide segnale quando il primo è stato tagliato via dalla
peptidasi (meccanismo simile alla traslocazione nell’ER)

8. Endomembrane della cellula eucariotica

9. Membrane biologiche e loro interazioni

10. Nucleo
Poro
Nucleare
RE

14. Meccanismo di trasporto attivo attraverso i pori nucleari

15. Traffico di Materiale attraverso
I Pori Nucleari

16. Reticolo
Endoplasmatico

20. LE MEMBRANE DEL SER STBILISCONO
CON GRANDE EFFICIENZA
GRADIENTI DI CA++
CHE SVOLGONO UN RUOLO DECISIVO NELLA
TRASDUZIONE DEI SEGNALI
NELLO STIMOLO NERVOSO E
NELLA CONTRAZIONE MUSCOLARE

21. IL SER E’ RESPONSABILE DELLA SINTESI DI
TRIACILGLICEROLI CHE VENGONO ACCUMULATI NEL
LUME,
CON PRODUZIONE DI GOCCIOLINE
LIPIDICHE.
NEGLI ADIPOCITI LE GOCCIOLINE LIPIDICHE
OCCUPANO QUASI TUTTO LO SPAZIO DEL CITOPLASMA

22. IL SER PARTECIPA ALLA SINTESI
DI STEROLI
COME IL COLESTEROLO
IL COLESTEROLO VIENE SINTETIZZATO
ATTRAVERSO UNA VIA METABOLICA A
PIU’ STADI ALLA QUALE PARTECIPANO
ANCHE ENZIMI PRESENTI NEL CITOSOL,
OLTRE A QUELLI DEL SER

23. LA SPECIE UMANA SINTETIZZA UNA
GRAN PARTE DEL SUO
COLESTEROLO
TUTTE LE CELLULE SONO CAPACI DI
PRODURLO, MA LA MAGGIOR PARTE
DI ESSO VIENE SINTETIZZATO DALLE
CELLULE EPATICHE
IL FEGATO UTILIZZA IL COLESTEROLO
PER FORMARE
GLI ACIDI BILIARI

24. NELLA CORTECCIA
SURRENALE E NELLE GONADI
(REGIONE INTERSTIZIALE DEL
TESTICOLO)
IL COLESTEROLO E’
UTILIZZATO NELLA
PRODUZIONE DEGLI ORMONI
STEROIDEI

25. IL SER INTERVIENE NEL PRODUZIONE DEGLI
ORMONI STEROIDEI
NEI MITOCONDRI VIENE SCISSA LA CATENA
LATERALE
DEL COLESTEROLO, IMPORTATO DAL CITOSOL
IL PRODOTTO COSI’ FORMATO
LASCIA I MITOCONDRI E PASSA NEL SER DOVE VIENE
DI NUOVO MODIFICATO.
INFINE, TALE PRODOTTO DAL SER TORNA DI NUOVO
NEI MITOCONDRI PER LE M0DIFICAZIONI FINALI
COSI’ QUESTI DUE ORGANELLI GIOCANO UNA SORTA
DI “PALLA A VOLO” PER PRODURRE L’ORMONE
STEROIDEO

26. IL SER SINTETIZZA I FOSFOLIPIDI
DELLE MEMBRANE CELLULARI
IL FOSFOLIPIDE PRINCIPALE
PRODOTTO E’
FOSFATIDILCOLINA O LECITINA
PUO’ ESSERE FORMATO IN TRE
PASSAGGI DA COLINA, DUE ACIDI
GRASSI E GLICEROLO FOSFATO

28. IL SER CONTIENE UN ENZIMA
GLUCOSIO-6-FOSFATASI
G6Pase
ESSENZIALE PER
L’OMEOSTASI DEL GLUCOSIO
NEL SANGUE,
L’ENZIMA E’ PRESENTE SOLO
NELLE CELLULE
PARENCHIMALI DEL FEGATO

29. LA DETOSSIFICAZIONE E’ SVOLTA DA UN
SISTEMA DI ENZIMI CHE TRASFERISCONO
L’OSSIGENO (MONOSSIGENASI) E IL CUI
COMPONENTE PRINCIPALE E’ IL
CITOCROMO P-450
IL SISTEMA DELLE MONOSSIGENASI P-450
E’ FORMATO DA NUMEROSI ISOENZIMI (50-
100) DEL CITOCROMO P-450
(EMO-PROTEINA DI TIPO b),
DA UNA SINGOLA REDUTTASI
E FOSFOLIPIDE.

30. QUESTI ENZIMI SONO PROTEINE
INTEGRALI DI MEMBRANA E SONO
PREMINENTI NEL SER, MA PRESENTI
ANCHE NEI MITOCONDRI
IL CITOCROMO P-450 E’ UBIQUITARIO, MA
SI TROVA IN CONCENTRAZIONI MOLTO
ELEVATE NEL SER DELLE CELLULE
EPATICHE
RAPPRESENTA CIRCA IL 20% DELLE
PROTEINE DEL ER E IL 2-3% DELLE
PROTEINE TOTALI DELLA CELLULA

32. QUESTI ENZIMI SONO CAPACI DI
OSSIDARE MIGLIAIA DI COMPOSTI
IDROFOBICI DIFFERENTI CHE
CONVERTONO IN DERIVATI PIU’
IDROFILICI E, QUINDI, PIU’ FACILMENTE
SECRETI
I SUBSTRATI DI TALI ENZIMI SONO IN
GRADO DI INDURRE PROLIFERAZIONE
DEL SER E CONSEGUENTE AUMENTO
DELL’ATTIVITA’ DEGLI ENZIMI

33. SONNIFERI A BASE DI FENOBARBITAL
(C OSI’ COME CENTINAIA DI ALTRE
SOSTANZE CHIMICHE) INDUCONO
PROLIFERAZIONE DEL SER E AUMENTO
DELL’ATTIVITA’ DELLE MONOSSIDASI
NELLE CELLULE EPATICHE
IL CONSEGUENTE AUMENTO DELLA
CAPACITA’ DI DEGRADARE IL
FENOBARBITAL SPIEGA PER QUALE
MOTIVO I CONSUMATORI DI SONNIFERO
DEVONO ASSUMERNE DOSI SEMPRE PIU’
ELEVATE

34. PERTANTO L’ASSUNZIONE CRONICA DI
FENOBARBITAL (O ALTRE SOSTANZE)
AUMENTA L’EFFICIENZA DI
DEGRADAZIONE, DA PARTE DEL FEGATO,
DI MOLTI ALTRI FARMACI, TRA CUI
SOSTANZE TERAPEUTICAMENTE UTILI,
COME ANTIBIOTICI, STEROIDI,
ANTICOAGULANTI E NARCOTICI
COMUNQUE L’AUMENTATO SVILUPPO DEL
SER NON COMPORTA AUMENTO
EQUIVALENTE DI TUTTI GLI ENZIMI

35. MENTRE L’AZIONE DEL
COMPLESSO P-450 E’ NEL
COMPLESSO FAVOREVOLE
DAL PUNTO DI VISTA
FISIOLOGICO, CERTI EVENTI
METABOLICI BASATI SUL P-
450 POSSONO PORTARE A
SERIE PATOLOGIE

36. RETICOLO
ENDOPLASMA
TICO RUGOSO
RER

38. Sintesi di proteine a livello del RER

39. Sintesi proteica a livello del Reticolo endoplasmatico rugoso

40. Modalità di inserzione di una
proteina nel bilayer fosfolipidico
del RER

41. Modalità di
inserzione di
una proteina
nel bilayer
fosfolipidico
del RER

42. Conclusione:
Le modalità
di inserzione delle
proteine nei
bilayer fosfolipidici
vengono già
definite
nel RER.

43. Glicosilazione a livello del RER

45. Membrane biologiche e loro interazioni

47. Il percorso delle proteine destinate alla secrezione

50. Vescicole di trasporto e proteine associate

51. Traffico
Vescicolare
Tra RE
e
Apparato di
Golgi

52. Meccanismo usato per trattenere le proteine residenti nel RER

53. Apparato di Golgi

54. Compartimenta
lizzazione
funzionale del
Golgi

55. Elementi di Transizione e del reticolo
cis del Golgi

57. Trasporto selettivo mediato da vescicole rivestite

58. Modello del meccanismo di approdo delle vescicole di trasporto

59. Fusione di vescicole di trasporto

61. Ruolo delle proteine di fusione nell’internalizzazione di virus

63. Modello di recupero per proteine residenti nell’ER

64. I lisosomi: punti di incontro ove
convergono le sostanze che devono
Lisosoma
essere digerite.
Enzimi lisosomali: idrolasi lisosomali
Vie per arrivare al lisosoma:
Autofagia (ER si trasforma in
lisosoma)
Fagocitosi
Endosoma precoci e tardivi
Alcune proteine sono trasportate nel
lisosoma direttamente con l’uso di un
segnale lisosomale: KFERQ (Lys, Phe,
Glut, Arg, glutammina)

65. Le idrolasi lisosomiali sono caratterizzate dalla presenza di
un gruppo specifico, il mannosio-6-fosfato (M6P), che serve
a farle riconoscere da un recettore specifico presente sul
trans-Golgi.
L’M6P è aggiunto agli oligosaccaridi legati all’asparagina, nel
reticolo cis del Golgi.
Il recettore è una proteina transmembrana localizzata sul
trans Golgi. L’unione con l’idrolasi inizia la formazione di
vescicole e si verifica a pH 7. Le idrolasi si dissociano dai
recettori negli endosomi tardivi a pH 6.
I recettori sono riciclati verso il trans Golgi.

67. Riconoscimento di una idrolasi lisosomale

68. Trasporto di idrolasi lisosomali di nuova sintesi ai lisosomi

69. Tre vie di degradazione dei lisosomi

70. Malattie da accumulo lisosomale: le idrolasi lisosomali
sono alterate per difetti genetici recessivi.
Malattia di Hurler
I-cell disease
I substrati delle idrolasi si accumulano non digeriti nel
lisosomi, per cui si formano inclusioni nelle cellule.
Le idrolasi alterate sfuggono ai lisosomi, sono secrete
dalla via di default e si accumulano nel sangue: il
difetto è dovuto alla mancanza o al difetto di una
fosfotransferasi GlcNAc. Le idrolasi sono secrete.
Non funziona la via di scavenger (raccolta dei rifiuti) di
endocitosi e si accumulano.
Nel fegato via alternativa.

71. Endocitosi:
Dalla superficie cellulare verso i lisosomi.
Fagocitosi di grandi particelle (250 nm) svolta da cellule
specializzate tramite fagosomi.
Le particelle si devono legare ai fagociti: recettori attivati
scatenano la risposta . Normalmente sono gli anticorpi che
riconoscono le particelle estranee e le presentano ai
fagociti.
Proteine Fc o complemento.

72. Fagocitosi da
parte di un
macrofago di
due globuli
rossi
chimicamente
alterati
Frecce rosse = pseudopodi

73. Fosse rivestite di clatrina: 2% dell’area di membrana
La clatrina forma un cesto o una gabbia sotto la membrana e dà origine ad
una vescicola rivestita di clatrina: è un processo rapido e continuo in molti
tipi cellulari.
Le vescicole si fondono poi negli endosomi precoci.
Servono per l’endocitosi in fase fluida e per l’assunzione di specifiche
macromolecole dall’esterno.
Questo processo è chiamato endocitosi mediata da recettori: processo
selettivo che permette di assumere grandi quantità di macromolecole.
Es. trasporto del colesterolo. Le cellule assumono colesterolo che serve
per assemblare le membrane.
Se si blocca l’assunzione, il colesterolo si accumula nel sangue e può
formare placche aterosclerotiche.
Il colesterolo è trasportato nel sangue associato a proteine LDL
(lipoproteine a basse densità).

75. Ogni LDL
contiene 1500
mol colesterolo
esterificato ad
acidi grassi

76. Le cellule presentano dei recettori per le LDL, che si
associano alle zone di membrana ricche in clatrina. L’LDL si
lega al recettore e si formano vescicole rivestite che sono
internalizzate.
Le vescicole perdono il rivestimento in clatrina e si fondono
negli endosomi precoci. Le LDL sono portate agli endosomi
tardivi ed ai lisosomi, dove gli esteri di colesterolo sono
idrolizzati ed il colesterolo liberato per l’incorporazione
nelle membrane.
Se c’è troppo colesterolo, viene spenta la sintesi di
colesterolo e anche di recettori per LDL, per non
importarlo più e così il colesterolo si accumula nel sangue.
Geni difettosi per le LDL: mancata assunzione del
colesterolo, aterosclerosi in età giovanile.

77. Struttura della clatrina

80. Interazione clatrina-adattatore

81. Recettori delle LDL normali e mutanti

82. I recettori per le LDL
sono riciclati dagli
endosomi e riportati in
membrana per essere
riutilizzato.

83. Deposito di proteine della membrana plasmatica in endosomi riciclati

85. Endocitosi di LDL mediata da recettori

86. Endocitosi mediata da recettori

87. Le vie meglio conosciute di smistamento
delle proteine
nel reticolo trans del Golgi

88. Vie di endocitosi costitutiva e regolata

89. Compartimenti intracellulari coinvolti nella vie secretorie e endocitotica