La grande svolta La compartimentalizzazione Funzioni specifiche svolte

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 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.

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 trans. Golgi • 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 n 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 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 m. RNA 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 di destinazione saper raggiungere il corretto sito 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 3 D 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. RER/INVOLUCRO NUCLEARE GOLGI LISOSOMI MEMBRANA PLASMATICA