Citoplasma e sistema membranoso interno delle cellule eucariotiche

CITOPLASMA

Parte interna delle cellule eucariotiche e procariotiche delimitata dalla membrana plasmatica.

Il citoplasma, che prende anche il nome di o "citosol" (o anche "ialoplasma") -> parte solubile più interna della nostra cellula eucariotica.

Composizione del citoplasma

• 75% di acqua (maggiore componente della cellula)
• 15/20% di proteine
• percentuali inferiori di altri composti organici (zuccheri, grassi e nucleotidi* (*vengono prodotti all'interno del nucleo; alcuni di essi passano nel citoplasma, come ad esempio gli RNA: RNA messaggero, RNA di trasporto ed RNA ribosomiale - per entrare a far parte del processo di "sintesi proteica").

Le numerose proteine nel citoplasma funzionano da enzimi che vanno a regolare i metabolismi all'interno delle nostre cellule.

Oltre a queste sostanze nel citoplasma ci possono essere le cosiddette "inclusioni citoplasmatiche", che sono generalmente rappresentate da piccole strutture prive di membrana -> possono svolgere importanti funzioni, per esempio i pigmenti, che danno una particolare colorazione, che caratterizzano le cellule epidermiche.

SISTEMA MEMBRANOSO INTERNO

La cellula eucariotica si differenzia da quella procariotica perché possiede una serie di organelli, a loro volta rivestiti e delimitati da membrane -> questi costituiscono il "sistema membranoso interno".

Il sistema membranoso interno è quindi un sistema costituito da tubuli, cisterne e vescicole rivestite da citomembrane presenti nel citoplasma della cellula e con composizione simile alla membrana plasmatica.

Principali sistemi del sistema membranoso interno

I principali sistemi del sistema membranoso interno sono:

• Reticolo endoplasmatico rugoso/ruvido (RER)
• Reticolo endoplasmatico liscio (REL)
• Apparato del Golgi
• Lisosomi
• Perossisomi

Eukaryotic cell Prokaryotic cell Nucleus Capsule Ribosomes Ribosomes Golgi complex DNA Cell wall Endoplasmic reticulum Plasma membrane Plasma membrane Mitochondria Cytoplasm Cytoplasm Lysosome 1Gli organuli hanno la funzione di separare le complesse reazioni biochimiche che avvengono all'interno della cellula.

Questo conferisce alle cellule eucariotiche la possibilità di svolgere importanti funzioni e reazioni (che a volte sono anche incompatibili tra di loro) nello stesso momento.

RETICOLO ENDOPLASMATICO RUGOSO (RER) E LISCIO (REL)

Il reticolo endoplasmatico non può essere visto con il microscopio ottico, ma solo con il microscopio elettronico, a causa delle sue dimensioni ridotte.

Il reticolo endoplasmatico rugoso si riesce a distinguere dal reticolo endoplasmatico liscio, poiché sulle cisterne rivestite da membrane appiattite che lo compongono, possiede numerosi ribosomi (assenti nel REL) visibili come puntini elettrondensi.

Rough endoplasmic reticulum (RER) Nuclear envelope Nucleus Ribosomes Smooth endoplasmic reticulum (SER)

RETICOLO ENDOPLASMATICO RUGOSO (RER)

Il reticolo endoplasmatico rugoso è costituito da numerose cisterne appiattite affiancate e circoscritte da membrana.

Queste membrane sono in continuità con l'involucro nucleare, che è una struttura che riveste il nostro nucleo -> il RER è in diretto contatto col nucleo; anche sulla parte più esterna della membrana nucleare sono presenti ribosomi adesi quindi il RER ci appare come una continuazione del nucleo, in particolare dell'involucro nucleare.

Il RER è coinvolto principalmente nella "biosintesi delle proteine", cioè nella "sintesi proteica", che permette attraverso l'unione di amminoacidi di creare le catene polipeptidiche delle proteine.

Producono le proteine Ribosomi -> organelli sferici, generalmente adesi sulla superficie di queste cisterne, ma anche presenti nel citoplasma sotto forma di "ribosomi liberi".

Ci sono delle differenze tra "ribosomi liberi" e "ribosomi adesi al RER" in termini soprattutto funzionali -> entrambi entrano in gioco per produrre proteine, tuttavia le proteine che si producono sono diverse.

Ribosomi liberi -> producono le "proteine strutturali" che servono alla cellula stessa (es: proteine che potrebbero andare ai mitocondri oppure al nucleo della cellula).

Ribosomi associati al RER -> sintetizzano diverse tipologie di proteine:

2- proteine che verranno liberate all'esterno della cellula mediante un processo di "secrezione"

• proteine strutturali che servono alla cellula stessa e vanno a costituire proteine strutturali della membrana plasmatica oppure del glicocalice (contenente glicoproteine, proteoglicani o le glicoproteine).
• "proteine residenti del RER", ovvero le proteine che servono al RER e all'apparato del Golgi.
• "proteine enzimatiche" che andranno a costituire il contenuto di un organello importante che prende il nome di "lisosoma" costituendo quindi i cosiddetti "enzimi lisosomiali".

I ribosomi liberi producono tutte le altre proteine di tutti gli altri organelli: nucleo, perossisomi, mitocondri, ecc ...

Per portare le giuste proteine alle giuste destinazioni, il RER produce attraverso le cisterne di membrana, delle vescicolette (strutture sferiche rivestite di membrana) contenenti la proteina.

Prima di andare alla destinazione finale la proteina che viene prodotta nel RER, passa nell'apparato del Golgi, nel quale subisce delle modifiche, fino ad arrivare alla sua conformazione finale.

Dal reticolo endoplasmatico ruvido (RER) si staccano generalmente vescicole di piccolo diametro (30-70 nm), che trasportano le proteine verso il complesso del Golgi, dove rilasciano il loro contenuto.

Il reticolo di transizione rappresenta una zona specializzata tra il RER e il Golgi, da cui originano le vescicole destinate al trasporto." tra RER e REL

RIBOSOMI

Non sono solo caratteristici delle cellule eucariotiche, ma si possono trovare anche nei procarioti e nei batteri.

Essi si trovano anche all'interno dei nostri mitocondri, o dei cloroplasti delle cellule vegetali.

I ribosomi sono degli organuli, non rivestiti di membrana (quindi non possono essere chiamati organelli) -> organuli, di natura "ribo-nucleo-proteica", costituiti in parte da acidi ribonucleici (RNA ribosomiale o rRNA), e in parte da proteine.

Sono costituiti da due sub-unità: "sub-unità minore" e "sub-unità maggiore" > generalmente sono libere, ma si associano assieme all'arriva dell'mRNA, quando entrano in gioco per sintetizzare le proteine.

Quando le sub-unità si associano, i vari ribosomi si uniscono insieme -> formano una serie di ribosomi uniti all'mRNA, che prende il nome di(polisoma".

3I ribosomi dei vari organismi eucarioti e procarioti, si distinguono grazie ad una particolare unità di misura che viene chiamata "svedberg" (identificata con S) -> unità di misura della costante di sedimentazione.

Per calcolare questa unità di misura si prelevano i ribosomi dalle cellule e una volta inseriti in provetta vengono centrifugati -> l'unità di misura indica il tempo impiegato dai ribosomi per sedimentarsi.

Se sono più pesanti, sedimentano più velocemente -> il ribosoma avrà un'unità di misura maggiore.

RIBOSOMI NEI PROCARIOTI E NEGLI EUCARIOTI

Negli eucarioti le due sub-unità non sono uguali -> c'è una sub-unità minore (fatta da un RNA ribosomiale associato a proteine strutturali = danno forma al ribosoma) unita ad una sub-unità maggiore (contiene 3 RNA ribosomiali associati a diverse proteine strutturali ribosomiali).

I ribosomi hanno una conformazione che permette il passaggio dell'mRNA attraverso uno spazio tra le due sub-unità -> I'mRNA arriverà per la sintesi della proteina.

70S MW 2,500,000 50S 30S MW 1,600,000 MW 900,000 5S rRNA 28S rRNA 18S rRNA 5S rRNA 23S rRNA 16S rRNA 120 nucleotides 2900 nucleotides 1540 nucleotides 4700 nucleotides ~49 proteins ~33 proteins EUCARYOTIC RIBOSOME Sub-unità leggermente diverse tra procarioti ed eucarioti:

• Procarioti -> 70S è fatto da due sub-unità (50S e 30S); gli mRNA che vanno a formare la sub-unità maggiore sono 2 -> si chiamano 5S RNA ribosomiale e 23S RNA ribosomiale e ad essi si associano 34 proteine. Nella sub-unità minore del procariote c'è un solo RNA ribosomiale (16S), al quale sono associate 21 proteine.

1 Eucarioti -> 80S è a sua volta costituito da una sub-unità maggiore 60S (fatta da tre tipi di RNA ribosomiali, detti RNA ribosomiale 5S, 28S e 5.8S; in questa struttura si associano 49 proteine).

La sub-unità minore 40S è costituita da un unico RNA ribosomiale 18S con circa 33 proteine.

59 TRNA max 60S 28 S PRNA + 49 proteine 5.8 5 TRNA 80 S MIK LOS 185 rRNA + 33 proteine 80S MW 4,200,000 60S 40S MW 2,800,000 MW 1,400,000 5.8S rRNA 5 120 nucleotides 160 nucleotides 1900 nucleotides 34 proteins 21 proteins PROCARYOTIC RIBOSOME RICORDA !

Premessa sulla produzione di RNA

4Premessa: L'mRNA viene prodotto durante un processo chiamato "trascrizione", che avviene a livello del DNA nucleare -> il nucleo sintetizza I'mRNA attraverso il processo di trascrizione.

L'RNA ribosomiale viene anch'esso prodotto a livello nucleare ma in una particolare Nole zona del nucleo chiamata "nucleolo" 55

Nucleolo -> è una struttura sferica, piuttosto piccola, che generalmente non si trova centralmente, ma leggermente spostata nel nucleo.

E' deputato a produrre quasi tutti gli RNA ribosomiali (solo il rRNA 5S viene prodotto nel nucleo anziché nel nucleolo).

Gli RNA ribosomiali prodotti nel nucleolo, passano nel citoplasma, dove si associano alle proteine strutturali per formare la struttura del ribosoma -> in seguito con l'arrivo dell'mRNA inizierà la sintesi proteica.

solitamente le sub unità sono libere nel citop. e si associano all'arrivo di MRNA

Gene per rRNA 5 S Nucleo 45 S Organizzatore del nucleolo Nucleolo 18 S 32 S +5,8s 28 S Citoplasma Subunità minore del ribosoma Subunità maggiore del ribosoma Ribosoma

Dimensioni e formazione dei poliribosomi

I ribosomi hanno dimensioni molto piccole che vanno dai 15 ai 30 nm (possono essere visibili solo con il microscopio elettronico a trasmissione TEM o a scansione SEM).

I ribosomi generalmente non sono singoli nel citoplasma, ma si uniscono in piccoli gruppi chiamati "poliribosomi" o "polisomi", costituti da 3 fino a 30 ribosomi legati -> questi si legano poi al filamento di mRNA, che passando tra le due sub-unità trasferisce le informazioni per produrre una nuova proteina composta da una sequenza di amminoacidi.

I poliribosomi possono essere liberi (formati da ribosomi in forma libera) oppure adesi al RER.

Nel caso del poliribosoma legato al RER, a proteina prodotta può avere diverse funzioni:

1

• può rimanere adesa alla membrana del RER
• può essere liberata nel lume del RER, poi tramite vescicole trasferita all'apparato del Golgi e infine alla sua destinazione finale.