Organuli citoplasmatici, reticolo endoplasmatico e giunzioni cellulari

Gli organuli citoplasmatici

La cellula eucariotica possiede un sistema di endomembrane cellulari, oltre alla membrana plasmatica quindi abbiamo organelli ognuno racchiuso dalla sua membrana (doppia, singola). Un grande vantaggio che presenta la cellula eucariotica rispetto a quella procariotica è proprio la presenza di questi organuli ed endomembrane che portano alla compartimentazione, ciascun organello è specializzato ad una funzione. La compartimentalizzazione è utile quindi 1) a concentrare tutti gli enzimi necessari a svolgere una medesima funzione nello stesso organulo e 2) a per creare l'ambiente ottimale, separato dagli altri enzimi per un giusto funzionamento. Ricordiamo però che poi tutte queste funzioni che avvengono in zone diverse della cellula vengono poi integrate e quindi vi saranno delle vie metaboliche di integrazione nella cellula stessa.

Il reticolo endoplasmatico

A ridosso del nucleo si trova una formazione membranosa di dimensioni notevoli (variabile per struttura e dimensione da cellula a cellula) cioè il Reticolo Endoplasmatico RE. È possibile distinguere due tipi di reticolo endoplasmatico: Il RER (Reticolo Endoplasmatico Ruvido) e il REL (Reticolo Endoplasmatico Liscio). Si differenziano dal punto di vista strutturale e funzionale, ma hanno membrane e spazi interni connessi tra loro. Il RER è formato da sacche appiattite e impilate, connesse tra loro che con uno spazio interno detto lume ed è in comunicazione con l'involucro nucleare. Il REL invece ha un aspetto tubulare con cisterne più allungate che appiattite. La principale differenza è anche che il RER appare ruvido in quanto sulla sua superficie esterna si trovano i ribosomi che sono assenti sul REL che in quanto tale appare liscio. Un altro organulo che analizzeremo in un secondo momento è l'apparato di Golgi che si trova tra il RER e la membrana plasmatica.

Reticolo Endoplasmatico Liscio

Il Reticolo Endoplasmatico Liscio è particolarmente abbondante nelle cellule di Leydig che si trovano nei testicoli di tutti i vertebrati e negli epatociti, le cellule del fegato (o cellule epatiche).

• Gli enzimi presenti sul REL svolgono diverse funzioni:

1. Prima fra tutte è la sintesi di fosfolipidi di membrana e del colesterolo presenti nella formazione delle membrane.
2. La sintesi degli ormoni steroidei nelle gonadi e nel surrene inclusi gli ormoni riproduttivi come il testosterone nelle cellule di Leydig.

La fosfatidilcolina è il principale fosfolipide sintetizzato nel REL attraverso 3 tappe ognuna catalizzata da enzimi specifici sulla membrana: Acil-transferasi condensa l'acido grasso+ il glicerolo monofosfato per formare l'acido fosfatidico che reagisce come substrato per l'enzima successivo e così via. In merito alla membrana plasmatica ricordiamo che i fosfolipidi di questa compiere due tipi di movimenti: uno laterale nel proprio monostrato e uno trasversale verso il monostrato opposto. Il fosfolipide anfipatico deve attraversare la zona idrofobica delle code e la parte idrofila non lo fa molto facilmente. È quindi un tipo di reazione sfavorita che avviene grazie all'enzima flippasi. Sulla membrana del reticolo la sintesi dei lipidi è asimmetrica, cioè gli enzimi che sintetizzano i fosfolipidi si concentrano su un monostrato. Intervengono quindi le flippasi che ristabiliscono l'equilibrio simmetrico. Le altre funzioni che svolge il REL sono:

1. Detossificazione del fegato Gli enzimi del REL delle cellule epatiche del fegato sono in grado di degradare sostanze tossiche come etanolo, alcol, sostanze cancerogene, farmaci come i barbiturici farmaci che agiscono sul sistema nervoso centrale e possono avere attività calmante (sedativa) ipnotica, anticonvulsivante (contro le convulsioni) o ansiolitica. Tali composti una volta assimilati sono trasformati in composti idrosolubili e più facilmente eliminati. Ad esempio il Citocromo P450 è un enzima che aggiunge un gruppo ossidrile OH all'interno dell'etanolo o di un farmaco non idrosolubile e potenzialmente dannosi in modo da detossificarlo rendendolo più idrosolubili. È interessante il fatto che alcol e molte altre droghe stimolano cellule epatiche a produrre maggiori quantità di REL incrementando la velocità con cui tali cellule riescono a detossificarle, infatti come abbiamo già detto il REL è particolarmente presente in alcune cellule ed esteso quando necessario.
2. Immagazzina ioni calcio Ca++: il REL immagazzina ioni calcio e questi vengono rilasciati quando arriva un segnale cellulare (si ha l'apertura dei canali e il passaggio passivo del calcio). Il rilascio è importante soprattutto nelle cellule del tessuto muscolare, in queste infatti il REL prende il nome di reticolo sarcoplasmatico SER che è necessario per la contrazione muscolare.
3. Metabolismo dei carboidrati: il REL svolge un ruolo importante nella degradazione del glicogeno di riserva. Il glicogeno è un polisaccaride di riserva che si accumula nel fegato, negli epatociti. Quando siamo lontani dai pasti, la glicemia si abbassa e il glicogeno viene demolito nelle sue subunità di glucosio. La demolizione del glicogeno avviene sul REL degli epatociti, essendo presente l'enzima glicogeno-fosforilasi.

Reticolo Endoplasmatico Ruvido

Il Reticolo Endoplasmatico Ruvido prende il nome in quanto la sua superficie esterna è coperta di ribosomi. I ribosomi sono deputati alla sintesi delle proteine quindi il RER svolge un ruolo fondamentale nella sintesi e assemblaggio di quest'ultime. I ribosomi associati al RER producono sia le proteine di membrana che le proteine secretorie (rilasciate nell'ambiente extracellulare). Una volta sintetizzate, le proteine processate correttamente vengono racchiuse in vescicole (trasportatori racchiusi da membrana) che gemmano dalla membrana del RER e si ingloberanno con la membrana dei compartimenti bersaglio, ad esempio verso il Golgi. Quelle non correttamente "folded" vengono traslocate nel citoplasma e degradate da specifici complessi enzimatici (i proteosomi). Per capire come questo avviene, bisogna sapere come viene determinata la destinazione finale delle diverse proteine ed è quasi come se le proteine e le vescicole fossero "marcate" per sapere la propria destinazione. Le proteine infatti possono essere sintetizzate sia dai ribosomi liberi (in sospensione nel citosol), sia nei ribosomi associati alle membrane del RER. La destinazione di queste proteine è differente proprio a seconda di dove sono state prodotte. I ribosomi liberi producono proteine destinate al citoplasma, al nucleo, ai perossisomi e ai mitocondri. I ribosomi associati al RER producono le proteine destinate alla membrana e alla secrezione, al Golgi e ai lisosomi. I ribosomi sono organuli sintetizzati nel nucleo e costituiti da RNA e proteine. I ribosomi sono la sede della sintesi proteica. L'RNA che va a costituire i ribosomi prende un nome particolare, RNA ribosomale o rRNA. Essi sono costituiti da due subunità, una maggiore e una minore. Queste due si associano nel momento in cui avviene la sintesi e l'assemblaggio delle proteine. Sono organuli procariotici ed eucariotici solo che i ribosomi dei procarioti e quelli degli eucarioti sono leggermente diversi. I primi sono di dimensione minore.

Smistamento delle proteine

Come vengono smistate le proteine? Come fa a sapere una proteina dove andare? Per quanto riguarda le proteine sintetizzate a livello dei ribosomi liberi, nella proteina stessa vi sono dei cosiddetti segnali d'indirizzo o sequenze segnale cioè sequenze di amminoacidi che appunto indirizzano le proteine al loro destino finale. Le sequenze segnale possono essere localizzate nella regione N-terminale oppure essere interne o nel C-terminale. Un esempio è il segnale di localizzazione nucleare: quando una proteina deve essere trasportata nel nucleo, viene sintetizzata appunto nei ribosomi liberi e all'interno poi della sequenza polipeptidica vi è un segnale di localizzazione nucleare che viene riconosciuto da altre proteine e si lega al nucleo. Vi sono ovviamente anche segnali di localizzazione o indirizzamento mitocondriale o verso il perossisoma ... Sull'organello di destinazione ci saranno appunto dei trasportatori che riconoscono il segnale e permettono l'ingresso nella proteina. Sul nucleo ad esempio i pori hanno questo ruolo, nei mitocondri i complessi TOM-TIM. La sequenza segnale viene rimossa una volta inserita la proteina nel mitocondrio. La proteina viene riconosciuta, il legame e il successivo trasferimento attraverso la membrana mitocondriale esterna avviene grazie ad un complesso proteico TOM Il successivo passaggio attraverso la membrana interna avviene grazie ad un secondo complesso proteico il TIM. Questi complessi TIM e TOM riconoscono il segnale di localizzazione, legano le proteine e la trasportano all'interno del mitocondrio. Le proteine destinate al citoplasma ovviamente non hanno segnale non dovendo essere trasportate.

Proteine sintetizzate nei ribosomi associati al RER

Partiamo sempre dalla sintesi di proteine nei ribosomi liberi che andrà in seguito a differenziarsi. Se infatti sulla proteina abbiamo un segnale di localizzazione parliamo degli esempi sopracitati, mentre se invece troviamo un peptide segnale la proteina dovrà essere traslocata sul RER. Il peptide segnale è una sequenza di amminoacidi, in genere la prima porzione di una proteina nella zona amminoterminale. Il peptide segnale marca la proteina come destinata al RER. Nel citoplasma la proteina SRP riconosce il peptide segnale. La prima cosa che fa la SRP è associarsi al peptide segnale e bloccare la traduzione (sintesi proteica) dando la possibilità al ribosoma di passare sul RER. In seguito la SRP assieme al ribosoma (bloccato al momento) e alla proteina nascente si lega al recettore presente sulla membrana del RER. Con l'idrolisi di GTP legato al recettore di membrana, il ribosoma e la proteina nascente vengono associati al recettore, detto canale di traslocazione (o traslocone) Sec61, un canale che attraversa la membrana del RER e permette l'ingresso della proteina. Una volta reagito con il recettore, la SRP viene eliminata e la sintesi proteica riprende. Se la proteina è destina al lume del RER verrà sintetizzata grazie alla peptidasi di segnale che eliminerà anche il peptide segnale. La proteina sintetizzata rimane nel RER e potrà subire modificazione come la glicosilazione (aggiunta di carboidrati) e poi veicolate al Golgi. Al livello del reticolo possono essere destinate anche proteine di membrana. La proteina quindi non verrò traslocata verso il lume, ma rimarrà ancorata alla membrana. Vi sono porzioni di arresto e di ripresa di