MITOCONDRI E CLOROPLASTI HANNO PIU’ MEMBRANE MITOCONDRIO CLOROPLASTO ….PIU’ COMPARTIMENTI

I MITOCONDRI IMPORTANO DAL CITOSOL QUASI TUTTE LE PROTEINE POSSONO ESSERE DESTINATE A CIASCUNO DEI 4 DISTINTI COMPARTIMENTI MATRICE MEMBRANA INTERNA SPAZIO INTERMEMBRANA MEMBRANA ESTERNA

I COMPARTIMENTI DEL MITOCONDRIO POSSONO ESSERE ISOLATI E PURIFICATI MEMBRANA INTERNA ESTERNA ULTRASUONI FORMAZIONE DI VESCICOLE ‘INSIDE OUT’ I COMPARTIMENTI DEL MITOCONDRIO POSSONO ESSERE ISOLATI E PURIFICATI

I COMPARTIMENTI DEL MITOCONDRIO SONO CARATTERIZZATI DA PROTEINE DIVERSE MATRICE CITRATO SINTETASI ALCOOL DEIDROGENASI MEMBRANA INTERNA CITOCROMO C REDUTTASI SPAZIO INTERMEMBRANA CITOCROMO C CITOCROMO b MEMBRANA ESTERNA PROTEINA DI 70 kDa

LE PROTEINE INDIRIZZATE AI MITOCONDRI HANNO UNA SEQUENZA SEGNALE 1. PRE-SEQUENZA DI 20-80 AMMINOACIDI. 2. N-TERMINALE. 3. ELICA ANFIPATICA IN AMBIENTE LIPIDICO CON CARICHE POSITIVE DA UN LATO. 4. RIMOSSA DURANTE LA TRASLOCAZIONE. 5. SEGNALI SECONDARI IDROFOBICI.

LA SEQUENZA SEGNALE FORMA UNA ALFA-ELICA ANFIPATICA

L’ALFA-ELICA ANFIPATICA E’ UN SEGNALE GENERALE DI IMPORTAZIONE NEL MITOCONDRIO ULTERIORI SEGNALI POSSONO ESSERE PRESENTI OLTRE ALLA ALFA-ELICA ANFIPATICA

proteina localizzaz. taglio proteolitico alcool deidrogenasi matrice proteina matura taglio proteolitico citocromo c reduttasi membrana interna proteina matura primo taglio proteolitico secondo taglio proteolitico citocromo c citocromo b spazio intermemb. nessun taglio proteolitico p70 membrana esterna

LE PROTEINE ATTRAVERSANO LE MEMBRANE DEL MITOCONDRIO GRAZIE A COMPLESSI TRASLOCATORI

TRASLOCAZIONE DI PROTEINE NEL MITOCONDRIO 1. LA PROTEINA E’ RICONOSCIUTA DA PBF (MSF) e hsp70 CITOSOLICHE CHE LA MANTENGONO SROTOLATA. mitochondrial import stimulation factor (MSF)  presequence-binding factor (PBF)  2. IL COMPLESSO SI LEGA, MEDIANTE IL PEPTIDE SEGNALE, AD UN COMPLESSO SULLA MEMBRANA ESTERNA (TOM). translocase of the outer membrane (TOM complex) 3. SULLA MEMBRANA INTERNA VI SONO PROTEINE (TIM) CHE SERVONO PER ATTRAVERSARE LA MEMBRANA INTERNA. 4. LA PROTEINA DA TRASLOCARE PASSA ATTRAVERSO UN CANALE DI TRASPORTO FORMATO DA TIM E TOM. 5. SI REALIZZA IL TRASFERIMENTO. 6. DAL LATO INTERNO SI LEGA UNA hsp70 MITOCONDRIALE. 7. IL SEGNALE VIENE RIMOSSO DA UNA PEPTIDASI. 8. LA PROTEINA SI RIPIEGA NELLA CONFIGURAZIONE FINALE.

LE PROTEINE hsp70 CITOSOLICHE E MITOCONDRIALI SONO IMPORTANTI NELLA TRASLOCAZIONE

PROTEINE NELLA MATRICE ATTRAVERSANO LE DUE MEMBRANE DEL MITOCONDRIO

PROTEINE DELLA MEMBRANA INTERNA POSSONO ESSERE PRIMA TRASLOCATE NELLA MATRICE

PROTEINE DELLA MEMBRANA INTERNA POSSONO ANCHE NON ESSERE PRIMA TRASLOCATE NELLA MATRICE

PROTEINE DELLO SPAZIO INTERMEMBRANA POSSONO ESSERE PRIMA INSERITE NELLA MEMBRANA INTERNA

ALCUNE PROTEINE POSSONO RIPIEGARSI PIU’ VOLTE NELLA MEMBRANA INTERNA

LE TAPPE DELLA TRASLOCAZIONE POSSONO ESSERE STUDIATE SU MITOCONDRI ISOLATI potenziale ATP + proteasi + proteasi + proteasi + deterg.

PROTEINE RIPIEGATE NON POSSONO ESSERE TRASLOCATE NEL MITOCONDRIO

TRASLOCAZIONE NORMALE

TRASLOCAZIONE BLOCCATA

CITOSOL NUCLEO PEROSSISOMA MITOCONDRIO CLOROPLASTO RETICOLO ENDOPLASMICO GOLGI LISOSOMA VESCICOLE SECRETORIE ENDOSOMA MEMBRANA PLASMATICA

I perossisomi RH2 + O2 R + H2O2 R’H2 + H2O2 R + H2O 2H2O2 2H2O + O2 I perossisomi sono organelli presenti in quasi tutte le cellule eucariotiche che possono assolvere a fuzioni diverse a seconda del tipo di cellula e delle condizioni ambientali. Caratteristica commune di tutti i perossisomi è la presenza di enzimi (perossidasi) che producono acqua ossigenata (perossido di idrogeno, H2O2) come sottoprodotto del loro metabolismo; per evitare che questo composto potenzialmente pericoloso danneggi la cellula, i perossisomi contengono anche la catalasi che detossifica H2O2 a H2O e O2. OSSIDASI RH2 + O2 R + H2O2 R’H2 + H2O2 R + H2O CATALASI 2H2O2 2H2O + O2

Perossisomi – biogenesi Per lungo tempo i perossisomi, al pari dei mitocondri e cloroplasti, sono stati considerati organelli semiautonomi, i quali si accrescono per poi scindersi. A partire dal 2005 si sono accumulate evidenze che hanno chiaramente dimostrato che le vescicole perossisomali derivano da una regione specializzata del Reticolo endoplasmatic0, il reticolo perossisomale dove è anche sintetizzata una proteina integrale di membrana, la Pex3p (le proteine di membrana dei perossisomi vengono indicate con la sigla Pex – La Pex3p è la sola perossina ad essere sintentizzata nel RE, le altre Pex e gli enzimi perossisomiali contenuti nella matrice, sono sintetizzati nel citoplasma e indirizzate ai perossisomi). Dal reticolo perossisomale si staccano lamelle che poi fondono tra loro o con preesistenti perossisomi (il distacco delle lamelle è mediata dalla Pex19p che si lega alla Pex3, mentre la fusione è mediata tramite le Pex1p e Pex6p. Le altre perossine vengono incorporate nelle membrana e fungono da recettori/traslocatori per gli enzimi solubili della matrice).

I PEROSSISOMI SONO GENERATI DA ALTRI PEROSSISOMI MEDIANTE CRESCITA E DIVISIONE FISSIONE

Le proteine dei perossisomi provengono in parte dalla via citoplasmatica e in parte da quella secretoria Al momento sono state identificate piu di 30 perossine e si conosce l’ortologo umano per 14 di esse. IL TRASPORTO DI PROTEINE NEL PEROSSISOMA COMPORTA L’ATTRAVERSAMENTO DELLA MEMBRANA. 23 PEROSSINE SONO COINVOLTE NEL PROCESSO

Ser-Lys-Leu -COOH Ala-His Cys-Arg SKL PROTEINE INDIRIZZATE AI PEROSSISOMI HANNO UNA SEQUENZA SEGNALE AL C-TERMINALE SKL Ser-Lys-Leu 1 2 3 -COOH Ala-His Cys-Arg ALCUNE PROTEINE DEI PEROSSISOMI HANNO UNA SEQUENZA SEGNALE AL N-TERMINALE

COME LA CATALASI ENTRA NEI PEROSSISOMI? Step 1: Newly made catalase subunits are released from polyribosomes into the cytosol as apocatalase, a monomer that contains a C-terminal SKL uptake-targeting sequence (red) but lacks an iron-containing heme group. Four monomers are assembled and heme is added, forming the mature tetrameric catalase molecule. Steps 2 and 3: The cytosolic receptor protein PTS1R binds an SKL signal and escorts the catalase tetramer to the Pex14p receptor on the peroxisome membrane. In the model depicted here, the catalase-PTS1R complex is transported across the membrane and then dissociates in the lumen. As-yet uncharacterized proteins on the peroxisomal membrane probably form part of the receptor-transport channel. Step 4: PTS1R returns to the cytosol to pick up another peroxisome-destined protein. In an alternative model, PTS1R delivers catalase to the Pex14p receptor but does not enter the lumen itself. PEX citosol lume

Malgrado le funzioni metaboliche siano cosi differenziate, il processo che porta alla formazione di questo organello (biogenesi perossisomale) e altamente conservato nei diversi organismi e tipi cellulari. La biogenesi perossisomale comprende import di proteine della matrice, biogenesi della membrana, proliferazione perossisomale ed eredita. Le proteine implicate nella biogenesi dei perossisomi sono dette perossine e vengono abbreviate con l’acronimo PEX# per i geni e Pex#p per le proteine, dove # e un numero ad indicare l’ordine di scoperta.

PEX11 PEX16 PEX16 PEX5 PEX7 PEX19 PEROSSISOMA NASCENTE COMPARTO PRE-PEROSSISOMIALE

BIOGENESI DEI PEROSSISOMI UN MODELLO

PEX11 PEX5 PEX7 PEX19

SONO NOTE MOLTE PATOLOGIE DEI PEROSSISOMI SINDROME DI ZELLWEGER difetto genetico di importo di proteine nei perossisomi non funziona un recettore (pex2) per le proteine dei perossisomi non vi sono enzimi nei perossisomi (perossisomi vuoti!) anomalie a livello cerebrale, epatico, renale la morte sopravviene poco dopo la nascita 2. ADRENOLEUCODISTROFIA causato da mutazioni di un trasportatore di membrana la cellula accumula acidi grassi a catena lunga degenerazione dei neuroni, ritardo mentale, morte 10-14 aa il trattamento prevede il blocco della sintesi e dell’ingresso di acidi grassi nella cellula