Reticolo endoplasmatico liscio e rugoso

Gli organelli delle endomembrane formano una rete dinamica ed integrata dove i materiali vengono trasportati da un comparto all’altro, specializzati per compiere specifiche funzioni. Ogni componente ha una struttura e funzioni proprie e il tutto è interconnesso strutturalmente e funzionalmente. Questo sistema controlla l’importazione e l’esportazione della maggior parte delle molecole. Il reticolo endoplasmatico è un sistema di canali al cui interno vengono svolte diverse funzioni, ed è di due tipi: reticolo endoplasmatico liscio (REL) e reticolo endoplasmatico rugoso (RER).

La membrana del reticolo endoplasmatico liscio, così nominato per l’assenza dei ribosomi, è sito di sintesi della maggior parte dei lipidi. Il reticolo endoplasmatico rugoso (o ruvido) presenta ribosomi sulla sua superficie, il RER sintetizza, elabora e trasporta proteine che verranno utilizzati o esportati. Il Golgi sintetizza i polisaccaridi complessi come i glicosamminoglicani, le pectine e le emicellulose.

Reticolo endoplasmatico liscio e ruvido si trovano in continità e il materiale può circolare tra i due reticoli. Delimitano un lume in cui lo spazio citoplasmatico è diverso da quello cisternale. I due reticoli hanno proteine in comune e attività simili (per esempio entrambi sintetizzano certi lipidi e colesterolo), ma hanno comunque delle specificità morfologiche e funzionali.

Sintesi dei Lipidi

Ci sono due eccezioni rispetto a quanto si dirà:

  1. La sintesi di sfingomielina e glicolipidi inizia del RE e termina del Golgi.
  2. I lipidi dei mitocondri sono sintetizzati da enzimi delle membrane dei mitocondri.

I lipidi passano dal RE al Golgi come membrane delle vescicole e si modificano nei vari compartimenti per acquisire le peculiarità dell’organulo finale. Quando le vescicole gemmano alcuni tipi di fosfolipidi possono venire inclusi preferenzialmente in queste zone rispetto ad altri.

  1. FOSFOLIPIDI: sono composti da:
  • un gruppo fosfato
  • una molecola di glicerolo (che deriva dal glicerolo 3-fosfato)
  • due acidi grassi (sintetizzati dall’acido grasso sintasi, ma nell’uomo questi derivano dalle lipoproteine).
  1. FOSFOGLICERIDI
  • la sintesi inizia sul reticolo endoplasmatico ruvido
  • l’enzima acil-transferasi media l’unione di due acidi grassi al glicerolo
  • Il fosfogliceride acido fosfatidico si inserisce nel monostrato citoplasmatico della membrana
  • Coilina, fosfatidil-colina, ecc. si uniscono al fosforo.

Sul lato citosolico del reticolo endoplasmatico ruvido sono rivolti i siti attivi degli enzimi che traslocano i fosfolipidi verso il lato luminale della membrana, il che garantisce il mantenimento dell’asimmetria dei due strati. I lipidi possono trasferirsi dall’altro lato spontaneamente, ma questo avviene a bassa velocità.

Per rendere il processo più rapido intervengono delle proteine chiamate flippasi che trasportano i fosfolipidi dal foglietto esoplasmatico a quello citoplasmatico. Mantengono la maggior parte di: PC, sfingomielina e colesterolo dall’altra parte. Le floppasi invece, trasportano i fosfolipidi dal foglietto citoplasmatico a quello esoplasmatico. Mantengono la maggior parte di PS, PE e PI dall’altra parte. Infine le scramblasi, che muovono a caso i fosfolipidi.

EnzimaVerso che lato trasportaCosa blocca dall’altro lato
FlippasiCitosolPC, sfingomielina e colesterolo
FloppasiExtracellularePS, PE e PI
ScramblasiEntrambi

I gruppi idrofilici delle teste dei fosfolipidi sono modificati enzimaticamente. I fosfolipidi possono essere rimossi da proteine scambiatrici.

Reticolo endoplasmatico liscio

Si trova nel tessuto muscolare scheletrico, nei tubuli renali, fegato e ghiandole endocrine. I tubuli formano un sistema di canali interconnessi.

  • Sintesi ormoni steroidei nelle cellule endocrine di gonadi e corteccia surrenale
  • Detossificazione da barbiturici, etanolo e xenobiotici. Un consumo eccessivo porta alla proliferazione del REL. È coinvolto nel metabolismo delle alcoli che inizia nello stomaco (con la alcol deidrogenasi gastrica), ma principalmente avviene nel fegato (con la ADH-LDH). Se la quantità di etanolo supera le capacità metaboliche della deidrogenasi interviene la CYP-450 2E1
  • Immagazzinamento del calcio nel citoplasma delle cellule (per esempio le muscolari scheletriche e cardiociti)
  • Sono utili per l’adesione dei sistemi enzimatici
  • Sul REL avviene il metabolismo del glicogeno (glicogenolisi). In particolare avviene negli epatociti, sotto controllo ormonale

Reticolo endoplasmatico ruvido

Presente nel pancreas o ghiandole salivari, in cui la sintesi proteica è marcata. È composto da cisterne appiattite con ribosomi sulla superficie citoplasmatica. Alcune cisterne sono in continuità con la membrana nucleare esterna.

Sintesi delle proteine

Le proteine acquisiscono la conformazione funzionale del sito in cui svolgono la funzione e a fine sintesi vengono destinate lì. La sintesi delle proteine inizia sempre sui ribosomi liberi nel citosol e la sintesi può continuare:

  • Sui ribosomi del RER per produrre proteine secrete dalla cellula, proteine trans-membrana e proteine solubili che risiedono nel lume degli organuli.
  • Sui ribosomi liberi per proteine destinate a rimanere nel citosol (enzimi, glicolisi, proteine citoscheletriche…), proteine periferiche del lato citosolico, proteine che vengono trasferite nel nucleo (enzimi e proteine strutturali) e proteine destinate agli organelli.

La sintesi prende una delle due vie in base al segnale che hanno: le proteine di secrezione hanno un segnale all’estremità N-terminale (la prima) che dirige il complesso ribosoma-polipeptide verso il RER. Le proteine idrosolubili entrano nel lume della cisterna, quelle transmembrana cadono nel lume in parte e restano inserite nella membrana del RER.

Proteina di secrezione

  1. La sintesi inizia su un ribosoma libero. Quando la sequenza segnale emerge dal ribosoma si lega l’SRP che blocca la traduzione
  2. Il complesso SRP-ribosoma-polipeptide si sposta sulla membrana del RE dove c’è un recettore per la SRP e contemporaneamente il ribosoma interagisce con il
  3. Dopo il legame, la SRP si dissocia e la sintesi riprende
  4. Il polipeptide entra nel lume attraverso il canale di traslocazione che si apre grazie alla sequenza segnale (questa sposta l’alfa elica che tappa il traslocone)
  5. La sequenza segnale è eliminata dall’enzima peptidasi del segnale e viene degradata
  6. Una volta che la proteina cade nel lume del reticolo, il ribosoma si stacca dalla membrana.

Proteina integrale di membrana

Anche nella sintesi delle proteine integrali di membrana sono coinvolti SRP e il suo recettore. L’estremità N-terminale può essere rivolta verso il lume o verso il citosol.

  • I gruppi R carichi positivamente sull’estremità citosolica orientano le proteine
  • Il rivestimento interno del traslocone orienta il polipeptide in modo che l’estremità più positiva sia rivolta verso il citosol
  • Nelle proteine multipasso, l’orientazione è scelta dal traslocone in funzione delle cariche.Generalmente i segmenti transmembrana hanno orientamento opposto e tutto dipende da come è inserito il primo segmento.

1 ⇒ 3: il primo tratto entra nel traslocone come se fosse una proteina di secrezione. L’entrata della sequenza idrofobica nel canale blocca la trascrizione del polipeptide nascente. Il traslocone si apre lateralmente e la sequenza idrofobica è inserita nella membrana. Si completa la sintesi del dominio citosolico

1 ⇒ 3a: l’entrata della sequenza idrofobica del canale blocca la traslocazione del polipeptide nascente e il traslocone riorienta il segmento transmembrana. Il traslocone si apre lentamente e la sequenza idrofobica è inserita nella membrana. Il traslocone orienta la proteina nella membrana in modo che l’estremità con carica più positiva sia sempre rivolta verso il citosol.

A questo punto intervengono proteine integrali del RER, tra cui:

  • l’enzima peptidasi del segnale elimina la porzione N-terminale con la sequenza segnale
  • I carboidrati sono aggiunti alla proteina da oligosaccaril-transferasi e glicosil-transferasi (catene laterali di serina e asparagina).

E alcune proteine luminali:

  • Le chaperonine si legano per guidare il ripiegamento
  • L’enzima disolfuro-isomerasi trasforma parte dei residui -SH in ponti disolfuro.

 

Fonte: Karp, G., 2015, Biologia cellulare e molecolare, Edises

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