Biologia cellulare

Il reticolo endoplasmatico

Il reticolo endoplasmatico (ER) è un sistema di cisterne membranose (sacche appiattite) che si estendono in tutto il citoplasma. Spesso costituisce più della metà della membrana totale nella cellula. Questa struttura fu notata per la prima volta alla fine del XIX secolo, quando gli studi sulle cellule colorate indicavano la presenza di un qualche tipo di estesa struttura citoplasmatica, poi chiamato gastroplasma. Il microscopio elettronico rese possibile lo studio della morfologia di questo organello negli anni '40, quando gli fu dato il nome attuale.

Il reticolo endoplasmatico può essere classificato in due forme funzionalmente distinte, il reticolo endoplasmatico liscio (SER) e il reticolo endoplasmatico ruvido (RER). La distinzione morfologica tra i due è la presenza di particelle sintetizzanti proteiche, chiamate ribosomi, attaccate alla superficie esterna della RER.

Il reticolo endoplasmatico liscio

Le funzioni del SER, una rete di sottili vescicole di membrana tubolare, variano considerevolmente da cellula a cellula. Un ruolo importante è la sintesi di fosfolipidi e colesterolo, che sono i componenti principali del plasma e delle membrane interne. I fosfolipidi sono formati da acidi grassi, glicerolo fosfato e altre piccole molecole solubili in acqua da parte di enzimi legati alla membrana ER con i loro siti attivi rivolti verso il citosol. Alcuni fosfolipidi rimangono nella membrana ER, dove, catalizzati da specifici enzimi all'interno delle membrane, possono "capovolgere" dal lato citoplasmatico del doppio strato, dove si sono formati, verso il lato esoplasmatico o interno. Questo processo garantisce la crescita simmetrica della membrana ER. Altri fosfolipidi vengono trasferiti attraverso il citoplasma ad altre strutture membranose, come la membrana cellulare e il mitocondrio, da speciali proteine ​​di trasferimento dei fosfolipidi.

Nelle cellule del fegato, il SER è specializzato nella disintossicazione di un'ampia varietà di composti prodotti dai processi metabolici. Il fegato SER contiene una serie di enzimi chiamati citocromo P450, che catalizzano la scomposizione di agenti cancerogeni e altre molecole organiche. Nelle cellule delle ghiandole surrenali e delle gonadi, il colesterolo viene modificato nel SER in una fase della sua conversione in ormoni steroidei. Infine, il SER nelle cellule muscolari, noto come reticolo sarcoplasmatico, sequestra gli ioni calcio dal citoplasma. Quando il muscolo viene attivato dagli stimoli nervosi, gli ioni calcio vengono rilasciati, causando la contrazione muscolare.

Il ruvido reticolo endoplasmatico

La RER è generalmente una serie di sacche appiattite collegate. Svolge un ruolo centrale nella sintesi ed esportazione di proteine ​​e glicoproteine ​​ed è meglio studiato nelle cellule secretorie specializzate in queste funzioni. Le molte cellule secretorie nel corpo umano comprendono le cellule del fegato che secernono proteine ​​sieriche come albumina, cellule endocrine che secernono ormoni peptidici come insulina, ghiandole salivari e cellule acinose pancreatiche che secernono enzimi digestivi, cellule della ghiandola mammaria che secernono proteine ​​del latte e cellule della cartilagine che secernono collagene e proteoglicani.

I ribosomi sono particelle che sintetizzano le proteine ​​degli aminoacidi. Sono composti da quattro molecole di RNA e da 40 a 80 proteine ​​assemblate in una subunità grande e una piccola. I ribosomi sono liberi (cioè non legati alle membrane) nel citoplasma della cellula o legati alla RER. Gli enzimi lisosomiali, le proteine ​​destinate all'ER, il Golgi e le membrane cellulari e le proteine ​​da secernere dalla cellula sono tra quelli sintetizzati sui ribosomi legati alla membrana. Fabbricati su ribosomi liberi sono le proteine ​​che rimangono nel citosol e quelle legate alla superficie interna della membrana esterna, nonché quelle da incorporare nel nucleo, nei mitocondri, nei cloroplasti, nei perossisomi e in altri organelli. Le caratteristiche speciali delle proteine ​​le etichettano per il trasporto verso destinazioni specifiche all'interno o all'esterno della cellula. Nel 1971 il biologo cellulare e molecolare di origine tedesca Günter Blobel e il biologo cellulare argentino David Sabatini suggerirono che la porzione amino-terminale della proteina (la prima parte della molecola da produrre) potesse agire come una "sequenza di segnali". Hanno proposto che tale sequenza di segnali faciliterebbe l'attaccamento della proteina in crescita alla membrana ER e condurrebbe la proteina nella membrana o attraverso la membrana nel lume ER (interno).

L'ipotesi del segnale è stata corroborata da un ampio corpus di prove sperimentali. La traduzione del progetto per una specifica proteina codificata in una molecola di RNA messaggero inizia su un ribosoma libero. Man mano che la proteina in crescita, con la sequenza del segnale alla sua estremità ammino-terminale, emerge dal ribosoma, la sequenza si lega a un complesso di sei proteine ​​e una molecola di RNA nota come particella di riconoscimento del segnale (SRP). L'SRP si lega anche al ribosoma per arrestare l'ulteriore formazione della proteina. La membrana dell'ER contiene siti recettori che legano il complesso ribosomiale SRP alla membrana RER. Dopo l'associazione, la traduzione riprende, con l'SRP che si dissocia dal complesso e la sequenza del segnale e il resto della proteina nascente che filtra attraverso la membrana, attraverso un canale chiamato translocon, nel lume ER. A quel punto, la proteina viene definitivamente separata dal citosol. Nella maggior parte dei casi, la sequenza del segnale viene divisa dalla proteina da un enzima chiamato segnale peptidasi mentre emerge sulla superficie luminale della membrana ER. Inoltre, in un processo noto come glicosilazione, catene di oligosaccaridi (zucchero complesso) vengono spesso aggiunte alle proteine ​​per formare una glicoproteina. All'interno del lume ER, la proteina si ripiega nella sua caratteristica conformazione tridimensionale.

All'interno del lume, le proteine ​​che verranno secrete dalla cellula si diffondono nella porzione transitoria dell'ER, una regione che è in gran parte priva di ribosomi. Lì le molecole sono impacchettate in piccole vescicole di trasporto legate alla membrana, che si separano dalla membrana ER e si spostano attraverso il citoplasma verso una membrana bersaglio, solitamente il complesso del Golgi. Lì la membrana della vescicola di trasporto si fonde con la membrana del Golgi e il contenuto della vescicola viene consegnato nel lume del Golgi. Questo, come tutti i processi di germogliamento e fusione delle vescicole, preserva la faccia delle membrane; cioè, la superficie del citoplasma della membrana è sempre rivolta verso l'esterno e il contenuto luminale è sempre sequestrato dal citoplasma.

Alcune proteine ​​non segrete prodotte sulla RER rimangono parte del sistema di membrane della cellula. Queste proteine ​​di membrana hanno, oltre alla sequenza del segnale, una o più regioni di ancoraggio composte da aminoacidi liposolubili. Gli aminoacidi impediscono il passaggio completo della proteina nel lume ER, ancorandolo nel doppio strato fosfolipidico della membrana ER.