Processo di N-glicosilazione nel reticolo endoplasmico

Circa un terzo delle proteine di una cellula viene sintetizzato nel reticolo endoplasmatico, organello che riveste un ruolo centrale nella via di secrezione. Le proteine entrano nel reticolo grazie alla sequenza segnale e la presenza delle chaperonine ne controlla il corretto ripiegamento in un processo detto controllo di qualità.

Il ripiegamento della proteina influenza ed è influenzato dalle modificazioni che la proteina subisce nel reticolo endoplasmico. Qui avviene la N-glicosilazione e la formazione dei ponti disolfuro, favorita dall’ambiente ossidante presente all’interno dell’organello.



Il processo di glicosilazione

La glicosilazione consiste nell’aggiunta di una catena olisaccaridica ad una proteina. Questa può essere di due tipi:

  • N-glicosilazione: la catena viene aggiunta su un residuo di asparagina. Avviene nel RE.
  • O-glicosilazione: la catena viene aggiunta su un residuo di treonina o su un residuo di serina. Avviene nel Golgi.

Come avviene la N-glicosilazione?

Core oligosaccaridico aggiunto all'asparagina

All’interno del reticolo endoplasmatico su specifici residui di asparagina viene aggiunto un oligosaccaride costituito da 14 monosaccaridi che sono:

  • 2 molecole di N-acetilglucosammina.
  • 9 molecole di mannosio.
  • 3 molecole di glucosio.

Questi monosaccaridi si trovano all’interno del citoplasma legati ai nucleotidi difosfato UDP e GDP e gli enzimi che catalizzano la formazione dell’oligosaccaride sono le glicosil transferasi. Poi interviene l’oligosaccaride transferasi che lo trasferisce sull’asparagina delle proteine neosintetizzate.

Soltanto l’asparagina nella sequenza Asn-X-Ser oppure Asn-X-Thr viene glicosilata. X e un qualunque aminoacido tranne la prolina. I siti di glicosilazione non sono mai tanti, perché gli oligosaccaridi hanno parecchio ingombro sterico e, se ce ne fossero tanti, sarebbe difficile per la proteina assumere la giusta conformazione tridimensionale. In una proteina ci sono massimo 2/3 siti di glicosilazione.



La glicosilazione avviene cotraduzionalmente non appena la sequenza di aminoacidi segnale (Asn-X-Ser o Asn-X-Thr) emerge nel lume del RE. La oligosaccaride transferasi è pertanto considerato un componente del traslocone. Tutte le glicosil transferasi sono degli enzimi di membrana.

Un trasportatore lipidico poliisoprenoide (C22) fosforilato chiamato dolicolo fosfato funge da accettore del primo monosaccaride della catena. La lunga catena alifatica del dolicolo fosfato attraversa lo spessore del doppio strato lipidico più di tre volte ancorando saldamente l’oligosaccaride alla membrana.

Sintesi dell’oligosaccaride

La sintesi dell’oligosaccaride inizia sul lato citosolico della membrana del RE e continua sulla faccia luminale dopo che l’intermedio lipidico (Man)5(GlcNAc)2 è stato fatto passare attraverso il doppio strato lipidico mediante una traslocasi (movimento di flip-flop). In questa immagine vediamo tutti i processi descritti sotto.

Processo di formazione e trasferimento dell'oligosaccaride
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  • Il dolicolo fosfato ha il fosfato rivolto verso il lume, poi interviene la traslocasi (flippasi) che lo espone verso il citosol.
  • I primi due residui aggiunti sono NAG e per il trasferimento sul dolicolo si parte sempre dallo zucchero attivato, quindi da UDP-NAG. Nel primo attacco non si libera UDP ma UMP, perché per i successivi passaggi servono due fosfati (pirofosfato). L’enzima è la NAG-transferasi, che appartiene sempre alle glicosil-transferasi.
  • Vengono aggiunti 5 residui di mannosio a partire da GDP-Mannosio.
  • Il dolicolo fosfato fa un’altra giravolta e porta tutto all’interno del lume, ma la catena oligosaccaridica non è ancora completa. La sintesi non continua sulla faccia citosolica perché altrimenti ci sarebbe troppo ingombro sterico e il dolicolo non riuscirebbe a portare l’oligosaccaride sulla faccia luminale del RE. Nel lume si allunga la catena oligosaccaridica, perché esistono sia glicosil transferasi con il sito attivo nel lume che nel citosol.
  • Nel lume entrano 4 molecole di mannosio che vengono aggiunte alla catena.
  • Nel lume entrano 3 molecole di glucosio e termina la sintesi dell’oligosaccaride. Sia il mannosio che il glucosio viene traslocato all’interno dal dolicolo.
  • La proteina viene glicosilata con l’oligosaccaride formato da 14 monosaccaridi.



Per completare il processo di glicosilazione gli zuccheri attivati (4 molecole di mannosio e 3 di glucosio) devono entrare all’interno del lume. Per farlo hanno necessità di carrier:

  • Nell Golgi sono di natura proteica.
  • Nel RE il trasportatore è il dolicolo, che è una molecola lipidica.

Dopo il trasferimento dell’oligosaccaride sull’asparagina una glucosidasi taglia le 3 molecole di glucosio. Queste possono essere un segnale che consente di capire che il core oligosaccaridico è completo. Dopo viene anche rimosso un residuo di mannosio. Le glicoproteine che escono dal Golgi sono tutte diverse, ma quando arrivano al Golgi sono tutte uguali.

L’idrolisi del pirofosfato che lega il dolicolo all’oligosaccaride permette al ciclo di glicosilazione di ricominciare. Il processo di glicosilazione, iniziato nel RE, è completato nell’apparato del Golgi.

Funzioni degli oligosaccaridi legati alle proteine

  • Intervengono nel corretto ripiegamento e nel mantenimento della conformazione spaziale delle catene polipeptidiche.
  • Incrementano la stabilità delle proteine e ne modulano l’attività biologica (basta modificare il core oligosaccaridico e la proteina non funziona più). Aumentano la stabilità perché, per idrolizzare le glicoproteine, servono sia proteasi che glicosidasi.
  • Svolgono un ruolo nei processi di riconoscimento che avvengono sulla superficie cellulare.

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