Ribosomi e reticolo endoplasmatico

I ribosomi sono gli organelli cellulari più numerosi; sono costituiti da due subunità, una maggiore e una minore, che si dissociano alla fine di ogni ciclo di sintesi di una proteina.

Chimicamente, i ribosomi sono ribonucleoproteine, cioè strutture costituite da nucleotidi e proteine. Le grosse molecole di RNA ribosomiale (rRNA) formano un'impalcatura sulla quale si organizzano spontaneamente decine di tipi di proteine ribosomiche.

Ogni proteina viene sintetizzata attraverso un processo in cui molecole di RNA messaggero escono dal nucleo e si attaccano ai ribosomi, in cui la sequenza di RNA viene tradotta nella corrispondente sequenza di aminoacidi assemblati a formare la proteina. Il ribosoma è quindi un apparecchio per sintetizzare le proteine, in grado di riunire nella disposizione opportuna le molecole necessarie per la reazione di sintesi; parte delle proteine che lo costituiscono inoltre funzionano da enzimi che catalizzano le stesse reazioni. I ribosomi dispersi nel citosol in genere sintetizzano proteine che restano e sono utilizzate nella cellula stessa, anche se passano dal citosol a organuli come il nucleo o i mitocondri. Molte proteine, una volta sintetizzate, si staccano dal ribosoma e nel citosol subiscono modificazioni chimiche che le portano ad avere le caratteristiche e la conformazione finale della proteina.

Le proteine che devono essere secrete all'esterno dalla cellula (come gli enzimi digestivi o gli ormoni), o quelle che devono inserirsi nella membrana cellulare o nelle membrane dei differenti organuli, sono sintetizzate da ribosomi che si trovano legati a un complesso sistema di membrane interne, il reticolo endoplasmatico. Questo è una struttura dinamica, la cui quantità aumenta o diminuisce a seconda dell'attività cellulare: la sua estensione rappresenta in media circa la metà di tutte le membrane cellulari. Le membrane del reticolo endoplasmatico formano una rete intrecciata di sacchetti appiattiti (detti cisterne), tubi e canalicoli, attraverso i quali le sostanze possono passare. Lo spazio interno del reticolo endoplasmatico delimitato dalle membrane è detto lume del reticolo.

Nelle cellule si possono distinguere due regioni funzionalmente e strutturalmente diverse: il reticolo endoplasmatico ruvido (o granulare), al quale, sul lato citoplasmatico della membrana, sono attaccati i ribosomi (questo tipo di reticolo è interessato sia alla sintesi sia al trasporto fuori dalla cellula delle proteine); il reticolo endoplasmatico liscio, che fisicamente è una porzione dello stesso reticolo endoplasmatico ruvido, ma è privo di ribosomi. Il reticolo endoplasmatico liscio è importante nella sintesi dei lipidi e nel trasporto di sostanze dal reticolo endoplasmatico ruvido all'apparato del Golgi. Mentre il reticolo endoplasmatico ruvido è organizzato esclusivamente a cisterne, quello liscio è una rete tridimensionale di tubuli.

I ribosomi legati al reticolo endoplasmatico ruvido, che sintetizzano le proteine, si trovano normalmente liberi nel citosol e si attaccano sulla membrana esterna del reticolo dopo aver riconosciuto una proteina che serve da segnale e recettore. La presenza di recettori permette alle proteine idrosolubili, che vengono sintetizzate nella porzione del ribosoma esposto al citosol, di passare all'interno del lume del reticolo endoplasmatico ruvido, superando la barriera del doppio strato lipidico della membrana del reticolo. Le proteine passano nel lume del reticolo endoplasmatico ruvido non appena sono sintetizzate e prima di avere la possibilità di ripiegarsi nella loro conformazione finale. Le proteine di secrezione vengono liberate nel lume, mentre quelle che devono essere esposte sulle membrane rimangono ancorate alla membrana del reticolo; in seguito, mediante un sistema di vescicole, verranno trasportate a destinazione: là le vescicole si fonderanno con le membrane esponendo le proteine all'esterno.

All'interno del reticolo endoplasmatico ruvido la maggior parte delle proteine viene glicosilata, ovvero vengono aggiunte alle catene proteiche delle catene di zuccheri, che le trasformano in glicoproteine. La glicosilazione è una delle principali funzioni del reticolo endoplasmatico ruvido. Le catene di zuccheri aggiunte alla proteina sono fornite da carboidrati legati a lipidi della membrana del reticolo e vengono in seguito modificate nell'apparato del Golgi.

Il reticolo endoplasmatico liscio è la "fabbrica" dove vengono prodotte le nuove membrane per tutta la cellula: infatti al suo interno sono sintetizzati tutti i lipidi che costituiscono le membrane, i quali si associano con le proteine provenienti dal reticolo endoplasmatico ruvido, con cui vi è continuità. A questo punto dei processi vi sono tutti i componenti per formare le nuove membrane. Dalle estremità del reticolo endoplasmatico liscio si staccano delle vescicole, dette vescicole di trasporto, che vanno a fondersi con la membrana specifica dell'organulo bersaglio, a seconda del contenuto della vescicola. La vescicola diventa parte integrante della membrana dell'organulo bersaglio e i suoi contenuti vengono secreti all'esterno, o esposti sulle membrane se sono ancorati a esse.