Folding proteico

FOLDING PROTEICO

Il folding è il processo attraverso il quale le proteine raggiungono la loro

struttura tridimensionale nativa, corrispondente allo stato biologicamente

attivo.

La conformazione nativa è quella struttura 3D

stabile e funzionale, caratterizzata da un minimo di

energia libera (non minimo assoluto) e da quella

particolare conformazione, unica, che consente alla

proteina di svolgere adeguatamente la funzione a

cui è deputata.

La differenza di energia tra lo stato denaturato e

quello nativo è di 5-15 kcal/mol, considerato che il

contributo energetico di un singolo ponte idrogeno è

di 2-5 kcal/mol, l'energia richiesta per il passaggio

da una forma all'altra è modesta per cui una

proteina passa facilmente dallo stato nativo a quello

denaturato (anche in laboratorio è difficile

mantenerle funzionalmente attive). La denaturazione può avvenire anche per

un piccolo sbalzo di temperatura ma non deve essere confusa con la

degradazione, che non avviene mai spontaneamente ed ha bisogno di proteasi.

Perché è così piccola la differenza? La differenza tra i due stati ha sia un

contributo entalpico che entropico. L’entalpia deriva dall’energia delle

interazioni non covalenti presenti all’interno della catena (laterali)

polipeptidica, che sono presenti nel massimo numero nello stato nativo, e ciò

apporta ad un grande contributo energetico che ammonta ad una centinaia di

kcal/mol. Il contributo entropico è, però, completamente a sfavore: l’entropia è

invece maggiore nello stato denaturato che è particolarmente disordinato

(mentre stato nativo è molto ordinato), anche in questo caso la differenza può

essere di centinaia di kcal/mol. Il bilanciamento tra le 2 fa sì che la differenza di

energia libera sia veramente piccola.

All’inizio si cercava di capire come facesse una proteina a raggiungere lo stato

nativo a partire dalla struttura primaria in forma denaturata. Ci fu uno studioso,

Levinthal, che elaborò dei calcoli arrivando a definire il paradosso di Levinthal:

una proteina non può provare tutte le conformazioni a sua disposizione prima

di arrivare al folding finale. Se una proteina di 100 residui volesse provare tutte

le possibili conformazioni ci vorrebbe un tempo decisamente maggiore dell’età

dell’universo, mentre un normale processo di folding richiede tra 0,1 e 1000

sec e questo indica che la proteina effettua il ripiegamento, non per tentativi,

ma grazie a percorsi controllati cineticamente e caratterizzati dalla presenza di

intermedi stabili.

Dallo stato denaturato il polipeptide passa rapidamente ad uno stato che

prende il nome di globulo fuso (molten globule) ed è lo stadio intermedio più

stabile. È stato possibile isolare il molten globule e si è scoperto che ha la

maggior parte delle strutture secondarie dello stato maturo della proteina ma è

meno compatto (ha acqua tra le catene di amminoacidi) e non presenta le

corrette interazioni di consolidamento all’interno della proteina. La forza

trainante per la formazione del molten globule, a partire dalla proteina

unfolded sembra essere la necessità di segregare le catene laterali idrofobe

all’interno, core, della molecola così da evitare interazioni con l’acqua.

Successivamente, nel 1947, ci fu l’esperimento di Anfinsen: lavorando sul

folding proteica, cercava di capire quali fossero le informazioni necessarie per

un ripiegamento corretto. Ad oggi sappiamo che Anfisen lavorava su una

proteina “fortunata”, la ribonucleasi A, che ha capacità di ripiegarsi

autonomamente. Per denaturare la ribonucleasi A, proteina secreta per cui

contiene ponti disolfuro, utilizzò ditiotreitolo (riducente disolfuro) ed urea, un

agente cautropico (piccole molecole che si sostituiscono all’acqua nell’intorno

della proteina così che questa non precipiti). Avvenuta la denaturazione, la

proteina non aveva più alcuna attività ed è unfolded. Successivamente cerca di

allontanare DTT e urea tramite dialisi (membrane semipermeabili che fanno

passare molecole più piccole di un determinato peso molecolare) e nota che la

proteina ha recuperato l’attività e quindi la s