Appunti Biochimica avanzata, terza parte - anno 2024/25

INSULINA

Questi recettori appartengono a una classe distinta rispetto agli altri recettori con attività

tirosina-chinasica, poiché presentano una struttura e funzione che si discostano rispetto agli

altri recettori della stessa classe.

I recettori dell'insulina sono diversi da altri recettori con attività tirosina-chinasica per vari

motivi. In primo luogo sono già dimerici. In particolare, vengono codificati da un unico gene

che produce sia la porzione alfa che la porzione beta del recettore. Queste due subunità si

legano tramite legami disolfuro che si formano nel reticolo endoplasmatico , un ambiente

altamente ossidante, in grado di favorire l'ossidazione dei gruppi sulfidrilici (-SH) delle cistina,

trasformandole in cistina , una forma più ossidata. Questo processo è essenziale per la

corretta piegatura (ripiegamento) del recettore e per la sua stabilità. I legami disolfuro

rimangono stabili nel corso della vita della proteina, garantendo la sua funzionalità.

Il processo di maturazione del recettore prosegue con la separazione della subunità alfa e

beta , avvenendo tramite tagli proteolitici nel Golgi . Successivamente, il recettore maturato

viene trasportato attraverso le vescicole e integrato nella membrana plasmatica della cellula.

La formazione dei legami disolfuro deve avvenire nel reticolo endoplasmatico, in quanto in

questo compartimento l'ambiente è fortemente ossidante, mentre nel citoplasma c'è un

ambiente più riducente che non favorirebbe la formazione di questi legami disolfuro.

Anche l' insulina , legandosi naturalmente al recettore, subisce una maturazione simile.

L'insulina viene inizialmente sintetizzata come un precursore chiamato pro-insulina , che ha

una struttura maggiore rispetto alla forma attiva. Questo precursore contiene una sequenza

segnale all'inizio della sua catena amminoacidica. La sequenza segnale è una porzione

peptidica che funge da "etichetta" e guida la proteina verso il compartimento corretto.

Durante la sintesi, questa sequenza è riconosciuta dai meccanismi cellulari che indirizzano la

proteina verso il reticolo endoplasmatico o altri compartimenti, come il Golgi , i lisosomi , o la

membrana plasmatica . La sequenza segnale è fondamentale per de, all’amminoterminale

terminare la localizzazione finale della proteina, che può essere intracellulare, in organelli

specifici, o essere esportata all'esterno della cellula.

La maturazione finale dell'insulina prevede il taglio proteolitico della pro-insulina per

rimuovere la sequenza segnale e altre porzioni non funzionali, trasformando la pro-insulina

nell'insulina maturazione , pronta per legarsi al recettore e avviare le risposte biologiche

tipiche del metabolismo e della crescita cellulare.

Il mitocondrio e il nucleo fanno eccezione per quanto riguarda la presenza di sequenza

segnale per la localizzazione delle proteine perché le proteine destinate a questi due

compartimenti non possiedono una sequenza segnale tradizionale come quelle destinate a

essere secernere o integrarsi nella membrana. Invece, queste proteine vengono codificate da

ribosomi liberi nel citosol (piuttosto che dai ribosomi attaccati al reticolo endoplasmatico) e

non utilizzano il sistema di traslocazione dipendente dalla sequenza segnale per il loro

trasporto.

Per comprendere meglio, vediamo il processo che riguarda altre proteine destinate a

compartimenti come il reticolo endoplasmatico , la membrana plasmatica , i lisosomi o l'

apparato di Golgi , che possiede una sequenza segnale . Queste sequenze sono

generalmente costituite da circa 25-30 amminoacidi che sporgono dalla porzione

amminoterminale della proteina vengono nascenti e che vengono riconosciute da un

complesso di riconoscimento del segnale chiamato SRP (Signal Recognition Particle) .

Quando il ribosoma ha sintetizzato i primi 60 amminoacidi della proteina, la sequenza

segnale diventa visibile e viene riconosciuta dall'SRP. L'SRP è una ribonucleoproteina , cioè

un complesso di RNA e proteine, che legandosi alla sequenza segnale, attiva un processo che

sposta il complesso ribosoma-proteina nascente verso la membrana del reticolo

endoplasmatico . Qui, l'SRP si lega al suo recettore, che è una proteina integrale di membrana

nel reticolo endoplasmatico. Questo legame facilita la traslocazione del ribosoma con la

proteina attraverso un canale chiamato traslocone, permettendo alla proteina di entrare nel

lume del reticolo endoplasmatico, dove continuerà ad essere sintetizzata e, se necessario,

modificata.

Questo processo è fondamentale per la localizzazione di molte proteine, in particolare quelle

che necessitano di essere trasportate in compartimenti di membrana (come il reticolo

endoplasmatico, i lisosomi o la membrana plasmatica) o esportate all'esterno della cellula .

Al contrario, per le proteine destinate al mitocondrio o al nucleo , il loro traffico non dipende

dalla sequenza del segnale standard per il riconoscimento della membrana del reticolo

endoplasmatico. Queste proteine sono indirizzate ai rispettivi compartimenti tramite segnali

di localizzazione specifici , ma il meccanismo coinvolto è diverso e non prevede il

riconoscimento da parte dell'SRP. Nel caso del nucleo , ad esempio, le proteine contengono

un segnale di localizzazione nucleare (NLS) , mentre per il mitocondrio , sono presenti

sequenze specifiche che consentono alla proteina di essere riconosciuta da recettori

mitocondriali.

Questo sistema consente di distinguere il traffico di proteine verso questi compartimenti

specializzati, che richiedono un tipo di trasporto e diverso da quello delle proteine destinate

alla secrezione o alla membrana.

Il traslocone è una struttura macromolecolare fondamentale per il processo di traslocazione

delle proteine all'interno del reticolo endoplasmatico. Questa struttura è composta da un

complesso di catene polipeptidiche che si assemblano a formare un canale attraverso la

membrana del reticolo, permettendo il passaggio delle proteine nascenti sintetizzate dai

ribosomi . Quando un ribosoma inizia a sintetizzare una proteina con una sequenza segnale ,

il complesso ribosoma-proteina si associa al traslocone, che consente il trasferimento della

proteina nascente nel lume del reticolo endoplasmatico. All'interno del reticolo, la sintesi

della proteina continua, mentre la sequenza segnale viene rimossa grazie all'azione di un

enzima proteolitico associato al traslocone.

Per esempio, nell'ambito della sintesi dell'insulina , la proteina viene inizialmente sintetizzata

come una forma più grande chiamata preproinsulina , che include la sequenza segnale.

Quando la sequenza segnale viene riconosciuta e rimossa da un'attività proteolitica chiamata

segnalasi, attuata dal traslocone stesso, la proteina risultante è la proinsulina . La proinsulina

è una molecola che contiene due catene polipeptidiche (A e B) legate da un peptide C.

Questo peptide C è presente come "inserto" tra le due catene e impedisce che la proinsulina

sia biologicamente attiva.

La proinsulina subisce successivamente un ulteriore processo di maturazione, che implica il

taglio proteolitico del peptide C, separando le due catene A e B per formare l' insulina

maturazione . Questo taglio proteolitico avviene principalmente nel Golgi , e in alcune

situazioni potrebbe verificarsi anche nelle vescicole di secrezione .

L'insulina maturazione, ora separata dalle catene A e B e privata del peptide C, è pronta per

essere immagazzinata nelle vescicole di secrezione nelle cellule beta pancreatiche (nelle

isole di Langerhans) fino al momento in cui è necessaria per la regolazione dei livelli di

glucosio nel sangue. Quando la cellula percepisce un aumento della glicemia, l'insulina viene

rilasciata attraverso un processo di esocitosi membrana dalla plasmatica delle cellule beta

pancreatiche, per poi agire sui recettori delle cellule bersaglio nel corpo.

Quindi nei granuli di secrezione nonè presente solo la proinsuilina ma anche gli enzimi che

servono per la sua maturazione.

In sintesi:

1. La preproinsulina è la forma iniziale della proteina, che contiene una sequenza

segnale.

2. La sequenza segnale viene rimossa dal traslocone durante la sintesi, dando origine

alla proinsulina .

3. La proinsulina è ancora inattiva e contiene il peptide C tra le catene A e B.

4. La proinsulina subisce un taglio proteolitico rimuovendo il peptide C, formando l'

insulina matura , che è biologicamente attiva.

Il processo di maturazione dell'insulina avviene attraverso vari stadi, che includono la sintesi,

il taglio proteolitico e il rilascio della forma attiva della proteina. Una parte fondamentale di

questo processo riguarda la proinsulina, che avviene in un contesto altamente regolato

all'interno dei granuli di secrezione. Un aspetto interessante della biologia dell'insulina è il

peptide C, che viene rilasciato insieme all'insulina durante il processo di esocitosi. Questo

peptide ha una funzione importante non solo nella maturazione dell'insulina, ma anche nel

suo utilizzo clinico. Il peptide C è prodotto in quantità equimolare rispetto all'insulina, il che

significa che quando l'insulina viene secreta, viene rilasciato anche il peptide C in quantità

pari, ma separato. Questo lo rende un parametro utile in biochimica clinica, specialmente per

monitorare l'attività residua del pancreas in pazienti diabetici. In un paziente con diabete, la

misurazione del peptide C è estremamente utile per diversi motivi:

1. Differenziazione dell'insulina esogena ed endogena: L'insulina somministrata ai

pazienti diabetici oggi è sintetizzata tramite tecniche di DNA ricombinante, quindi è

identica a quella umana . Non è possibile distinguere tra insulina esogena

(somministrata) e insulina endogena (prodotta dal corpo). Tuttavia, poiché il peptide C

è prodotto insieme all'insulina in quantità equimolari, il suo dosaggio fornisce un

parametro affidabile per misurare l'insulina prodotta dal pancreas, poiché il peptide C

non è contenuto nell'insulina esogena.

2. Valutazione dell'attività residua del pancreas: Nelle prime fasi del diabete, la

produzione di insulina non si arresta completamente. Può essere una riduzione

graduale della produzione di insulina a causa della perdita delle cellule beta

pancreatiche. Misurando il peptide C, è possibile ottenere informazioni sulla quantità

di insulina prodotta endogenamente, e di conseguenza monitorare l'attività residua del

pancreas. Questo può essere cruciale per il trattamento, in quanto aiuta a bilanciare la

somministrazione di insulina esogena.

Dal punto di vista biologico, il peptide C svolge anche un ruolo funzionale durante la