Traduzione

DESTINAZIONE DELLE PROTEINE

La traduzione dipende dalla destinazione finale delle proteine.

Alcune vengono sintetizzate completamente a livello del citosol, dai ribosomi liberi, e sono destinate:

• al citosol
• al nucleo
• ai mitocondri
• ai perossisomi

Altre per il loro processamento devono necessariamente passare dal reticolo endoplasmatico (RE) e poi dal Golgi, sfruttando i ribosomi sulla superficie del reticolo, e sono destinate:

• al RE
• all'apparato di Golgi
• ad essere modificate, perché hanno strutture complesse (quindi strutture quaternarie che devono assemblare varie componenti per dare origine alla proteina finale) o perché necessitano di ponti disolfuro o glicosilazione
• ad inserirsi nella membrana plasmatica
• ai lisosomi
• ad essere secrete all'esterno, servono per la matrice extracellulare o riguardano determinati ormoni

Per indirizzare le proteine, la cellula possiede dei meccanismi di riconoscimento, chiamate sequenze segnale o...

Questo segnale è formato dagli aa che compongono la proteina stessa, la cui posizione è variabile, infatti:- se la proteina deve andare al RE, il segnale target si trova nella porzione N-terminale, poiché appena esce dal ribosoma dev'essere trascinata al reticolo prima che si abbia la sintesi completa. Altrimenti sarebbe molto difficile far entrare una proteina all'interno del reticolo, vista la sua conformazione finale complessa. Il segnale target in questo caso è formato da 6-12 aa, prevalentemente di tipo idrofobico, precedute da uno o più aa basici. Il peptide segnale viene poi tagliato quando la proteina entra all'interno del reticolo, questo spiega perché abbiamo una serie di proteine che non cominciano con la metionina.- se la proteina deve andare ai mitocondri, il segnale target si trova nella prima porzione della sequenza. Anche in questo caso è necessario, infatti, interrompere la sintesi, in quanto vi sono

bendue membrane da attraversare. - se la proteina deve andare ai perossisomi, il segnale target si trova nella porzione finale dellasequenza, in particolare si tratta di una sequenza serina-lisina-leucina. - se la proteina deve andare al nucleo, il segnale target può trovarsi ovunque, infatti, quando laproteina passa attraverso i pori, si piega e in base al ripiegamento espone una diversa porzione disequenza. La proteina ha una sua struttura tridimensionale, con porzioni idrofobiche verso l'esterno e porzioniidrofiliche verso l'esterno. Quelle che vengono riconosciute al passaggio sono quelle esterne epossono essere N-terminali, C-terminali o centrali, principalmente centrali. - se la proteina deve andare ai lisosomi, il segnale target è impersonificato in uno zucchero legatoalla sequenza. Questo traffico che avviene tra citosol e nucleo, tra RE e Golgi, tra Golgi e la superficie è spesso unasituazione a doppia via, infatti esistono delle proteine che

Servono appositamente per fare uno shutting, ovvero per spostare le proteine da una parte all'altra attraverso i pori della membrana nucleare. Ad esempio, sulla superficie cellulare vi sono sia processi che portano a secrezione di sostanze a carico dell'esterno della cellula, ma anche l'endocitosi, ovvero trasporto da esterno a interno della cellula.

Il ribosoma si attacca al reticolo endoplasmatico tramite un intermediario, chiamato SRP (signal recognition particle), che è una particella formata da RNA e proteine, che riconosce il peptide segnale. Oltre a permettere l'attacco del ribosoma, questa molecola blocca la sintesi proteica. A fianco del recettore si trova un canale, su cui va a posizionarsi il ribosoma, permettendone l'apertura. A questo punto SRP si stacca, riprende la sintesi proteica e la proteina viene sintetizzata ed immediatamente entra nel RE.

All'interno del reticolo endoplasmatico avvengono delle modificazioni, che coinvolgono...

L'uso di una serie di enzimi presenti nel reticolo endoplasmatico e le proteine chaperone, le quali non esistono solo nel citosol, ma anche nel RE, sono assolutamente essenziali per ottenere il corretto ripiegamento delle proteine. Il ripiegamento è talmente importante che se alcune proteine sono misfolded, vengono indirizzate al proteasoma e degradate. Esistono una serie di patologie umane causate da un eccessivo numero di misfolding, che portano allo stress del reticolo endoplasmatico e alla successiva apoptosi (morte cellulare programmata).

Questo trasporto però richiede energia la cui fonte è il GTP. Il destino del peptide segnale dipende da quello che deve fare la proteina. Alcune devono passare nel canale del RE, altre devono restare libere e alcune devono essere introdotte nello strato fosfolipidico. La proteina canale legge la sequenza di amminoacidi della proteina in transito e quando incontra, ad esempio, una struttura ad alfa-elica, riconosce che è transmembrana.

fa entrare quella porzione dellaproteina nello strato fosfolipidico.Il canale è un eterodimero costituito da due proteine diverse, TRAM e SEC-61p.Queste proteine transmembrana devono essere inserite nel corretto orientamento, altrimenti sarebbesvantaggioso in termini di energia. La porzione che guarda verso il citosol nel momento in cui la proteina èinserita nel doppio strato a livello del RE continuerà a guardare verso il citosol anche quando la proteinaavrà raggiunto la sua destinazione finale, mentre la porzione che guarda verso il lume del reticolo, guarderàverso l’esterno della cellula e presenterà le modificazioni.Le zone di doppio strato fosfolipidico in cui vengono inserite le proteine transmembrana hanno unospessore compatibile con quello della membrana plasmatica, in modo tale che quando le vescicole sifonderanno con quest’ultima, non ci saranno zone con uno spessore nettamente maggiore di altre.Inoltre le proteine

possono avere come estremità esterna la C-terminale o l'N-terminale, questo dipende dalla sequenza amminoacidica e dalla funzione delle varie proteine. La stessa proteina può avere più regioni ad alfa-elica, per cui in corrispondenza di ognuna di queste si verificherà l'ancoraggio al doppio strato fosfolipidico. In alternativa esistono delle proteine che vengono attaccate al bilayer fosfolipidico attraverso delle ancore specifiche, come le ancore GPI. In questo caso la proteina non è propriamente transmembrana, perché tutta la parte funzionale della proteina si trova all'esterno della cellula, mentre la porzione nel doppio strato fosfolipidico ha solo la funzione di ancoraggio. Inoltre le proteine sono dotate di sequenze amminoacidiche con regioni idrofobiche o idrofiliche e ciò determinerà la loro disposizione, infatti le regioni idrofobiche saranno rivolte all'interno della membrana, mentre quelle idrofiliche saranno rivolte verso l'esterno.

Saranno rivolte verso l'ambiente extracellulare o il citoplasma. Un altro sistema utilizzato più raramente è quello di sintesi proteica di una proteina nel citosol, mantenuta distesa da proteine chaperons, e poi trascinata all'interno del lume dalla proteina BIP (proteina chaperon), che funziona come una leva, con dispendio di ATP. Se la proteina non è destinata al doppio strato fosfolipidico, alla fine della sintesi proteica il peptide segnale viene tagliato e la proteina viene liberata all'interno del lume del reticolo. Un esempio di proteine che cadono nel lume del reticolo endoplasmatico sono le chaperons, oppure proteine che vanno secrete all'esterno (enzimi, ormoni, etc...). Altri esempi sono:

1. albumina, la proteina più abbondante nel plasma, viene prodotta dal fegato per essere secreta all'esterno
2. Pre-IgG light chain, presenti negli anticorpi
3. lisozima, enzima che ha la funzione di tagliare altre sostanze (in genere

proteine)Mentre procede la sintesi proteica, a livello del reticolo endoplasmatico avvengono già le prime modificazioni sulla proteina ancora in fase di sintesi.

MODIFICAZIONI POST-TRADUZIONALI

Una volta che le proteine sono state sintetizzate e sono cadute all'interno del lume del RE o sono ancorate alla membrana del RE, vanno incontro a una serie di modificazioni post-traduzionali, che rendono la proteina funzionale, determinando le strutture superiori alla primaria.

Le principali modificazioni sono:

• ponti disolfuro: essenziali per il corretto ripiegamento della proteina, che avviene a livello degli amminoacidi contenenti S, come la cisteina, ma che non garantisce la sua conformazione finale corretta. Esiste per questo la proteina disulfide isomerasi, che riconosce i ponti disolfuro non corretti, li rompe e favorisce la formazione dei legami corretti. Se questo non avviene, si verifica un misfolding, ovvero la proteina si ripiega in modo non corretto, e può accumularsi

nel RE. Se le proteine misfolded si accumulano si rischia la precipitazione di proteine in un aggregato insolubile, che può determinare anche la lisi del RE stesso. In questo caso intervengono le proteine chaperons, che provano a correggere la struttura e, nel caso non ci riescano, indirizzano la proteina verso il proteasoma, che degrada la proteina misfolded, recuperando gli amminoacidi.

1. folding
2. glicosilazione: attacco degli zuccheri. Si distinguono due tipi di glicosilazione:
   1. N-glicosilazione (N-linked): attacco di un oligosaccaride complesso, sintetizzato precedentemente nel citosol, su un residuo di asparagina tramite un enzima. Questa struttura molto ramificata oligosaccaridica è ancorata al doppio strato fosfolipidico tramite il dolicolo, e viene trasferita alla proteina in blocco. Il dolicolo è un lipide in grado di compiere il flip-flop, cioè il trasferimento di una molecola da uno strato fosfolipidico all'altro, in questo caso la struttura

oligosaccaridica ramificata è spostata dal versante citosolico al versante dellume del RER.

O-glicosilazione (O-linked): avviene mediante l'attacco a residui di serina, treonina oidrossilisina di una struttura semplice, che può essere ulteriormente modificata quando la proteina viene trasferita nel Golgi. La glicosilazione prosegue anche nell'apparato di Golgi, dove viene completata.

tagli proteolitici: dalle pre-proteine, in cui la struttura amminoacidica primaria non è la struttura dell'ormone finale che sarà secreto dalla cellula nella circolazione (es. insulina), attraverso un taglio si ottiene la proteina matura (nell'insulina tramite ponti disolfuro).

assemblamento di proteine multimeriche (es. recettori di membrana eterodimeri, composti da più catene polipeptidiche, che vanno uniti in questa sede, e poi inviati alla membrana).

Tutte queste modifiche post-traduzionali sono permesse da specifiche proteine chaperons.

modifica i legami disolfuro tra le catene polipeptidiche, e il reticolo endoplasmatico, che svolge un ruolo chiave nella sintesi e nel ripiegamento delle proteine.