Traduzione

MATURAZIONE POST-TRADUZIONALE

Spesso, dopo che le catene polipeptidiche sono state sintetizzate, devono essere

modificate chimicamente prima di poter svolgere la loro funzione. Tali modificazioni

sono note come modificazioni post-

traduzionali.

Modificazioni post traduzionali

rimozione della metionina

 all’Nterminale

rimozione di sequenze segnale e/o

 di una sequenza di amminoacidi

modificazione chimica di

 amminoacidi (metilazione,

acetilazione, fosforilazione)

glicosilazione del polipeptide

 assemblaggio di gruppi prostetici

 assemblaggio di più subunità

 proteiche 2

INDIRIZZAMENTO E SMISTAMENTO DELLE

PROTEINE

La sintesi dei polipeptidi inizia nel citosol, ma procede secondo una delle due vie

alternative quando il polipeptide è lungo circa 30 aminoacidi. (a) Nell’importazione

post-traduzionale i ribosomi rimangono liberi nel citosol se i polipeptidi sintetizzati

sono destinati al citosol o a essere importati nel nucleo, nei mitocondri, nei cloroplasti

o nei perossisomi. Quando il polipeptide è completamente sintetizzato, viene rilasciato

dal ribosoma e quindi, a seconda della destinazione, può rimanere nel citosol o essere

trasportato nel corretto organello. L’ingresso dei polipeptidi nel nucleo avviene

attraverso i pori nucleari, utilizzando un meccanismo diverso da quello utilizzato per

l’ingresso post-traduzionale negli altri organelli. (b) Nell’importazione co-traduzionale i

ribosomi aderiscono alle membrane del RE se sintetizzano polipeptidi destinati a uno

dei compartimenti del

sistema di

endomembrane o

all’esportazione dalla

cellula. Mentre la sintesi

procede, il polipeptide

neoformato è trasferito

attraverso la membrana

del RE. Il polipeptide

completamente

sintetizzato può quindi

rimanere nel RE o essere

trasportato mediante

varie vescicole a un altro

compartimento del

sistema di

endomembrane. (Man

mano che vengono

prodotte le proteine

integrali di membrana

vengono inserite nella

membrana del RE,

anziché essere rilasciate

nel lume del RE e indirizzate alla membrana plasmatica all’interno di vescicole di

trasporto.)

importazione co-traduzionale

 smistamento di proteine solubili

 smistamento di proteine integrali di membrana



importazione post-traduzionale



 2

Importazione co-traduzionale

Smistamento di proteine solubili

Smistamento di proteine integrali di membrana

L’altro gruppo importante di proteine sintetizzate dai ribosomi adesi al RE sono

proteine integrali di membrana

molecole destinate a diventare . Questo tipo di

polipeptidi è sintetizzato con un meccanismo simile a quello visto per le proteine

solubili, con l’eccezione che la catena polipeptidica completa rimane ancorata alla

membrana del RE, invece di essere rilasciata nel lume del RE.

Si ricordi che le proteine integrali di membrana sono ancorate al doppio strato lipidico

da una o più regioni transmembranarie ad α-elica costituite da 20-30 aminoacidi

idrofobici (si veda il Capitolo 7). Dopo la loro sintesi, come vengono trattenute queste

proteine nella membrana del RE, piuttosto che essere rilasciate nel suo lume? Esistono

due principali meccanismi con i quali i segmenti idrofobici transmembranari ancorano

le catene polipeptididiche neosintetizzate al doppio strato lipidico della membrana del

RE.

Sequenze di stop del trasferimento Il primo di questi meccanismi coinvolge i

polipeptidi con una classica sequenza segnale per il RE localizzata alla loro estremità

N-terminale, che permette a una SRP di legare il complesso mRNA-ribosoma alla

membrana del RE. Quindi, l’allungamento della catena polipeptidica continua fino a

quando non viene sintetizzato il segmento transmembranario idrofobico del

polipeptide. Come mostrato nella Figura, questa regione aminoacidica funziona come

sequenza di stop del trasferimento che blocca la traslocazione del polipeptide

attraverso la membrana del RE. La traduzione continua fino a completamento, ma la

rimanente catena polipeptidica rimane nello spazio citosolico; il risultato è una

proteina transmembranaria con il suo N-terminale nel lume del RE e il suo C-terminale

nel citosol. Allo stesso tempo, il segnale idrofobico di stop del trasferimento esce dal

traslocone attraverso un’apertura laterale, spostandosi nel doppio strato lipidico, 2

formando il segmento transmembranario stabile che àncora la proteina alla

proteine transmembrana di tipo I.

membrana. Queste proteine sono spesso chiamate

Sequenza interna di inizio del

trasferimento Il secondo

meccanismo coinvolge le proteine di

membrana che sono prive di una

tipica sequenza segnale al loro N-

terminale, e possiedono invece una

sequenza interna di inizio del

trasferimento. Tale sequenza

svolge due funzioni: inizialmente

agisce come una sequenza segnale

per il RE che permette a una SRP di

legare il complesso mRNA-ribosoma

alla membrana del RE; quindi, la sua

regione idrofobica funziona come

àncora che fuoriesce attraverso

un’apertura laterale nel traslocone e

incorpora stabilmente il polipeptide

nel doppio strato lipidico (Figura).

L’orientamento della sequenza di

inizio del trasferimento al momento

dell’inserzione determina quale

terminale del polipeptide rimane nel

lume del RE e quale nel citosol. Le

proteine la cui estremità C-terminale

si trova nel lume del RE e la N-

terminale nel citosol sono note come

proteine transmembrana di tipo II.

1. Il primo segmento

transmembrana viene inserito

mediante una sequenza

interna di inizio del

trasferimento;

2. una sequenza di stop del

trasferimento interrompe

l’inserimento e rilascia

lateralmente questa prima

sezione di aminoacidi nella

membrana del RE.

3. Non appena la successiva

sequenza di inizio del

trasferimento s’inserisce nel

traslocone, entrano in gioco le

ulteriori sequenze di inizio e di

stop del trasferimento. L’inserimento continua finché non viene incontrata la

successiva sequenza di stop del trasferimento; a questo punto la nuova sezione 2

transmembrana viene rilasciata lateralmente nella membrana del RE. Il

processo continua fino a quando tutte le regioni transmembrana vengono

inserite attraverso la membrana.

Importazione post-traduzionale

Sintesi dei polipeptidi nel citosol e successivo smistamento negli

organelli grazie all’indirizzamento guidato da peptidi segnale

nel nucleo: segnale di localizzazione nucleare → transito attraverso il poro

 nucleare

per mezzo del recettore di importazione nucleare

nei perossisomi: sequenza segnale SKL (serina-lisina-leucina)

 nel reticolo endoplasmatico: legame con chaperon Hsp70 → transito attraverso

 il trasportatore Sec61

nei mitocondri e nei cloroplasti:

 Sequenza di transito: permette il legame a TOM/TOC

 Complessi di trasporto mitocondriali:

 - TOM (traslocasi della membrana mitocondriale esterna)

- TIM (traslocasi della membrana mitocondriale interna)

Complessi di trasporto dei cloroplasti:

 - TOC (traslocasi della membrana cloroplastica esterna)

- TIC (traslocasi della membrana cloroplastica interna)

Sequenza aggiuntiva di smistamento: indirizza il polipeptide alla sua

 localizzazione finale all’interno del mitocondrio/cloroplasto (ad esempio, una

sequenza di segnale idrofobico di smistamento esegue lo stop del trasferimento

per l’indirizzamento del polipeptide nella membrana mitocondriale interna o

esterna). 2

IMPORTAZIONE POST-TRADUZIONALE

CHAPERONE-MEDIATA DEI POLIPEPTIDI

NELLA MATRICE MITOCONDRIALE O NELLO

STROMA CLOROPLASTICO

Sebbene i mitocondri e i cloroplasti contengano il loro DNA e il macchinario per la

sintesi proteica, essi sintetizzano solo pochi dei polipeptidi di cui necessitano. Più del

95% delle proteine contenute nei mitocondri è codificato da geni nel nucleo e

sintetizzato nel citosol. L’esiguo numero di polipeptidi sintetizzati nella matrice

mitocondriale è prevalentemente indirizzato verso la membrana mitocondriale interna.

Quasi senza eccezioni, i polipeptidi codificati dai dei mitocondri sono subunità di

proteine multimeriche, con una o più delle rimanenti subunità importate dal citosol.

I complessi di trasporto sono detti TOM (translocasi della membrana esterna) e TIM

(translocasi della membrana interna). L’iniziale riconoscimento dei polipeptidi destinati

ai mitocondri è effettuato da una componente del complesso TOM nota come

recettore della sequenza di transito . Dopo che la sequenza di transito è stata legata

dal corrispondente recettore, il polipeptide contenente tale sequenza è traslocato

attraverso la membrana esterna utilizzando un poro presente nel complesso TOM. Se il

polipeptide è destinato all’interno dell’organello, il transito attraverso il complesso

TOM è rapidamente seguito dal passaggio attraverso il complesso TIM della membrana

interna, presumibilmente in un punto di contatto in cui le membrane esterna e interna

si trovano vicine tra loro.

La figura mostra un modello attuale per spiegare l’importazione chaperon-mediata di

polipeptidi nella matrice mitocondriale proteine

1. Per avviare il processo, le

chaperon citosoliche Hsp70 si legano a un

polipeptide, mantenendolo in uno stato di

parziale srotolamento.

2. Successivamente, la sequenza di transito

presente all’estremità N-terminale del

polipeptide si lega alla componente

recettoriale del complesso TOM, che

protrude dalla membrana esterna del

mitocondrio.

3. Le proteine chaperon sono rilasciate in

concomitanza con l’idrolisi di ATP, mentre il

polipeptide viene traslocato, attraverso i

pori dei complessi TOM e TIM, nella matrice

mitocondriale.

4. Non appena la sequenza di transito emerge

nella matrice, è rimossa dalla peptidasi di

transito.

5. L’ingresso della parte restante del

polipeptide nella matrice è accompagnato

dal legame transitorio con le proteine

chaperon mitocondriali Hsp70. Il successivo 2

rilascio di Hsp70 richiede l’idrolisi dell’ATP, che si ritiene traini il processo di

traslocazione. proteine chaperon mitocondriali Hsp60

6. Infine, in molti casi le (si veda la

Figura 19.15b ) si legano al polipeptide e lo aiutano a raggiungere la sua

conformazione completamente ripiegata.

PRODUZIONE SIMULTANEA DI DIVERSE

COPIE DI POLIPEPTIDE IN BATTERI ED

EUCARIOTI

Nei paragrafi precedenti abbiamo appreso come

un singolo polipeptide viene sintetizzato a partire

dalle informazioni codificate in una molecola di

mRNA. Quando però una cellula richiede un

polipep