Biologia Generale e Cellulare II, Crimi

Lo smistamento delle proteine

Una volta che il processo di traduzione è iniziato, si possono avere due possibilità: la traduzione viene completata nel citosol, dove la proteina viene rilasciata; in alternativa, la traduzione viene bloccata dalla cosiddetta particella di riconoscimento del segnale (signal recognition particle, SRP) e ripresa nel reticolo endoplasmatico. Le proteine che vengono rilasciate nel citoplasma e che subiscono quindi importazione post-traduzionale hanno un destino preciso: o restano nel citosol, oppure vengono trasportate a cloroplasti, mitocondri, nucleo e perossisomi. Tutte le proteine che, invece, sono destinate a membrana plasmatica, Golgi, reticolo endoplasmatico, lisosomi, vacuolo, vescicole secretorie subiscono importazione co-traduzionale e possiedono un segnale che blocchi la traduzione.

Ciò che determina la localizzazione intracellulare della proteina è un segnale contenuto all'interno del polipeptide; vi sono due tipi di segnale.

Il peptide segnale può essere lungo dai 15 ai 60 amminoacidi e solitamente si trova in regioni specifiche (per esempio, al C- o N-terminale); è anche usato per esportare proteine dal nucleo al citosol e dal Golgi al reticolo endoplasmatico. Alternativamente, vi possono essere zone segnale: non vi è un'unica sequenza continua, bensì più sequenze separate che generano un patch, una regione nella struttura terziaria della proteina che costituisce il segnale. Per esempio, le proteine destinate al nucleo presentano un patch facilmente riconoscibile, in quanto è costituito da un dominio di amminoacidi carichi positivamente, il che non è molto comune.

I peptidi segnale sono specifici e sono riconosciuti da recettori proteici sull'organello bersaglio oppure da traslocatori che aiutano l'associazione al recettore specifico; i segnali per lo stesso organello sono intercambiabili. Esistono tre modalità di trasporto delle proteine:

primavolta sulla proteina virale antigene T del virus SV40, che si accumula nel nucleo della cellula ospite per la replicazione del DNA virale. Nel 1982, Robert Laskey e i suoi colleghi del Medical Research Council of England scoprirono che la nucleoplasmina, una delle proteine nucleari più abbondanti degli ovociti anfibi (un chaperone che aiuta l'avvolgimento del nucleosoma), contiene un tratto di amminoacidi vicino al suo C-terminale che funge da segnale di localizzazione nucleare; questa sequenza consente a una proteina di attraversare i pori nucleari ed entrare nel nucleo. I NLS meglio studiati, o "classici", sono costituiti da uno o due brevi tratti di amminoacidi caricati positivamente. L'antigene T codificato dal virus SV40, ad esempio, contiene un NLS identificato come -Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-. Se uno degli amminoacidi di base in questa sequenza viene sostituito da un amminoacido polare, la proteina non si localizza nel nucleo. Al contrario, se

Un segnale ormonale può modificare l'espressione genica. Nel citoplasma, si può trovare una proteina specifica recettore per un ormone glucocorticoide (steroideo) resa inattiva dal legame con la chaperonina hsp90, che maschera il segnale di localizzazione nucleare sul recettore dell'ormone. Nel momento in cui l'ormone giunge alle cellule bersaglio e si lega al recettore, questo cambia la sua conformazione e rilascia hsp90, esponendo così il segnale di localizzazione nucleare. Questo permette così al recettore di essere riconosciuto dalle proteine di trasporto e di attraversare il poro nucleare. Una volta all'interno del nucleo, potrà svolgere la sua funzione, ossia si legherà al DNA attivando la trascrizione di particolari geni.

Per quanto riguarda il trasporto di proteine nel mitocondrio, questo è necessario in quanto, durante l'evoluzione, la quasi totalità dei 1000 geni presenti nell'organello sono...

statitrasferiti al nucleo e sono ora tradotti a livello del citoplasma della cellula. Questi prodottigenici dovranno poi essere importati dal mitocondrio, la loro destinazione finale, e deveesserci quindi un efficiente sistema di trasporto. Il motivo di questa complessità è lapossibilità di controllo da parte della cellula nei confronti dell’endosimbionte. Inoltre, leproteine mitocondriali sono importate nella matrice, nello spazio intermembrana e nellemembrane interna ed esterna; vi sono cioè quattro possibili destinazioni diverse. Lasituazione è analoga per i cloroplasti, se non più complessa: oltre a queste destinazioni, visono anche le membrane e il lume tilacoidali. Un esempio di proteina trasportata nelcloroplasto è la proteina dei ribosomi plastidiali L11 (codificata dal gene Prpl11): allineandole sequenze amminoacidiche di una proteina PRPL11 con l’omologa versione procariotica,si nota che le prime possiedono una

lunga sequenza N-terminale ricca di serina, treonina e prolina che non ha controparte nelle proteine L11 procariotiche. Questo ha permesso di capire che la composizione amminoacidica di queste sequenze N-terminali corrisponde a quella di un peptide di transito cloroplastico; inoltre, l'importazione nei cloroplasti è stata dimostrata sperimentalmente per le PRPL11 degli spinaci.

Un esempio di sequenza segnale per l'importazione mitocondriale è dato dalla citocromo ossidasi, un grande complesso multiproteico situato nella membrana mitocondriale interna, dove funziona come l'enzima terminale nella catena di trasporto degli elettroni. I primi 18 amminoacidi del precursore della subunità IV di questo enzima servono come sequenza di segnali per l'importazione della subunità nel mitocondrio. Quando la sequenza del segnale si ripiega ad α-elica, i residui caricati positivamente (rosso) sono raggruppati su una faccia dell'elica, mentre i

residui non polari (giallo) sono raggruppati principalmente sulla faccia opposta; gli amminoacidi con catene laterali polari non cariche sono di colore azzurro. Le sequenze segnale che dirigono le proteine nello spazio della matrice hanno quindi sempre il potenziale di formare un’elica anfifilica del genere, che è riconosciuta dalle proteine specifiche del recettore sulla superficie mitocondriale. La struttura di una sequenza segnale dell’alcol deidrogenasi, un altro enzima della matrice mitocondriale, legata a un recettore di importazione è stata determinata mediante spettroscopia NMR (nuclear magnetic resonance): l’α-elica anfifilica è in grado di legarsi con la sua faccia idrofobica a un solco idrofobo nel recettore.

L’ingresso dei polipeptidi dotati di sequenze di transito è mediato da complessi di trasporto specializzati, localizzati nelle membrane esterne e interne di mitocondri e cloroplasti. I complessi di trasporto