La Traduzione

FINE TRADUZIONE

La fine del messaggio che codifica una proteina è segnalata dalla presenza di uno dei tre

codoni di stop (UAA, UAG o UGA). Questi non sono riconosciuti da un tRNA e non

specificano un amminoacido, ma segnalano invece al ribosoma di fermare la traduzione.

Proteine note come fattori di rilascio si legano a qualunque ribosoma con un codone di

stop posizionato nel sito A,forzando la peptidil trasferasi del ribosoma a catalizzare

l’aggiunta di una molecola d’acqua invece di un amminoacido al peptidil-tRNA. Questa

reazione libera l’estremità carbossilica della catena polipeptidica in crescita dal suo

attacco ad un tRNA e, poiché soltanto questo attacco normalmente tiene la catena 38

polipeptidica in crescita unita al ribosoma, la proteica completa è immediatamente

rilasciata nel citoplasma. Il ribosoma rilascia quindi l’mRNA e si separa nelle subunità

maggiore e minore.

I fattori di rilascio sono un esempio di mimetismo molecolare, per cui un tipo di

macromolecola assomiglia alla forma di una molecola non correlata chimicamente. In

questo caso, la struttura tridimensionale dei fattori di rilascio (composti interamente di

proteine) assomiglia alla forma e alla distribuzione di cariche di una molecola di tRNA.

Questo mimetismo di forma e di carica permette ai fattori di rilascio di entrare nel sito A del

ribosoma e provocare il termine della traduzione.

POLIRIBOSOMI

In genere avvengono inizi multipli su ciascuna molecola di mRNA che viene tradotta. Non

appena il ribosoma precedente ha tradotto abbastanza sequenza nucleotidica, l’estremità

5’ dell’mRNA viene introdotta in nuovo ribosoma. Le molecole di mRNA che vengono

tradotte si trovano perciò di solito sottoforma di poliribosomi (o polisomi), grossi

complessi citoplasmatici composti di parecchi ribosomi spaziati anche di soli 80

nucleotidi lungo una singola molecola di mRNA. Questi inizi multipli significano che molte

più proteine possono essere prodotte in un dato tempo di quante sarebbe possibile se

ciascuna dovesse essere completata prima dell’inizio della successiva.

Poiché l’mRNA batterico non ha bisogno di essere modificato ed è accessibile ai ribosomi

mentre viene prodotto, i ribosomi si possono attaccare all’estremità libera di una molecola

di mRNA batterico e cominciare a tradurlo anche prima che la trascrizione dell’RNA sia

completa.

Negli eucarioti, le estremità 5’ e 3’ dell’mRNA interagiscono; perciò, non appena un

ribosoma si dissocia, le sue due subunità sono in una posizione ottimale per iniziare di

nuovo la traduzione della stessa molecola di mRNA.

INIBITORI

Molti antibiotici sono composti prodotti da funghi che agiscono inibendo la sintesi proteica

batterica. Alcuni di questi farmaci sfruttano le differenze strutturali e funzionali fra i 39

ribosomi batterici e quelli eucariotici in modo da interferire preferenzialmente con la

funzione dei ribosomi batterici. Così alcuni di questi composti possono essere assunti ad

alte dosi senza tossicità per gli esseri umani.

Molti antibiotici si posizionano in tasche degli RNA ribosomali e semplicemente

interferiscono con il funzionamento regolare del ribosoma.

Cloramfenicolo in una cellula eucariotica inibisce la sintesi proteica soltanto sui ribosomi

dei mitocondri

Cicloesimide ha effetti soltanto sui ribosomi del citosol

Puromicina è un analogo strutturale di una molecola di tRNA legata ad un amminoacido.

Il ribosoma la scambia per un amminoacido autentico e la incorpora covalentemente al C-

terminale della catena polipeptidica in crescita, provocando una terminazione prematura e

il rilascio del polipeptide.

MECCANISMI DI CONTROLLO QUALITA’ 40

Negli eucarioti la produzione di mRNA comporta sia trascrizione che una serie di passaggi

elaborati di modificazione dell’RNA; questi avvengono nel nucleo, segregati rispetto ai

ribosomi e soltanto quando la modificazione è completa gli mRNA sono trasportati nel

citoplasma per essere tradotti.

Per evitare di tradurre molecole rotte di RNA,il cappuccio 5’ e la coda di poli-A sono

riconosciuti entrambi dall’apparato di inizio della traduzione prima che questa inizi.

Per aiutare ad assicurare che gli mRNA siano sottoposti a splicing in modo appropriato

prima che siano tradotti, il complesso della giunzione degli esoni (EJC), che è depositato

sull’mRNA dopo lo splicing, stimola la successiva traduzione dell’mRNA.

Il più potente sistema di sorveglianza è la degradazione dell’mRNA mediata da

nonsenso che elimina gli mRNA difettosi prima che possano essere tradotti in modo

efficiente in proteina. Questo meccanismo entra in azione quando la cellula determina che

una molecola di mRNA ha un codone nonsenso (stop: UAA,UAG,UGA) nel posto

“sbagliato”, situazione che si verifica probabilmente in una molecola che ha subito uno

splicing inappropriato.

Questo meccanismo di sorveglianza inizia quando una molecola di mRNA viene

trasportata dal nucleo nel citosol. Quando la sua estremità 5’ emerge dal poro nucleare,

l’mRNA incontra un ribosoma che inizia a tradurlo. Man mano che la traduzione procede, i

complessi della giunzione degli esoni (EJC) legati all’mRNA a livello di ciascun sito di

splicing vengono apparentemente spostati dal ribosoma in movimento. Il codone di stop

normale sarà solitamente nell’ultimo esone e quindi, quando il ribosoma lo raggiunge e si

ferma, all’mRNA non dovrebbero essere legati più EJC. Se questo è il caso l’mRNA passa

“l’ispezione” e viene rilasciato nel citosol dove può essere tradotto sul serio. Ma se il

ribosoma raggiunge un codone di stop prematuro e si ferma, avverte che rimane un EJC

e la molecola di mRNA legata viene rapidamente degradata. In questo modo il primo ciclo

di traduzione permette alla cellula di controllare l’appropriatezza di ciascuna molecola di

mRNA quando esce dal nucleo.

Anche i batteri hanno meccanismi di controllo di qualità che trattano mRNA rotti o

sintetizzati in modo incompleto. Quando il ribosoma batterico traduce fino alla fine un RNA

incompleto, si blocca e non rilascia l’RNA. Il salvataggio arriva ad opera di un RNA

speciale (tmRNA) che entra nel sito A del ribosoma e viene tradotto, rilasciando il

ribosoma. L’etichetta speciale di 11 amminoacidi così aggiunta al C-terminale della

proteina troncata segnala alla proteasi che l’intera proteina deve essere degradata.

MATURAZIONE DELLE PROTEINE 41

Per essere utile alla cellula questa nuova catena polipeptidica deve ripiegarsi nella sua

conformazione tridimensionale unica, legare qualunque piccolo cofattore necessario per la

sua attività, essere modificata in modo appropriato da proteina chinasi o da altri enzimi e

assemblarsi correttamente con le altre subunità proteiche con le quali funziona.

L’informazione necessaria per tutti questi passaggi elencati sopra è contenuta alla fine

nella sequenza di amminoacidi che il ribosoma produce quando traduce una molecola di

mRNA in una catena polipeptidica. Quando una proteina si ripiega in una struttura

compatta seppellisce la maggior parte dei suoi residui idrofobici in un nucleo interno.

Inoltre, grandi numeri di interazioni non covalenti si formano fra varie parti della molecola.

E’ la somma di tutte queste disposizioni energeticamente favorevoli che determina lo

schema finale di ripiegamento della catena polipeptidica, come la conformazione con

meno energia libera. 42

Spesso avviene un ripiegamento cotraduzionale: la catena polipeptidica in crescita

acquisisce la struttura secondaria e terziaria mentre emerge da un ribosoma. Il dominio N-

terminale si ripiega per primo, mentre il dominio C-terminale viene ancora sintetizzato. In

questo caso la proteina non ha ancora raggiunto la sua conformazione finale nel momento

in cui è rilasciata dal ribosoma.

CHAPERONI MOLECOLARI

La maggior parte delle proteine si ripiega con l’assistenza di chaperoni molecolari:

Molti chaperoni molecolari sono chiamati proteine dello shock da calore (Hsp) perché sono

sintetizzati in quantità enormemente maggiori dopo una breve esposizione delle cellule ad

una temperatura elevata.

Esistono parecchie famiglie principali di chaperoni molecolari eucariotici, fra cui le proteine

Hsp60 e Hsp70. Queste proteine lavorano ognuna con la propria piccola serie di proteine

associate quando aiutano altre proteine a ripiegarsi.

Le Hsp hanno in comune un’affinità per le zone idrofobiche esposte su proteine non

completamente ripiegate e idrolizzano ATP, spesso legando e rilasciando la proteina

substrato ad ogni ciclo di idrolisi di ATP.

Il macchinario Hsp70 agisce precocemente sulla vita di molte proteine, legandosi ad una

fila di circa sette amminoacidi idrofobici. Aiutate da una serie di proteine più piccole,

Hsp40, molecole legate ad ATP di Hsp70 si legano alla proteina bersaglio e quindi

idrolizzano una molecola di ATP ad ADP, subendo un cambiamento di conformazione che

fa legare le Hsp70 con forza ancora maggiore al bersaglio. Dopo che la Hsp40 si dissocia,

la dissociazione della proteina Hsp70 è indotta dal rapido riattacco di ATP dopo il rilascio

di ADP. Cicli ripetuti di attacco e rilascio della proteina Hsp aiutano il ripiegamento della

proteina bersaglio. (CITOSOL-ER-MITOCONDRI) 43

Le proteine del tipo Hsp60 creano invece una struttura a forma di botte che agisce più

tardi nella vita di una proteina, dopo che è stata completamente sintetizzata. Questo tipo di

chaperone, chiamato talvolta chaperonina, forma una “camera di isolamento” in cui

entrano proteine ripiegate non correttamente, impedendone l’aggregazione e fornendo

loro un ambiente favorevole in cui tentare di ripiegarsi.

Questo è il loro funzionamento:

una proteina ripiegata male è inizialmente catturata da interazioni idrofobiche lungo un

bordo della “botte”. Il successivo attacco di ATP più una proteina cappuccio aumenta il

diametro del bordo della botte, che può svolgere parzialmente la proteina cliente. Ciò

confina la proteina in uno spazio chiuso, dove ha una nuova opportunità di ripiegarsi.

Dopo circa 15 secondi, l’idrolisi di ATP indebolisce il complesso. Il successivo legame di

un’altra molecola di ATP espelle la proteina, ripiegata o meno, e il ciclo si ripete.

CONTROLLO QUALITA’

Una proteina appena sintetizzata talvolta si ripiega correttamente e si assembla con i suoi

partner da sola, nel qual caso i meccanismi di controllo qualità la lasciano stare. Le

proteine ripiegate in modo incompleto sono aiutate a ripiegarsi da chaperoni molecolari, o

da Hsp70 o da Hsp60. In entrambi i casi le proteine “clienti” sono riconosciute grazie a

una zona anormalmente esposta di amminoacidi idrofobici sulla loro superficie. Quest