traduzione e indirizzamento delle proteine
| Sito: | E-Learning dell'area Biologica |
| Corso: | Demo |
| Libro: | traduzione e indirizzamento delle proteine |
| Stampato da: | Utente ospite |
| Data: | venerdì, 19 aprile 2024, 13:23 |
Descrizione
Materiale complementare alla lezione.
Introduzione
Conoscenze preliminari:
E' necessario aver studiato la lezione sulla trascrizione e sulla maturazione degli RNA, sia a livello nucleare che citoplasmatico.
Argomenti della lezione:
La lezione verte sulla sintesi delle proteine e quindi sui ribosomi, sul reticolo endoplasmatico rugoso e sull'apparato del Golgi
Riferimenti per lo studio oltre al materiale contenuto in questa lezione:
- Reticolo endoplasmatico rugoso p.43-47
- Apparato del Golgi p.48-51
- Ruoli degli RNA nella sintesi proteica, p.28-29
- Reticolo endoplasmatico rugoso, p.103-105
- Sintesi (e maturazione) delle proteine, p. 108-113
- Apparato di Golgi p.116-122
Per chi ha un libro di testo diverso da questi fare riferimento ai capitoli sulla traduzione e smistamento delle proteine, reticolo endoplasmatico rugoso, apparato di Golgi
Competenze attese:
alla fine della lezione dovrete essere in grado di:
- Conoscere le principali tappe dell'inizio della sintesi delle proteine e dell'indirizzamento post-traduzionale
- Capire la differenza tra ribosomi liberi e ribosomi associati al reticolo endoplasmatico rugoso (RER)
- Conoscere il meccanismo dell'indirizzamento co-traduzionale delle proteine
- Ipotizzare se una proteina è stata sintetizzata da ribosomi liberi o associati alla membrana del RER,
- Conoscere il meccanismo di comunicazione tra RE e il Golgi
- Conoscere l'organizzazione morfologica e funzionale del Golgi
- Interpretare alcuni esperimenti di alterazione dell'indirizzamento delle proteine.
IMPORTANTE:
Tutti filmati sono indicati con il simbolo di quicktime e sono disponibili nella lezione 08 su moodle e tutti film commentati sono disponibili nella lezione 09 di autpapprendimentoInterazione mRNA-ribosoma
La traduzione si svolge in 3 tappe:1- Iniziazione: La piccola subunità ribosomale interaggisce con l'estremità 5' del mRNA e slitta fino al codone di inizio della traduzione. Il tRNA iniziatore (che possiede l'anticodone complementare del codone di inizio e porta l'ammino acido metionina) si lega all'anticodone di inizio. La grande subunità si aggancia alla piccola subunità a formare la struttura ribosomale completa. La traduzione può iniziare.
2- Elongazione: L'elongazione inizia con la formazione del primo legame peptidico tra la metionina e l'ammino acido successivo e prosegue lo spostamento del ribosoma lungo l'mRNA nella direzione 5'-->3', con l'inserimento del tRNA complementare alla triplette successiva sulla catena di mRNA e la formazione di un nuovo legame peptidico . Cresce la catena polipeptidica della nuova proteina. La catena polipeptidica inizia dalla metionina all'estremità N-terminale.
3- Terminazione: in corrispondenza di un codone di STOP les due subunità ribosomali si separano dall'mRNA e dalla proteina neosintetizzata
Interazione ribosoma - tRNA
La grande subunità ribosomale possiede 3 domini di interazione chiamati:- sito "A": Aminoacyl site (sito di inserimento del tRNA con aminoacyl)
- sito "P": Peptidyl site (sito di catalisi del legame peptidico)
- sito "E": Exit site (sito di uscita del tRNA privo del aminoacyl)
Il tRNA di inizio localizzato nel sito P della grande subunità ribosomale che si associa alla piccola subunità ribosomale, la quale è a sua volta associata al mRNA. Per complementarità tra anticodone e codone la grande subunità ribosomale si posiziona a formare il ribosoma in corrispondenza del codone di inizio. Il sito "A" è libero e può accogliere il tRNA complementare alla tripletta successiva.
Gli enzimi presenti nella grande subunità ribosomali catalizzano la formazione del legame peptidico tra la catena nascente (Growing polypeptide) agganciata al ribosoma dal tRNA dell'ultimo amino acido inserito posizionato nel sito P e l'amino acido successivo (next amino acid to be added) posizionato nel sito A perché possiede un anticodone complementare al codone della tripletta successiva. Mentre si realizza il legame peptidico, il tRNA che diventa associato alla catena polipeptidica si sposta dal sito A al sito P e quello precedente che non è più associato alla carena polipeptidica si sposta dal sito P al sito E prima di lasciare definitivamente il ribosoma.
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Riassunto e verifica
Obiettivo
Capire il mantenimento dell'orientamento delle proteine di membrana
su un foglio, riprodurre questo schema e rappresentare i passaggi successivi necessari alla localizzazione finale di questo recettore sulla membrana plasmatica.
Poliribosomi
Molti mRNA sono letti in sequenza da più ribosomi, in questo caso si parla di poliribosomi.I poliribosimi possono essere osservati in microscopia elettronica a trasmissione.
Mentre si guarda il video, notare in particolare:
- Il lato di inizio della traduzione
- la velocità costante dei ribosomi
- la lunghezza della catena polipeptidica rispetto alla posizione del ribosoma sulla catena di mRNA
- la terminazione della traduzione con il rilascio delle subunità ribosomali e della proteina neosintetizzata
- l'amplificazione tra molecola di mRNA e molecole di proteine sintetizzate: ciascuna molecola di mRNA guida la sintesi di diverse centinaia di molecole della proteina da lui codificata.
Smistamento delle proteine
La sequenza polipeptidica contiene informazioni relativa alla localizzazione della proteina.Per analogia possiamo dire che parte della sequenza rappresenta l'indirizzo al quale è destinato questa proteina.
Si distinguono:
- proteine con indirizzamento post-traduzionale
- proteine con indirizzamento co-traduzionale
Le proteine con indirizzamento post-traduzionale sono le proteine la cui localizzazione finale è:
- citoplasma
- nucleo
- mitocondri (e plastidi nelle cellule vegetali)
- perossisomi
Le proteine con indirizzamento co-traduzionale sono proteine la cui localizzazione finale è:
- membrana e lume delle vescicole di secrezione
- membrana plasmatica
- spazio extracellulare (proteine secrete)
- membrana e lume dei lisosomi
- membrana e lume del RE
- membrana e lume dell'apparato del Golgi
IMPORTANTE: I ribosomi rimangono liberi oppure sono associati alla membrana del RER in funzione del mRNA che stanno traducendo
| Ribosomi che traducono mRNA che codificano per proteine il cui smistamento è post-traduzionale rimangono liberi | Ribosomi che traducono mRNA che codificano per proteine il cui smistamento è co-traduzionale sono associati alla membrana del RER |
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Smistamento post-traduzionale
Le proteine il cui smistamento è post-traduzionale sono sintetizzate da ribosomi che rimangono liberi nel citosol.Al termine della sintesi:
- in assenza di sequenza di import presso un altro compartimento, la proteina rimane nel citoplasma
- in presenza di sequenza di import post-traduzionale pressouno dei seguenti compartimento: nucleo, mitocondri (plastidi nelle cellule vegetali) o i perossisomi, la proteina viene riconosciuta dai sistemi di trasporto intracellulari per l'inserimento nel compartimento di destinazione.
Esempi di sequenze di localizzazione post-traduzionale:
Sequenze NLS e NES:
Proteine di trasporto si legano specificamente alle sequenze di localizzazione post-traduzionale e mediano il trasporto verso il compartimento finale.
Ad esempio proteine della famiglia delle "importine” accompagnano le proteine che possiedono una sequenza "NLS” (Nuclear Localisation Sequence) nel passaggio dal citoplasma al nucleoplasma attraverso i pori nucleari. Se la proteina non possiede nessuna sequenza NES (Nuclear Export Sequence), rimarrà residente nel nucleo. Se invece possiede oltre alla sequenza NLS anche una sequenza NES, questa proteina interagisce nel nucleo con proteine della famiglia delle esportine che la riportano nel citoplasma. Proteine con sequenze NLS e NES passano in modo ciclico attraverso i pori nucleari.
Effetto di una mutazione nella sequenza NLS:
La proteina d'interesse è identificata tramite fluorescenza:
- A sinistra la sequenza NLS è corretta (wild type, non mutata) quindi la proteina d'interesse è riconosciuta dall'importina, trasportata attraverso i pori nucleari ed è localizzata nel nucleo.
- A destra , la sequenza NLS è mutata in effetti l'amino acido lisina (Lys) è stato sostituito dall'amino acido treonina (Thr), la sequenza NLS mutata non permette più l'interazione con l'importina e la proteina non viene più trasportata, la fluorescenza rimane citoplasmatica.
Smistamento co-traduzionale
Lo smistamento co-traduzionale è dovuto ad una sequenza amino acidica specifica, chiamata peptide segnale ER presente di norma all'inizio della catena polipeptidica delle proteine che hanno come destinazione finale il sistema di endomembrane (lvescicole di secrezione, membrana plasmatica, lisosomi, RE, Golgi o la secrezione.
1- Blocco della traduzione da parte di SRP: Il peptide segnale ER della catena nascente viene riconosciuto dalla proteina recettoriale del peptide segnale chiamata SRP. La SRP blocca l'avanzamento del ribosoma sul mRNA e di conseguenza la traduzione del mRNA.
2- Interazione di SRP con il suo recettore: il recettore per SRP è localizzato nella membrana del RER. Grazie all'interazione con il suo recettore, SRP posiziona il ribosoma in corrispondenza del traslocone, o canale proteico che permetterà il passaggio della catena proteica verso il lume del RE. La proteina SRP lega il suo recettore e lascia libero il peptide segnale di interagire con il traslocone. La sintesi proteica può riprendere, sempre sul lato citosolico, e man a mano che la catena polipeptidica cresce passa attraverso il traslocone verso il lume del RE. Il peptide segnale viene tagliato da una peptidase e quindi non è più riscontrabile nella proteina matura. La localizzazione è quindi detta "co-traduzionale" perché avviene in parallelo alla traduzione.
3- Ripresa della traduzione:
Proteine solubili: In assenza di ulteriore segnale la proteina passa interamente attraverso il traslocone ed è localizzata nel lume del REProteine a singolo passo transmembrana: le proteine che rimangono inserite nelle membrane del sistema di endomembrana acqusiscono questa localizzazione al momento della loro sintesi. Sono proteine che possiedono un secondo segnale di localizzazione che corrisponde al domani transmembrana. Il dominio transmembrana è caratterizzato dalla presenza di amino acidi idrofobici che nella maggiore parte dei casi adotta una struttura secondaria ad elica alfa.Nel caso più semplice la parte iniziale della proteina transmembrana è localizzata nel lume del RER, seguito dal dominio transmembrana che rimane intrappolato nel doppio strato fosfolipidico mentre la traduzione prosegue e la parte C-terminale della proteina rimane sul lato citosolico. Questo orientamento iniziale viene mantenuto nei diversi trasporti attraverso il sistema di endomembrane.Proteine a multipasso transmembrana: Numerose proteine hanno più di un passo transmembrana. Una classe importante di recettori di membrana possiede 7 passi transmembrana. Questo significa che la loro sequenza contiene in successione diverse sequenze di interazione con il doppio strato fosfolipidico (diversi passi transmembrana). queste proteine sembrano "cucite" nella membrana. questa interazione con il doppio strato fosfolipidico è co-traduzionale e quindi si stabilisce a livello della membrana del RER. Come per le proteine a singolo passo transmembrana, l'orientamento iniziale è mantenuto nei diversi trasporti attraverso il sistema di endomembrane.
4- Maturazione post-traduzionale delle proteine: Le proteine solubili e quelle transmembrana nei domini rivolti verso il lume del RE o del Golgi subiscono alcune modifiche post-traduzionali grazie ad enzimi localizzati sia nel lume del RE che nell'apparato del Golgi. Il passaggio dal RE al Golgi si effettua tramite la formazione di vescicole:5- Esocitosi: Dopo la maturazione delle proteine nei diversi compartimenti del Golgi, quelle di secrezione sono inserite in vescicole di secrezione che si fondono in modo costitutivo (diretto) oppure regolato (solo in seguito ad un segnale) con la membrana plasmatica rilasciando il loro contenuto nello spazio extracellulare. questo meccanismo prende il nome di esocitosi.6- endocitosi, endosomi e lisosomi: Il processo inverso all'esocitosi è l'endocitosi. Questo fenomeno permette alla cellula di fare entrare molecole esterne e di regolare la superficie cellulare. Le vescicole di endocitosi nel citoplasma prendono il nome di endosomi e si fondo con vescicole provenienti dal Trans Golgi riche di enzimi che permetteranno la "digestione" del materiale ingerito tramite endocitosi. Dopo l'attivazione degli enzimi l'endosoma prende il nome di lisosoma.
Esercizio
Obiettivo
Capire il mantenimento dell'orientamento delle proteine di membrana
su un foglio, riprodurre questo schema e rappresentare i passaggi successivi necessari alla localizzazione finale di questo recettore sulla membrana plasmatica. Per la correzione dell'esercizio vedere la lezione 08 di autoapprendimento su moodle
