Trasporto a destinazione delle proteine

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Trasporto a destinazione delle proteine
Traduzione dell’informazione genetica (1)
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Traduzione dell’informazione genetica (2)
Il processo negli eucarioti richiede:
70 diverse proteine ribosomiali
>20 enzimi che attivano i precursori degli
amminoacidi
>12 enzimi ausiliari e altri fattori proteici
per inizio, allungamento e terminazione
circa 100 enzimi per le modifiche posttraduzionali
>40t ipi di tRNA e rRNA
Nonostante la complessità il processo è
veloce
Il processo può utilizzare fino al 90%
dell’energia chimica necessaria alla
cellula per tutte le reazioni biosintetiche
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Il codice genetico (1)
Abbiamo 4 basi azotate che compongono il DNA e 20 aminoacidi diversi in natura.
Quante basi servono per codificare un amminoacido?
1 base  4 possibilità
2 basi  42 = 16 possibilità
3 basi  43 = 64 possibilità
Più codoni codificano per
lo stesso amminoacido
Questo fatto viene indicato
come
DEGENERAZIONE DEL
CODICE GENETICO
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Il codice genetico (2)
Triplette non sovrapposte
Gli esperimenti di Niremberg hanno permesso di capire che il codice
genetico viene letto linearmente senza sovrapposizioni e ogni
aminoacido viene riconosciuto da tre basi triplette o codoni
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Il codice genetico (3)
Quadro di lettura del codice genetico
Phe
Ser
Ser
Leu
Asp
Arg
Gly
Leu
Thr
Pro
Asp
Trp
Gly
Ile
Arg
Asp
His
Phe
Ser
Ser
Thr
Gln
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Appaiamento codone-anticodone
Ipotesi dell’oscillamento
La terza posizione
in ogni codone è
molto meno specifica
della prima e della
seconda e viene
detta oscillante.
Ciò permette ad alcuni
tRNA di riconoscere più
di un codon ottimizzando
sia l’accuratezza sia
la velocità della
sintesi proteica
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I ribosomi
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tRNA
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Sintesi proteica (1)
La sintesi proteica avviene in cinque stadi
Stadio 1: le amminoacil-tRNA sintetasi legano il corretto amminoacido ai tRNA corrispondenti
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Sintesi proteica (2)
Stadio 1: le amminoacil-tRNA sintetasi legano il corretto amminoacido ai tRNA corrispondenti
Meccanismo di azione
Prima fase: formazione dell’intermedio
amminoacil-AMP legato all’enzima
Amminoacil-tRNA sintetasi (classe II)
Seconda fase: trasferimento dell’intermedio
dall’enzima al tRNA
Alcune amminoacil-tRNA sintetasi
svolgono anche attività di proofreading
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Sintesi proteica (3)
Stadio 2: un amminoacido specifico inizia la sintesi proteica
Sequenze di mRNA che funzionano da segnali di inizio
Procarioti
Eucarioti
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Sintesi proteica (4)
Stadio 3: allungamento (formazione legami peptidici)
Prima fase:
Seconda fase:
Terza fase:
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Sintesi proteica (5)
Stadio 4: terminazione
della sintesi proteica
mediante fattore di
rilascio (RF)
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Stadio 5: modificazioni post-traduzionali (1)
 Modificazioni ammino-terminali & carbossi-terminali
Il primo residuo che viene inserito in tutti i polipeptidi è N-formilmetionina
(procarioti) e metionina (eucarioti).
Nelle proteine mature questo si riscontra solo raramente; per il 50% questi
gruppi vengono acetilati; in altri casi rimossi.
Talvolta anche i residui ammino-carbossilici vengono modificati
 Perdita delle sequenze segnale
I primi 15-30 residui ammino- terminali delle proteine svolgono un ruolo
fondamentale nel dirigere la proteina verso una posizione specifica intra- o
extra-cellulare (vedi trasporto e destinazione delle proteine).
Queste sequenze segnale vengono alla fine del processo rimosse da
specifiche peptidasi.
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Stadio 5: modificazioni post-traduzionali (2)
 Modificazioni di singoli amminoacidi
I gruppi ossidrilici di alcuni residui di
Ser, Thr e Tyr, sono fosforilati per
ottenere proteine funzionali
Attivazione della glicogeno
fosforilasi per fosforilazione di un
residuo di Ser
Fosforilazione di residui di Ser nella
caseina del latte per legare il Ca2+
L’aggiunta di gruppi carbossilici a
residui di Glu della protrombina
permettono al Ca2+ di legarsi e
innescare la coagulazione del sangue
L’idrossilazione della Pro e Lys sono una tappa fondamentale per
la corretta maturazione del collagene, la proteina più abbondante
nei vertebrati
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Stadio 5: modificazioni post-traduzionali(3)
Aggiunta di catene laterali di carboidrati
Molte proteine che devono essere
esportate all’esterno della cellula
(Es: collagene) o inserite nella
membrana plasmatica sono glicosilate
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Stadio 5: modificazioni post-traduzionali (4)
 Aggiunta di gruppi isoprenilici
Alcune proteine eucariotiche
vengono modificate per aggiunta
di derivati dell’isoprene come il
farnesil pirofosfato. Il gruppo
isoprenilico serve ad ancorare le
proteine alla membrana biologica.
Es: Proteine oncogene RAS
Una recente strategia chemioterapica
anticancro consiste nel bloccare
l’isoprenilizzazione dell’oncogene RAS
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Stadio 5: modificazioni post-traduzionali (5)
 Aggiunta di gruppi prostetici
Es: Acetil-CoA carbossilasi
Per svolgere la loro
azione biologica
(in genere attività
catalitica), molte
proteine hanno
bisogno di gruppi
prostetici legati
covalentemente
(es: carbossilasi, eme
dell’emoglobina
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Stadio 5: modificazioni post-traduzionali (6)
 Modificazioni proteolitiche
Molte proteine sono sintetizzate
inizialmente come precursori
inattivi di dimensioni più grandi;
successivamente vengono
modificati proteoliticamente
per produrre le loro forme attive
più piccole (es: pro insulina,
chimotripsinogeno, tripsinogeno)
Es: attivazione di zimogeni
Le catene A,B,C
della chimotripsina
sono unite da ponti
disolfuro
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Stadio 5: modificazioni post-traduzionali (7)
Es: Insulina bovina
 Formazione legami disolfuro
Ponte
disolfuro
intracatena
Dopo il “folding” alcune
proteine formano legami
disolfuro (intracatena
o intercatena) tra residui
di cisteina.
Negli eucarioti , i legami
disolfuro si trovano
comunemente nelle
proteine che devono
essere esportate
fuori dalle cellule
Ponte
disolfuro
intercatena
Catena A
identica in:
uomo
maiale
cane
coniglio
capodoglio
Catena B
identica in:
bue
cane
maiale
capra
cavallo
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Inibizione della sintesi proteica
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Polisomi
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Trasporto a destinazione delle proteine (1)
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Trasporto a destinazione delle proteine (2)
La glicosilzione svolge un ruolo chiave nel
trasporto a destinazione delle proteine
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Trasporto a destinazione delle proteine (3)
Via seguita dalle proteine destinate
ai liposomi, alla membrana plasmatica
o alla secrezione
Il diverso destino e segnato da
marcatori chimici specifici
(vedi glicosilazione delle idrolasi
indirizzate ai liposomi)
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Trasporto a destinazione delle proteine (4)
Es: Fosforilazione di residui di
mannosio delle idrolasi
destinate ai lisosomi
per svolgere la loro funzione
Complesso del Golgi
Lisosoma
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Trasporto a destinazione delle proteine (5)
Trasporto delle proteine nel nucleo
N
u
c
l
e
a
r
L
o
c
a
l
i
z
z
a
t
i
o
n
S
i
g
n
a
l
Sequenza segnale
interna alla catena
polipeptidica non
rimossa dopo la
destinazione finale
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Trasporto a destinazione delle proteine (6)
Molte proteine entrano
nelle cellule per endocitosi
mediata da recettori
Es: Ingresso del colesterolo
Un meccanismo analogo
viene sfruttato da alcune
tossine (difterite,colera)
e virus (influenza)
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Trasporto a destinazione delle proteine (7)
Negli eucarioti le proteine difettose o con emivita
breve vengono degradate dai proteosomi mediante
un sistema ATP dipendente (“ubiquitinazione”)
L’inefficienza o la eccessiva
degradazione di questi
sistemi sono causa di molte
malattie (tumori, malattie
renali, asma, morbo di
Alzheimer , morbo di
Parkinson, fibrosi cistica ….)
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