Università Telematica Pegaso. Indice

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1 LE PROTEINE PROF.SSA AUSILIA ELCE

2 Indice 1 INTRODUZIONE TRASCRIZIONE TRADUZIONE BIBLIOGRAFIA di 17

3 1 Introduzione possono essere considerate come polimeri di aminoacidi. Gli aminoacidi rappresentano una classe di composti costituiti da carbonio, azoto, idrogeno ed ossigeno. La formula di struttura generale degli aminoacidi è rappresentata in figura 1. Figura 1 Tutti gli aminoacidi sono caratterizzati da una struttura chimica simile, la quale presenta un carbonio centrale al quale è legato covalentemente un idrogeno (H), un gruppo aminico (NH 2 ), un gruppo carbossilico (COOH) ed infine una catena laterale (R) variabile e differente da aminoacido 3 di 17

4 ed aminoacido. E proprio la catena laterale a determinare le differenze specifiche da aminoacido ad aminoacido. In figura 2 sono riportati i nomi dei 20 aminoacidi presenti in natura. Figura 2 In base alle caratteristiche fisico-chimiche degli aminoacidi, determinate soprattutto dalla catena laterale, è possibile distinguere 5 categorie di aminoacidi. Tra i 20 aminoacidi presenti in natura ritroviamo, infatti: 6 aminoacidi non polari, 6 aminoacidi polari, non carichi, 2 aminoacidi carichi negativamente, 4 di 17

5 3 aminoacidi carichi positivamente, 3 aminoacidi aromatici. Le caratteristiche della catena laterale influenzano profondamente la struttura della proteina in cui tali aminoacidi sono inseriti, determinandone il ripiegamento e dunque l assetto tridimenzionale, le interazioni con il microambiente di appartenenza, la funzionalità stessa della proteina. Un altra principale proprietà degli aminoacidi è data dal fatto che essi sono molecole asimmetriche, pertanto possono esistere in due forme enantiomere speculari tra loro, la forma L e la forma D. Solo l amminoacido glicina non è una molecola chirale. vengono sintetizzate nella cellula utilizzando sempre e soltanto la forma L degli amminoacidi. Il termine di enantiomero sta ad indicare che per una data molecola è possibile riscontrare in natura oppure sintetizzare in vitro due differenti tipologie, proprio in virtù dell asimmetria della propria struttura. Tali tipologie sonol una l immagine speculare dell altra e le stesse risultano non sovrapponibili, proprio come rappresentato in figura 3. 5 di 17

6 Figura 3: esempio di enantiomeri Dei 20 aminoacidi presenti in natura, l unico aminoacido non chirale è la glicina. In base alla biodisponibilità degli aminoacidi è possibile effettuare ulteriori distinzioni in aminoacidi essenziali, non essenziali e condizionalmente essenziali. Gli aminoacidi essenziali non sono prodotti dall organismo umano, devono essere pertanto, assunti attraverso l alimentazione. Di tale categoria fanno parte gli amuinoacidi treonina, isoleucina, leucina, lisina, fenilalanina, valina, triptofano e metionina. Esistono poi aminoacidi essenziali esclusivamente nella prima infanzia, tra questi l arginina e l istidina. Altri aminoacidi vengono definiti condizionalmente essenziali poiché possono risultare carenti solamente in alcune circostanze. Nel neonato prematuro, ad esempio, gli aminoacidi arginina, asparagina, glutammina, glicina, prolina e serina non sono sintetizzati con la giusta tempistica rispetto alle necessità. Devono essere per tale motivo forniti tramite 6 di 17

7 l alimentazione. Nell ambito delle supplementazioni orali di aminoacidi, un attenzione particolare va posta nei confronti delle integrazioni di aminoacidi ramificati, sempre più spesso adoperate in maniera poco consapevole da chi indende far aumentare la propria massa muscolare. Gli aminoacidi a catena ramificata rappresentano infatti circa il 35% degli aminoacidi presenti nelle proteine muscolari. E in dubbio, infatti, il ruolo di questi composti nel mantenimento del buono stato di salute a seguito di un utilizzo costante e prolungato nel tempo, soprattutto a causa del fatto che alcuni recenti lavori hanno messo in evidenza un associazione tra assunzione di amminoacidi ramificati come supplemento e sviluppo di tumori (Fig.4 e Fig.5). Figura 4 7 di 17

8 Figura 5: rappresentazione degli aminoacidi, gli aminoacidi ramificati sono la valina, la leucina e l isoleucina. Rispetto agli altri aminoacidi possiedono una catena laterale più complessa, caratterizzata da diramazioni della catena carboniosa. 8 di 17

9 La sintesi di una catena polipeptidica avviene grazie alla formazione di un legame tra due a più aminoacidi. Tale legame è chiamato peptidico ed è determinato dalle interazioni che avvengono tra il gruppo carbossilico di un aminoacido ed il gruppo aminico di un secondo aminoacido. In seguito alla formazione di un legame peptidico viene liberata una molecola d acqua (fig 6). Figura 6 9 di 17

10 2 Trascrizione La sintesi proteica avviene all interno del citoplasma cellulare ed è operata da complessi costituiti da RNA ribosomiale, i ribosomi. Tali complessi hanno forma globulare e si compongono di due subunità. Possono essere presenti in forma libera nel citoplasma, sul reticolo endoplasmatico rugoso e sulla membrana nucleare. La loro funzione è quella di sintetizzare le proteine partendo da un filamento di RNA messaggero, precedentemente sintetizzato all interno del nucleo e successivamente esportato nel citoplasma (Fig 7). Figura 7: I ribosomi provvedono alla traduzione dell RNA messaggero neosintetizzato nel nucleo a partire dal DNA in una catena polipeptidica (costituita da una sequenza di aminoacidi) che, dopo ulteriori modifiche post-traduzionali darà vita ad una proteina funzionale. Il reticolo endoplasmatico ospita la maggior parte dei ribosomi. Questa complessa rete di tubuli, sacchi e canali comunicanti, si apre a livello della membrana nucleare. Le pareti dei tubuli 10 di 17

11 sono costituite anch esse da membrana. Distinguiamo due diverse tipologie di reticolo endoplasmatico: il reticolo endoplasmatico ruvido, che presenta sulla superficie esterna milioni di minuscoli granuli, detti ribosomi deputati alla sintesi delle proteine a partire dall RNA messaggero che viene prodotto nel nucleo ed esportato nel citoplasma. Il reticolo endoplasmatico è inoltre implicato nel ripiegamento iniziale delle catene polipeptidiche neoformate dai ribosomi, tale ripiegamento è fondamentale per la corretta funzionalità delle proteine. il reticolo endoplasmatico liscio è responsabile della sintesi dei lipidi, specialmente gli steroidi nelle cellule secernenti questo tipo di ormoni. Nelle cellule epatiche, ad esempio, è sede dei processi di disintossicazione di farmaci e composti tossici. Lo spazio compreso tra le membrane è utilizzato per immagazzinare e trasferire molecole da un punto all'altro della cellula. Il trasferimento dell informazione contenuta nel DNA è determinato da un processo denominato trascrizione, il quale ha sede all interno del nucleo cellulare. I geni che vengono trascritti e che danno luogo alla sintesi di una proteina sono generalmente anche chiamati codificanti e vengono ospitati in regioni del genoma accessibili da parte di specifici fattori che consentono a tali geni di essere espressi, ovvero di dar vita ad un prodotto proteico (Fig.8). 11 di 17

12 Figura 8: le tappe della sintesi proteica Il processo della trascrizione avviene in senso anti-parallelo rispetto alla sequenza di DNA in direzione 3-5 (Fig 9 e 10). Figura 9 12 di 17

13 Figura 10 La trascrizione porta alla formazione di tre diverse tipologie di RNA: l RNA messaggero, l RNA ribosomiale, l RNA transfer ed, infine, una categoria di RNA caratterizzata sequenze di nucleotidi chiamata anche Small Nuclear RNA. L RNA messaggero è deputato al trasferimento dell informazione genetica a partire dal DNA ed è funzionale alla produzione di proteine da parte della cellula. L RNA ribosomiale, invece, concorre insieme a specifiche proteine a costituire i ribosomi, quegli organuli preposti alla sintesi delle proteine. Gli RNA transfer rappresentano il vero e proprio tramite tra il codice contenuto nella sequenza di RNA messaggero e le proteine. Gli RNA transfer (trna) sono costituiti da circa nucleotidi. Ognuno di essi è in grado di legare uno specifico aminoacido. La caratteristica struttura tridimensionale del trna, rappresentata in figura 11, consente a questa molecola di penetrare all interno dei siti del ribosoma e riconoscere una specifica sequenza, composta da tre basi azotate, presente sull RNA messaggero. Tale sequenza è definita codone ed è corrispondente ad un segnale grazie al quale la catena peptidica può accrescersi oppure arrestarsi. Il legame codone-anticodone (dove per anticodone si intende la sequenza delle tre basi azotate contenute nel trna e complementari a quella presente sul messaggero) fa si che il trna possa fungere da vero e proprio adattatore tra l informazione 13 di 17

14 genetica e la proteina. Tale ipotesi fu avanzata per la prima volta da Francis Crick 1. Infine, per Small Nuclear RNA (snrna) si intende una categoria di piccoli RNA nucleari, molto ricchi in Uracile, i quali partecipano ai processi maturativi dell RNA messaggero, andando a costituire il così detto spliceosoma. Altri processi nei quali essi sono coinvolti sono il mantenimento dei telomeri e la regolazione genica. Figura 11 1 Canaday J, Dirheimer G, Martin RP. Yeast mitochondrial methionine initiator trna: characterization and nucleotide sequence. Nucleic Acids Res Apr 11;8(7): di 17

15 3 Traduzione I ribosomi, organuli composti da una particolare tipologia di RNA, l RNA ribosomiale, hanno forma globulare e si compongono di due subunità. Sono presenti nel citoplasma, sul reticolo endoplasmatico rugoso e sulla membrana nucleare. La loro funzione è quella di sintetizzare le proteine partendo da un filamento di RNA messaggero, precedentemente sintetizzato all interno del nucleo e successivamente esportato nel citoplasma (fig 12). Figura 12: I ribosomi provvedono alla traduzione dell RNA messaggero neosintetizzato nel nucleo a partire dal DNA in una catena polipeptidica (costituita da una sequenza di aminoacidi) che, dopo ulteriori modifiche post-traduzionali darà vita ad una proteina funzionale. La figura 13 illustra schematicamente i processi che avvengono nel ribosoma: l RNA messaggero è legato ad una delle due subunità del ribosoma (quella inferiore), il trna in ingresso al ribosoma si lega nel sito di riconoscimento del messaggero, collocato sulla subunità maggiore. Il trna interagisce con il suo anticodone con in codone presente sul messaggero. L amminoacido 15 di 17

16 trasportato dal trna viene legato alla catena peptidica in crescita. Il trna messaggero può dunque abbandonare il ribosoma. Figura di 17

17 Bibliografia Nelson L., Cox M. M. I principi di biochimica di Lehninger. Edizione Zanichelli Barrett K. E., Barman S. M., Boitano S., Brooks H. L. Fisiologia Medica di Ganong. Piccin. Enciclopedia Zanichelli on line 17 di 17