Lo smistamento delle proteine è un processo fondamentale per la corretta localizzazione e funzione delle proteine all'interno della cellula.
Smistamento co-traduzionale
Lo smistamento co-traduzionale è dovuto ad una sequenza amminoacidica specifica, chiamata peptide segnale ER, presente di norma all'inizio della catena polipeptidica delle proteine che hanno come destinazione finale il sistema di endomembrane (le vescicole di secrezione, membrana plasmatica, lisosomi, RE, Golgi o la secrezione).
Di seguito i passaggi principali dello smistamento co-traduzionale:
- 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 sull'mRNA e di conseguenza la traduzione del mRNA.
- 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.
- Ripresa della traduzione: 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 peptidasi e quindi non è più riscontrabile nella proteina matura. La localizzazione è quindi detta "co-traduzionale" perché avviene in parallelo alla traduzione.
Proteine solubili
In assenza di ulteriore segnale la proteina passa interamente attraverso il traslocone ed è localizzata nel lume del RE.
Proteine a singolo passo transmembrana
Le proteine che rimangono inserite nelle membrane del sistema di endomembrane acquisiscono questa localizzazione al momento della loro sintesi. Sono proteine che possiedono un secondo segnale di localizzazione che corrisponde al dominio transmembrana. Il dominio transmembrana è caratterizzato dalla presenza di amminoacidi idrofobici che nella maggiore parte dei casi adotta una struttura secondaria ad elica alfa.
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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.
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.
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.
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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 fondono con vescicole provenienti dal Trans Golgi ricche di enzimi che permetteranno la "digestione" del materiale ingerito tramite endocitosi. Dopo l'attivazione degli enzimi l'endosoma prende il nome di lisosoma.
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