La traduzione proteica

La funzione dei ribosomi nella sintesi proteica

I ribosomi sono complessi macromolecolari fondamentali per la sintesi proteica, un processo noto come traduzione. Questi organelli sono presenti in tutte le cellule viventi e sono responsabili dell'interpretazione del codice genetico contenuto nell'mRNA per la sintesi di proteine specifiche. I ribosomi eucariotici, localizzati nel citoplasma, legati alla membrana del reticolo endoplasmatico rugoso (RER) o liberi nel citosol, sono composti da due subunità di dimensioni disuguali: una maggiore (60S) e una minore (40S), che insieme formano un ribosoma 80S. I ribosomi procarioti, sebbene simili nella funzione, sono leggermente più piccoli e presentano una subunità maggiore da 50S e una minore da 30S, costituendo un ribosoma 70S. Durante la traduzione, i ribosomi forniscono un sito per l'interazione tra l'mRNA e i tRNA, che trasportano gli amminoacidi specifici. I ribosomi possiedono tre siti funzionali principali: il sito A (amminoacilico) per l'accoglienza del tRNA carico di un nuovo amminoacido, il sito P (peptidilico) dove si trova il tRNA con la catena polipeptidica in crescita, e il sito E (di uscita) da cui i tRNA vuoti vengono rilasciati.

Il ruolo del tRNA nel trasporto degli amminoacidi

Il tRNA è una molecola adattatrice essenziale nel processo di traduzione, responsabile del trasporto degli amminoacidi ai ribosomi. Ogni tRNA è specifico per un amminoacido e presenta un sito di legame esterico per quest'ultimo, nonché un anticodone, una tripletta di nucleotidi complementare ai codoni dell'mRNA. Il tRNA carico, con l'amminoacido attivato, riconosce l'mRNA attraverso l'anticodone. La flessibilità di appaiamento, nota come ipotesi del vacillamento, consente a un tRNA di riconoscere più codoni, spesso corrispondenti allo stesso amminoacido, grazie alla capacità dell'inosina (I) di appaiarsi con più basi azotate. Questo meccanismo aumenta l'efficienza della traduzione e la fedeltà del codice genetico.

Le amminoacil-tRNA sintetasi e la formazione del legame esterico

Le amminoacil-tRNA sintetasi sono un gruppo di enzimi che catalizzano l'attaccamento degli amminoacidi ai rispettivi tRNA. Per ogni tipo di amminoacido esiste una specifica amminoacil-tRNA sintetasi, per un totale di 20 enzimi diversi. Questi enzimi facilitano la formazione di un legame esterico ad alta energia tra l'amminoacido e il tRNA, che sarà successivamente utilizzato per la formazione del legame peptidico durante la sintesi proteica. Le amminoacil-tRNA sintetasi svolgono anche un ruolo cruciale nel controllo della correttezza del caricamento degli amminoacidi, grazie a un meccanismo di editing che previene l'incorporazione di amminoacidi errati.

Il trasporto dell'mRNA e l'inizio della traduzione

Nelle cellule eucariotiche, l'mRNA maturo, dopo essere stato trascritto e processato nel nucleo, viene esportato nel citoplasma per essere tradotto. Questo processo di trasporto è mediato da proteine di legame all'mRNA che riconoscono segnali di esporto nucleare (NES). L'mRNA eucariotico è tipicamente monocistronico, contenendo l'informazione per una singola proteina, e presenta sequenze non tradotte alle estremità, come il cappuccio 5' e la coda poli(A) al 3'. La traduzione inizia con l'assemblaggio di un complesso di inizio che include l'mRNA, il tRNA iniziatore metionil-tRNAi e il ribosoma, con l'ausilio di fattori di inizio specifici. Nei procarioti, la traduzione può iniziare direttamente nel sito di trascrizione e gli mRNA sono spesso policistronici, contenendo informazioni per più proteine.

Le fasi dell'allungamento e terminazione della traduzione

La fase di allungamento della traduzione inizia con l'entrata di un amminoacil-tRNA nel sito A del ribosoma, seguita dalla formazione del legame peptidico tra l'amminoacido e la catena polipeptidica in crescita, che si trova nel sito P. Successivamente, il ribosoma si muove lungo l'mRNA, un processo chiamato traslocazione, che sposta il tRNA dal sito A al sito P e dal sito P al sito E, liberando il sito A per il prossimo tRNA. La terminazione avviene quando un codone di stop è riconosciuto da un fattore di rilascio che induce il distacco della catena polipeptidica dal ribosoma. Dopo la terminazione, il ribosoma si dissocia nelle sue subunità, che possono essere riutilizzate per un nuovo ciclo di traduzione.

Il ruolo degli chaperon molecolari nel ripiegamento delle proteine

Dopo la sintesi, le proteine devono assumere una conformazione tridimensionale funzionale, un processo assistito da chaperon molecolari. Queste proteine specializzate aiutano i polipeptidi neo-sintetizzati a ripiegarsi correttamente, prevenendo la formazione di aggregati proteici non funzionali e potenzialmente tossici. Tra i chaperon più noti vi sono le famiglie Hsp70 e Hsp60, che utilizzano l'energia derivata dall'idrolisi dell'ATP per facilitare il corretto ripiegamento delle proteine. La loro azione è cruciale per il mantenimento dell'omeostasi proteica e per la funzionalità cellulare.