Via co-traduzionale proteine intrinseche di membrana

Abbiamo parlato nei precedenti appunti della via secretoria e della sintesi delle proteine che si localizzano nel lume del reticolo endoplasmatico, del golgi, dei lisosomi e degli endosomi.
Abbiamo visto come tutte le proteine della via secretoria vengono sintetizzare sul RER e poi smistate agli altri organelli attraverso le vescicole di secrezione: arrivate a destinazione le proteine si localizzano o nel lume degli organelli o sulla loro membrana.



Il reticolo endoplasmatico non ha solo proteine all’interno del lume, ma presenta una grande quantità di proteine di membrana (recettori, traslocone ecc.). Queste vengono sintetizzate sempre a livello del RE attraverso la via co-traduzionale, perché possiedono delle sequenze segnale che le mantengono all’interno del doppio strato fosfolipidico. Vediamo in questi appunti come avviene queste processo.

Segnali che orientano le proteine intrinseche di membrana

Le proteine intrinseche di membrana, tranne quelle di mitocondri, cloroplasti e perossisomi, vengono sintetizzate nel reticolo endoplasmatico rugoso attraverso la via co-traduzionale e ovviamente ci sono delle differenze rispetto alla sintesi di proteine destinate a rimanere all’interno del lume del RE.

L’orientamento e l’inserzione delle proteine nella membrana è ovviamente mediato da specifiche sequenze segnale.

Le proteine transmembranarie a singolo passo possiedono specifiche regioni idrofobiche di 20-25 amminoacidi che formano una regione ad alfa elica che è un importante segnale di orientamento.

Le proteine a singolo passo si distinguono in:

  • Proteine di tipo I: hanno estremità N-terminale rivolta verso l’esterno e l’estremità C-terminale rivolta verso il citosol.
  • Proteine di tipo II: hanno orientamento opposto rispetto alle proteine di tipo I.



Sintesi e localizzazione di proteine di tipo I

Oltre a possedere la sequenza segnale che le dirige verso il RER (LS) le proteine di tipo I hanno anche la sequenza segnale idrofobica interna, nota anche come sequenza di stop del trasferimento (detta anche sequenza STE). Questa regione idrofobica guida l’orientamento della proteina e diventerà il tratto transmembranario ad alfa elica.

La LS dopo aver svolto di sua funzione di ancoraggio della proteina al RER viene tagliata dalla peptidasi del segnale e l’allungamento della proteina può riprendere (questi concetti sono stati già abbondantemente discussi negli appunti sulla via co-traduzionale).

L’allungamento della proteina prosegue finché non viene sintetizzato il tratto idrofobico (la sequenza segnale), che rimane bloccato nel traslocone e impedisce che altri tratti della proteina entrino nel lume del reticolo endoplasmatico. La sintesi proteica termina quindi nel citoplasma perché l’associazione tra ribosoma e traslocone si è rotta.

Quando la sintesi è terminata la sequenza segnale idrofobica (che non viene eliminata come la LS) viene traslocata dal traslocone al doppio strato fosfolipidico, dove la proteina potrà svolgere la sua funzione.

Il recettore di membrana per l’insulina è una proteina che viene sintetizzata con il procedimento appena descritto.

Integrazione di proteine di membrana di tipo I nel RE
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Sintesi e localizzazione di proteine di tipo II

Nel caso delle proteine di tipo 2 il tratto idrofobico svolge una doppia funzione, perché oltre ad essere la sequenza segnale per l’ancoraggio alla membrana è anche la sequenza segnale che dirige la proteina nascente verso il reticolo endoplasmatico rugoso. In pratica, in queste proteine, la sequenza segnale non si trova all’estremità N-terminale ma è interna alla catena polipeptidica.

In questo caso quindi la LS coincide con il tratto idrofobico e chiaramente non viene tagliata dalla peptidasi perché questa regione idrofobica rappresenterà il tratto transmembranario della proteina.

Sequenza segnale in N-terminale e sequenza segnale interna
Sequenza segnale in N-terminale e sequenza segnale interna

Mentre la proteina nascente si lega al RER attraverso il traslocone l’estremità carbossi-terminale della proteina viene introdotta nel lume del reticolo endoplasmatico. A questo punto la sintesi proteica riprende con l’allungamento dell’estremità C-terminale e quando la sintesi termina la LS interna viene traslocata dal traslocone al doppio strato fosfolipidico, dove la proteina rimarrà inserita.

Il recettore per la transferrina è una proteine di tipo II che viene sintetizzata in questo modo.

Integrazione di proteine di membrana di tipo II nel RE
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Proteine a più passi: proteine di tipo III

Anche le proteine multi passo, cioè con più attraversamenti transmembrana, vengono sintetizzate a livello del RER e vengono chiamate proteine di tipo III.



Queste proteine sono provviste di più sequenze segnale idrofobiche interne che diventeranno tratti transmembranari ad alfa elica. I numerosi tratti idrofobici contengono diverse sequenze alternate di inizio e di arresto del trasferimento, e non verranno eliminati dalla peptidasi del segnale.

Un esempio di proteina di tipo III è il trasportatore del glucosio.

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