RICAMBIO E SECREZIONE DI PROTEINE

1) Le proteine vanno fisiologicamente incontro a processi di denaturazione o di modificazioni chimiche che ne compromettono la funzione (ad es. danni ossidativi). Per questo sono soggette a ricambio: ogni proteina ha una sua vita media al termine della quale viene degradata e scomposta in aminoacidi e questi sono utilizzati per sintetizzare nuove proteine. I meccanismi della degradazione e del ricambio sono diversi per le proteine extracellulari e intracellulari.

2) La principale via di degradazione delle proteine intracellulari passa per il meccanismo della coniugazione con l'ubiquitina. L'ubiquitina e' una piccola proteina (76 residui aminoacidici) altamente conservata. La coniugazione delle proteine intracellulari danneggiate con l'ubiquitina avviene in tre stadi e richiede ATP; utilizza tre enzimi (E1: ubiquitin-activating enzyme; E2: ubiquiting-conjugating enzyme; E3: ubiquitin ligase):
Al termine del processo la proteina che deve essere degradata e' coniugata con molte molecole di ubiquitina attraverso la formazione di legami isopeptidici su residui di lisina. La proteina poli-ubiquitinata viene riconosciuta da un complesso multienzimatico chiamato proteasoma che digerisce la proteina e ne rilascia nel citoplasma gli aminoacidi costituenti. La scelta delle proteine denaturate o comunque destinate alla degradazione e' dovuta alle ubiquitina ligasi. Alcune sequenze segnale all'estremita' aminico terminale (ad es. date dai residui Asp, Arg, Leu, Lys e Phe) segnalano le proteine a vita breve il cui turnover e' rapido anche in assenza di danneggiamento.

3) Le proteine destinate alla secrezione nell'ambiente extracellulare (o anche quelle destinate a svolgere la loro funzione nella membrana cellulare) seguono dinamiche diverse. Queste proteine presentano una sequenza aminoacidica "leader" all'estremita' amino terminale, che viene sintetizzata per prima. La sequenza leader viene riconosciuta da un poro proteico sulla superficie del reticolo endoplasmico e associa il ribosoma al reticolo gia' durante il processo di traduzione; di conseguenza la proteina viene sintetizzata e al tempo stesso secreta nel lume del reticolo endoplasmico (che diventa rugoso grazie all'associazione dei ribosomi). La sequenza leader puo' poi essere rimossa dopo la biosintesi. Il reticolo endoplasmico forma vescicole contenenti le proteine che migrano attraverso l'apparato di Golgi e successivamente da questo alla membrana cellulare dove la vescicola si fonde e riversa il suo contenuto all'esterno della cellula. Se sono richieste modificazioni post-traduzionali (ad es. glicosilazione) queste vengono in genere effettuate nell'apparato di Golgi. Esempi di proteine secrete sono numerosi: le proteine del sangue, incluse le immunoglobuline; enzimi digestivi; collageno e altre proteine della matrice del tessuto connettivo; etc.


4) Le proteine extracellulari sono soggette anch'esse a turnover e in genere il turnover avviene mediante ricaptazione selettiva da parte di varie cellule, mediante processi di endocitosi, pinocitosi o endocitosi mediata da recettore. In questo modo la proteina entra nella cellula all'interno di una vescicola (endosoma primario) che va incontro a fusione con altre vescicole, sempre derivate dal reticolo endoplasmico, contenenti gli enzimi digestivi (lisosomi). La digestione della proteina extracellulare avviene quindi nell'endosoma secondario.

5) Il mitocondrio (e il cloroplasto) costituisce un caso particolare: soltanto la minoranza delle proteine mitocondriali e' codificata dal genoma mitocondriale: la maggior parte viene sintetizzata dalla cellula nel citoplasma ed importata nel mitocondrio con meccanismi che richiedono ATP e che differiscono a seconda della destinazione finale della proteina importata.
Le proteine che devono essere importate nel mitocondrio possiedono una sequenza aminoacidica "codice" analoga al segnale "leader" che viene riconosciuta dai sistemi di trasporto mitocondriali.