Esportazione e secrezione delle proteine
Circa il 20% dei polipeptidi sintetizzati dai batteri sono destinati ad essere trasportati all’esterno del citoplasma. In questo gruppo sono inclusi gli enzimi extracellulari, le proteine associate alla membrana citoplasmatica e quelle al peptidoglicano.
I ribosomi su cui vengono sintetizzate le proteine sono a volte chiamati “ribosomi liberi”, poiché costituiscono una frazione separata da quella delle membrane.
Nei batteri Gram-negativi sono stati individuati almeno due sistemi di esportazione delle proteine nello spazio periplasmatico: il sistema SecA/B e il sistema SRP. In entrambi i casi si parla di sistemi di esportazione generali che sfruttano la presenza del segnale amminoacidico all'NH2 terminale della proteina. Questo segnale, dopo l'esportazione, viene eliminato da una peptidasi anch'essa non specifica. I due sistemi utilizzano il medesimo canale transmembrana per l'esportazione della proteina, ma si distinguono per il fattore che interagisce ed indirizza la proteina da esportare. Nella via Sec dipendente definita anche GSP (General Secretory Pathway) i polipeptidi che vengono trasportati tramite il GSP hanno una caratteristica sequenza-segnale alla estremità N-terminale, chiamata anche peptide-leader, che è assente nella proteina matura. Questa sequenza è costituita da 18-26 amminoacidi come un modulo costituito da differenti sottodomini.
Nel caso del sistema SRP (Signal Recognition Particle), invece, il processo è molto simile ma cambiano gli “attori”. In questo caso non abbiamo più le proteine SecA/B ma una piccola ribonucleoproteina (SRP) composta da una proteina (codificata dal gene ffh) e un piccolo frammento di RNA, che non appartiene a nessuna delle classiche classi di RNA (tRNA, mRNA o rRNA). Questo complesso quindi sostituisce funzionalmente (pur non agendo da chaperonina) la proteina SecB. Il complesso SRP riconosce la sequenza segnale che sporge dal ribosoma e si lega ad esso mediante Ffh. L'SRP legato al complesso ribosoma-catena nascente (RNC) si associa con il suo recettore citosolico FtsY. L'interazione tra FtsY e la subunità dell'SRP Ffh modifica l'affinità di legame per il GTP di entrambe le proteine consentendo a ciascuna di legare il GTP. Nella fase successiva il complesso SRP-RNC-FtsY si lega alla membrana. L'idrolisi del GTP determina la dissociazione del complesso SRP-RNC-FtsY che interagendo con SecYEG permette l'esportazione della proteina attraverso il complesso transmembrana.
In aggiunta al sistema Sec ed a quello SRP abbiamo il sistema TAT (Twin Arginine Translocation) che agisce su quelle proteine che hanno in caratteristico motivo amminoacidico che include almeno due residui contigui di arginina nella sequenza segnale. Questo rende quest'ultima meno riconoscibile dal sistema Sec. In questo sistema non c'è bisogno di mantenere la proteina “unfolded” in quanto questa si trova già in un corretto ripiegamento. Questo sistema si occupa specificamente di proteine che si legano ad altri patners per formare complessi che vengono poi traslocati. In Escherichia Coli almeno 22 polipeptidi vengono traslocati dal sistema TAT che consta di quattro proteine integrali di membrana: TAT A, TAT B, TAT C E TAT E, il cui rispettivo ruolo nel processo di traslocazione non ancora chiarito. Il ciclo inizia quando la sequenza segnale contenente le due arginine si lega al complesso di membrana TAT BC.
Bisogna dire che in qualunque sistemi si parli le proteine della membrana esterna contengono un numero di foglietti β che si ripiegano in una struttura a β barrel (come un canale) con i residui idrofobici rivolti verso l'esterno. Nello spazio periplasmatico si trovano: Skp, una proteina che si lega alle proteine della membrana esterna non appena emergono dal canale Sec e prevengono il ripiegamento incorretto e l'aggregazione, SurA, una proteina che contribuisce al corretto ripiegamento delle proteine della membrana esterna e Dps AC che induce la formazione dei ponti disolfuro delle proteine della membrana esterna prima che siano inserite nella membrana suddetta.
Come sappiamo altri importanti componenti della membrana esterna sono le lipoproteine che sono ancorate a quest'ultima tramite l'estremità N-terminale della N-acyl diacylglyceril cisteina (cisteina lipidata). Il processo di lipidazione e il corretto ripiegamento ha luogo dopo che la lipoproteina ha attraversato la membrana interna. Per attraversare lo spazio periplasmatico la lipoproteina ha bisogno del complesso LolCDE, localizzato nella membrana interna, che contiene un ATP binding cassette. L'energia derivante dall'idrolisi di LolD viene trasferita a LolC e LolE che la utilizzano per aprire la cavità di LolA in modo che possa legarsi la lipoproteina.
Invece, i diversi costituenti del lipopolisaccaride: lipide A, core polisaccaridico e le eventuali estensioni polisaccaridiche (antigene O) sono sintetizzate nel citoplasma a contatto con la membrana interna. La traslocazione del lipide A e del core è mediata da MsbA, un trasportatore della membrana interna di tipo ABC (mutanti MsbA accumulano LPS nella membrana interna). MsbA è presente anche nei batteri Gram-positivi dove svolge il ruolo di trasportatore di antibiotici verso l'esterno. Per quanto riguarda l'antigene O dobbiamo dire che è fortemente idrofilico e per attraversare la membrana interna richiede come trasportatore il bactoprenolo, un alcol a 55 atomi di carbonio che trasporta anche i componenti del peptidoglicano. Il legame invece tra il lipide A e il core polisaccarido dell'antigene O avviene nello spazio periplasmatico. Nella membrana esterna è necessaria la proteina IMP (Increased Membrane Permeability) per il corretto posizionamento dell'LPS. IMP potrebbe svolgere il ruolo di flippasi facendo ruotare LPS verso il foglietto esterno della membrana esterna. Vi sono due ipotesi per spiegare l'attraversamento del periplasma:
1.una chaperonina periplasmatica riconosce LPS e poi lo rilascia alla proteina IMP
2.si creano delle zone di contatto tra la membrana interna e la membrana esterna con un traslocatore costituito dal contatto diretto tra MsbA e IMP.
In tutti questi sistemi le proteine destinate a risiedere nelle membrane possiedono anche un secondo segnale chiamato segnale di fine del trasferimento (stop-transfer signal) che assume la forma di un gruppo di amminoacidi che funge da ancoraggio alla membrana impedendo alla proteina di attraversarla del tutto.
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Dettagli appunto:
- Autore: Domenico Azarnia Tehran
- Università: Università degli Studi di Roma La Sapienza
- Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
- Corso: Scienze Biologiche
- Esame: Microbiologia
- Docente: Bianca Colonna e Milena Grossi
- Titolo del libro: Biologia dei microrganismi - vol. 1
- Autore del libro: Michael T. Madigan e John M. Martinko
- Editore: CEA
- Anno pubblicazione: 2007
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