Sintesi proteica: allungamento durante la traduzione

La sintesi dei polipeptidi può iniziare quando il ribosoma è assemblato con il tRNA iniziatore carico nel sito P. Ci sono tre eventi chiave che devono avvenire affinché ogni amminoacido venga aggiunto correttamente: 1) l'amminoacil-tRNA corretto deve essere caricato nel sito A, come determinato dal codone presente nel sito, 2) si deve formare un legame peptidico tra l'amminoacil-tRNA nel sito P e 3) il risultante peptidil-tRNA, presente nel sito A, ed il codone a esso associato devono essere traslocati al sito P, in modo tale che il ribosoma sia pronto per un altro ciclo di riconoscimento di codoni e di formazione del legame peptidico. Due proteine ausiliare, note come fattori di allungamento, controllano questi eventi. Questo meccanismo di allungamento è altamente conservato tra le cellule procariotiche ed eucariotiche. All'inizio di questa fase, gli amminoacil-tRNA non si legano al ribosoma da soli. Essi vengono “scortati” sul ribosoma dal fattore di allungamento (elongation factor) EF-Tu. Una volta che il tRNA è caricato con un amminoacido, questo fattore si lega all'estremità 3' del tRNA, mascherando l'amminoacido associato evitando la formazione del legame peptidico. A questo punto EF-Tu lega e idrolizza il GTP e l'amminoacil-tRNA viene rilasciato. Bisogna ricordare che l'attività GTPasica di EF-Tu è attivata da un dominio posto nella subunità maggiore, noto come centro di legame del fattore. Successivamente, un altro fattore, EF-Ts, media la rigenerazione della forma usata, EF-Tu-GDP, nella forma attiva, EF-Tu-GTP, costituendo una sorta di continuo riciclo.
Il fattore di errore della traduzione è compreso tra 10-3 e 10-4. Cioè, solo 1 su 1000 amminoacidi incorporati nella proteina è sbagliato. Il meccanismo base per la selezione dell'amminoacil-tRNA corretto è l'appaiamento tra il tRNA carico e il codone presente nel sito A del ribosoma. Malgrado ciò potrebbero avvenire degli appaiamenti errati. A questo punto vi sono tre diversi meccanismi che contribuiscono all'incorporazione dell'amminoacil-tRNA corretto: 1) un primo meccanismo che contribuisce alla fedeltà di riconoscimento del codone coinvolge due residui di adenina adiacenti che si trovano nella componente dell'rRNA 16S della subunità minore e che formano un interazione forte con l'ansa minore di ciascuna coppia di basi, che si è formata in modo corretto tra l'anticodone e le prime due basi del codone; 2) un secondo meccanismo coinvolge l'attività GTPasica di EF-Tu. Infatti il rilascio di EF-Tu dal tRNA richiede l'idrolisi di GTP, la quale è molto sensibile al corretto accoppiamento codone-anticodone; 3) un terzo meccanismo è una specie di correzione di bozze che avviene dopo il rilascio di EF-Tu. Infatti per partecipare in modo produttivo alla reazione della peptidil-transferasi, il tRNA deve ruotare all'interno del sito della peptidil-transferasi della subunità maggiore, in un processo detto accomodamento. I tRNA che non sono appaiati correttamente spessi si dissociano dal ribosoma durante questo processo, poiché non vi è abbastanza tensione per sostenere questo sforzo.
Comunque, una volta che il corretto tRNA carico è posizionato nel sito A ed è ruotato nel sito della peptidil-transferasi, avviene la formazione del legame peptidico. Questa reazione è catalizzata dall'RNA, specificatamente dall'rRNA 23S della subunità maggiore. Quindi la peptidil-transferasi è completamente formata da RNA, ossia è un ribozima, cioè un enzima composto da RNA (vedi sopra per meccanismo di formazione del legame peptidico). A questo punto, una volta che è avvenuta la reazione della peptidil-transferasi, il tRNA nel sito P (non più attaccato ad un amminoacido) viene deacetilato e la catena polipeptidica nascente viene agganciata al tRNA nel sito A. Affinché avvenga un nuovo ciclo di allungamento della catena polipeptidica, il tRNA nel sito P deve spostarsi nel sito E ed il tRNA nel sito A deve spostarsi nel sito P. Contemporaneamente, l'mRNA deve spostarsi di tre nucleotidi per esporre il codone successivo. Questi movimenti all'interno del ribosoma avvengono in maniera coordinata in un processo definito traslocazione. Una volta che la catena peptidica nascente è stata trasferita al tRNA nel sito A, l'estremità 3' di questo tRNA si sposta nel sito P della subunità maggiore. Al contrario, l'estremità dell'anticodone del tRNA nel sito A rimane in questa posizione. Analogamente il tRNA nel sito P, ora deacetilato, viene spostato nel sito E della subunità maggiore, ma rimane nel sito P di quella minore. Il completamento della traslocazione necessita dell'intervento di un secondo fattore di allungamento, detto EF-G, che può legarsi al ribosoma solamente quando è associato al GTP e imita la struttura tridimensionale dell'amminoacil-tRNA. Dopo la reazione della peptidil-transferasi, il cambio di posizione del tRNA del sito A espone un sito di legame per EF-G nella zona del sito A sulla subunità maggiore. Nel legarsi, il complesso EF-G-GTP crea dei contatti con il centro di legame del fattore sulla subunità maggiore, che, a sua volta, stimola l'idrolisi dl GTP. Questa causa una variazione conformazionale del complesso EF-G-GDP, permettendogli di insinuarsi nella subunità minore e provocare la traslocazione del tRNA nel sito A. Quando la traslocazione è completata, la risultate struttura ribosomiale ha una bassa affinità per EF-G-GDP e quindi viene rilasciato. Insieme, questi eventi portano alla traslocazione del tRNA dal sito A al sito P, di quello nel sito P al sito E e al movimento dell'mRNA di esattamente tre paia di basi.