CHAPERON MOLECOLARI

Le proteine sono costituite da un insieme di molecole piàù piccole note come amminoacidi, una specifica sequenza di amminoacidi farà si che la futura proteina possa assumere una specifica struttura e funzionalità. L'assemblamento dei vari amminoacidi è effettuato da complessi molecolari noti come ribosomi, la sequenza amminoacidica formata Le proteine, però, vengono sintetizzate nei ribosomi semplicemente legando uno all'altro in sequenza i vari amminoacidi e quindi inizialmente sono costituite da catene prive di una precisa forma tridimensionale. La maggior parte delle catene proteiche si avvolge poi spontaneamente per assumere la struttura finale, le proteine tendono a ripiegarsi in modo tale da evitare ch le catene laterali degli amminoacidi apolari entrino a contatto con l'ambiente acquoso della cellula. Non tutte le porteine riescono a ripiegarsi spontaneamente, alcune sono costituite da centinaia di amminoacidi e devono essere aiutate a ripiegarsi correttamente. la specifica sequena di amminoacid come dicevamo è importante per permettere alla protena di ripiegarsi in una specifica conformazione e assumere così una specifica funzionalità. Se il ripiegamento non avviene correttamente la funzionalità viene a mancare, o può essere modificata con conseguenze deleterie per la cellula.

Le cellule non possono aspettare in modo passivo che le proteine si ripieghino correttamente. Le proteine avvolte in modo errato spesso hanno gli amminoacidi apolari in superficie, invece che nascosti al sicuro nel loro interno. Queste porzioni idrocarburiche apolari si legano fortemente con porzioni simili su altre proteine e formano grandi aggregati. Gli aggregati casuali portano alla morte le cellule: malattie come l'anemia falciforme, il morbo della mucca pazza, e il morbo di Alzheimer sono causate da aggregazioni innaturali di proteine che formano fibrille che ostacolano la vita cellulare.

Fortunatamente la cellula pensa a tutto ed esiste un particolare grppo di proteine noto come Chaperon che guidano le altre proteine durante il corretto processo di ripiegamento. Le proteggono durante il ripiegamento schermandole da altre proteine che potrebbero legarsi e impedire il processo. Molti chaperon sono chiamati proteine da "shock termico" (con nomi come HSP-60) perché sono sintetizzati in grande quantità quando le cellule sono esposte ad un forte calore, come nel caso di ustioni. Una temperatura eccessiva, in generale, destabilizza le proteine e rende i ripiegamenti errati più frequenti. Così quando la temperatura si alza troppo, le cellule hanno bisogno di un aiuto extra con le loro proteine.

I Chaperon HSP-60

Questo tipo di chaperon ha una struttura complessa e realizza un ambiente chiuso per le proteine in fase di ripiegamento che le protegge totalmente durante il processo. Un esempio è il complesso GroEL-GroES del batterio E.coli.

La struttura è composta da due anelli sovrapposti di proteine GroEL, colorati in verde e in blu, e un cappuccio sul lato inferiore di proteine GroES, colorato in rosso e giallo. Come si vede nella figura in alto, sette proteine GroEL formano un anello con una cavità interna dalle dimensioni di una proteina. Le proteine non avvolte entrano in questa cavità e si ripiegano al suo interno.

I Chaperon HSP-70 e Prefoldin

Alcuni chaperon più piccoli proteggono le proteine che hanno appena lasciato il ribosoma. In questo stadio le proteine possono avere una percentuale molto piccola della loro struttura già ripiegata, così le porzioni allungate della catena con gruppi di tipo idrocarburico apolare sono particolarmente suscettibili all'aggregazione.

Il chaperon HSP-70 (mostrato in alto) trova queste porzioni allungate, vi si lega e le scherma dalle molecole circostanti. Poi, con l'energia dell'ATP, il chaperon rilascia la catena quando questa è pronta a ripiegarsi. Gli HSP-70 sono composti di due domini: uno che lega ATP e controlla il processo, mostrato in alto a sinistra dall'archivio PDB 1dkg, e uno che si lega alle porzioni di catena proteica non avvolta con gruppi idrocarburici apolari. Un piccolo peptide, colorato in rosa, è legato nella profonda fenditura che lega la proteina.

Esplorando la Struttura

Il grande complesso GroEL-GroES. In questa figura sono state rimosse tre subunità in ciascun anello GroEL per mostrare l'interno, lasciando quattro subunità in ciascun anello. Nelle due subunità sul retro, gli amminoacidi idrocarburici apolari LEU, ILE, VAL, MET, PHE, TYR e TRP sono colorati in blu. Si osservi la striscia di amminoacidi idrocarburici idrofobici vicino all'entrata in alto. Questa interagisce fortemente con le proteine non ripiegate attirandole nella cavità. Si osservi ora la cavità inferiore, incappucciata sul fondo da GroES colorato in rosso. Usando l'energia dell'ATP (in questa struttura si trova ADP, colorato in rosso), l'anello GroEL subisce una grande variazione di forma. La cavità diventa molto più grande, e la striscia di amminoacidi idrocarburici apolari non è più a contatto con la cavità. Questo costringe una catena proteica intrappolata all'interno (non mostrata nella figura) a ripiegarsi su se stessa, avendo a disposizione abbastanza spazio per il processo.

Fonti: PDB