16.1: Panoramica sullo smistamento e sul trasporto delle proteine

Le cellule eucariotiche hanno diversi organelli legati alla membrana con fabbisogni proteici distinti. Il processo attraverso il quale le proteine vengono indirizzate verso uno specifico organello è chiamato sorting delle proteine.

Lo smistamento delle proteine può essere di due tipi: smistamento basato sul segnale e traffico basato sulle vescicole. Nello smistamento basato sul segnale, specifiche sequenze di amminoacidi chiamate segnali di smistamento indirizzano le proteine nella posizione corretta all'interno della cellula tramite trasporto recintato o mediante traslocazione delle proteine. Nel trasporto gated, le proteine ripiegate con segnali di localizzazione nucleare esposti sono riconosciute dai recettori citosolici solubili. Il recettore citosolico lega il carico e lo trasporta attraverso il nucleo passando attraverso il complesso dei pori nucleari incorporato nella membrana nucleare.

Al contrario, i precursori delle proteine vengono traslocati o spostati dal citosol a diversi organelli come i mitocondri, il cloroplasto, il reticolo endoplasmatico (RE) e i perossisomi. Durante la traslocazione delle proteine, gli chaperon citosolici legano e dispiegano la proteina bersaglio per guidarla verso la superficie dell'organello. Recettori specifici sulla membrana di un organello riconoscono le sequenze segnale sul precursore proteico spiegato e le legano. La catena peptidica spiegata viene fatta passare attraverso trasportatori specializzati chiamati transloconi per attraversare la membrana del doppio strato lipidico e raggiungere il lume dell'organello.

Lo smistamento delle proteine mediante traffico vescicolare comporta il movimento delle proteine in strutture legate alla membrana chiamate vescicole di trasporto. Le proteine solubili nel lume del RE si impaccano nelle vescicole di trasporto e germogliano dalla membrana del RE. I marcatori molecolari visualizzati sulla membrana dell'organello guidano il corretto rilascio e la fusione delle vescicole di trasporto.

Lo smistamento delle proteine avviene durante la traduzione o dopo la sintesi proteica attraverso due processi distinti: lo smistamento basato sul segnale e il traffico basato sulle vescicole. Lo smistamento basato su segnali impiega due modalità di trasporto: il trasporto gated e la traslocazione delle proteine.

Le proteine nucleari vengono trasportate attivamente dal citosol al nucleo attraverso i complessi di pori nucleari incorporati nell'involucro nucleare. Questo processo è chiamato trasporto gated .

Queste proteine contengono specifiche sequenze di aminoacidi chiamate segnali di smistamento che vengono riconosciute da un recettore di smistamento che trasporta la proteina al nucleo.

Le proteine bersaglio dei cloroplasti, dei mitocondri e del reticolo endoplasmatico vengono importate attraverso i transloconi, proteine specializzate della transmembrana, in un processo chiamato traslocazione proteica.

Durante la traslocazione, le proteine chaperoniche nel citosol si legano alla proteina bersaglio e la consegnano alla membrana, dove i segnali di smistamento vengono riconosciuti dai recettori di importazione del translocon. Utilizzando l'idrolisi dell'ATP, la proteina bersaglio viene dispiegata e trasportata attraverso un canale nel translocon per raggiungere la sua destinazione all'interno dell'organello.

Nel traffico vescicolare, le proteine solubili vengono impacchettate dal lume del reticolo endoplasmatico e caricate su vescicole di trasporto legate alla membrana.

Le vescicole di trasporto si staccano dalla membrana del reticolo endoplasmatico e si fondono con la membrana di Golgi o con la membrana cellulare senza attraversare i doppi strati lipidici per consegnare le proteine alla loro posizione target.