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3.7:

Assemblamento dei complessi proteici

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Molecular Biology
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Protein Complex Assembly

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La maggior parte delle proteine non funziona come catene di polipeptidi completamente estese, ma assemblate in complessi multicomponenti compatti. Durante l’assemblaggio, il complesso crescente deve distinguere i propri componenti specifici in una miscela di centinaia di proteine diverse e specie non proteiche presenti nella cellula. I complessi proteici possono essere omomerici, costituiti cioè da diverse copie della stessa catena polipeptidica, o eteromerici, composti da molteplici polipeptidi distinti o componenti non proteici.Normalmente le proteine hanno tutte le informazioni necessarie per auto-assemblarsi in complessi funzionali, a partire dai loro costituenti, con velocità e precisione. Molti virus possono auto-assemblarsi per formare un’unità completamente funzionale utilizzando la cellula ospite infetta per produrre tutti i i componenti necessari. Per esempio, nel Virus Mosaico del Tabacco, le subunità proteiche di rivestimento si auto-assemblano in anelli individuali in vitro.Una molecola di RNA si lega al centro dell’elica in crescita per produrre il virus attivo. Tuttavia, in alcuni complessi proteici, l’auto-assemblaggio è solo dovuto a mutazione o malattia. L’emoglobina, la proteina che porta ossigeno presente nei globuli rossi, è un tetramero di due subunità alfa e di due subunità beta simili;tuttavia, nell’anemia falciforme, l’emoglobina mutante crea un cerotto idrofobo che aumenta l’affinità tra i tetrameri dell’emoglobina, facendoli aggregare in un insieme anomalo di fibre dell’emoglobina.Queste fibre cambiano le cellule del sangue da uno sferoide ad una forma a mezzaluna, così ostruendo i vasi sanguigni. Sebbene molte proteine si auto-assemblino senza aiuto esterno, esistono fattori di assemblaggio come i chaperones molecolari che aiutano i componenti proteici ad assemblarsi in un complesso stabile e funzionale. Il proteasoma 26S, un meccanismo molecolare che aiuta nella degradazione proteica regolata, consiste di due sottocomplessi distinti-una particella di nucleo a forma cilindrica e due 19S barre di regolazione.Ogni sottocomplesso è inoltre composto da diverse subunità proteiche. Multipli chaperons dedicati al proteasoma, integrano queste subunità nei loro rispettivi subcomplessi. Infine, i chaperones assemblano i sottocomplessi nel complesso proteasomico completo.

3.7:

Assemblamento dei complessi proteici

Proteins can form homomeric complexes with another unit of the same protein or heteromeric complexes with different types.  Most protein complexes self-assemble spontaneously via ordered pathways, while some proteins need assembly factors that guide their proper assembly. Despite the crowded intracellular environment, proteins usually interact with their correct partners and form functional complexes.

Many viruses self-assemble into a fully functional unit using the infected host cell to produce all the necessary components. The tobacco mosaic virus (TMV) is a classic example of a self-assembling complex of protein subunits and RNA. The TMV self-assembly process is the basis for some of the therapeutic virus particles designed for drug delivery.

Some protein complexes self-assemble only due to mutation or disorders. Hemoglobin, the oxygen-carrying protein found in red blood cells, is a tetramer of two alpha and two beta subunits. However, in sickle cell anemia, a single point mutation replaces a hydrophilic amino acid- glutamine with a hydrophobic valine. This creates sticky hydrophobic patches on the opposite sides of the hemoglobin tetramer. In an aqueous cell environment, the hydrophobic patches on different hemoglobin molecules attach, assembling into long and rigid fibers. These fibers change the red blood cells' shape from a spheroid to a crescent shape.

Suggested Reading

  1. Klug, Aaron. "The tobacco mosaic virus particle: structure and assembly." Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences 354, no. 1383 (1999): 531-535.
  2. Livneh, Ido, Victoria Cohen-Kaplan, Chen Cohen-Rosenzweig, Noa Avni, and Aaron Ciechanover. "The life cycle of the 26S proteasome: from birth, through regulation and function, and onto its death." Cell research 26, no. 8 (2016): 869-885.
  3. Makhnevych, Taras, and Walid A. Houry. "The role of Hsp90 in protein complex assembly." Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Molecular Cell Research 1823, no. 3 (2012): 674-682.
  4. Natan, Eviatar, Jonathan N. Wells, Sarah A. Teichmann, and Joseph A. Marsh. "Regulation, evolution and consequences of cotranslational protein complex assembly." Current opinion in structural biology 42 (2017): 90-97.