FOLDING PROTEINE

La conformazione che consente alla proteina di svolgere correttamente la propria funzione è detta struttura nativa (generalmente è una sola), la quale si ottiene dopo un processo di ripiegamento o folding. Questo è un processo spontaneo che procede per tentativi ed errori. Se però fosse necessario provare tutte le alternative possibili il tempo necessario sarebbe superiore a quello dell’intera vita del pianeta Terra (paradosso di Levinthal). Una caratteristica essenziale del processo di ripiegamento è pertanto la conservazione degli elementi parzialmente corretti. La formazione di un segmento con conformazione corretta influisce sulla formazione di un successivo segmento, pertanto si tratta di un processo altamente cooperativo (è rappresentato da curve sigmoidi).

A partire dalla struttura nativa è possibile giungere alla forma denaturata per mezzo di cambiamenti di temperatura, pH o aggiunta di agenti chimici. Il processo di denaturazione/rinaturazione è reversibile solo per proteine semplici. Se si vuole seguire il processo di ripiegamento è necessario denaturare (poi riorientare e ripiegare) le proteine per mezzo di agenti denaturanti che rompano i ponti disolfuro (ditiotreitolo e mercaptoetanolo) e i legami H (urea e guanidina dicloruro). Il monitoraggio avviene mediante le tecniche dello stop-flow, del dicroismo circolare (permette di riconoscere le alfa-eliche e le beta-strutture) e della spettroscopia a fluorescenza.

I singoli residui hanno diversi effetti sulla strutturazione a seconda delle proprie caratteristiche.

• catene lunghe e non ramificate (alanina, leucina, arginina, lisina, glicina e metionina) formano alfa-eliche;

• catene laterali ramificate (valina, isoleucina) o con gruppi donatori/accettori (aspartato, serina) non favoriscono la formazione di alfa-eliche;

• la prolina, poiché è un imminoacido e non può formare legami H, destabilizza le alfa-eliche e le beta-strutture;

Esistono diversi modelli per il ripiegamento:

• ripiegamento spontaneo, proposto da Anfinsen, (valido solo per piccole proteine in soluzione);

• modello gerarchico, secondo il quale la formazione di alcuni elementi di struttura secondaria catalizza la costituzione di altri elementi della struttura nativa;

• nucleazione, secondo cui in ogni proteina è presente un elemento che sei struttura più velocemente e che poi dà inizio alla formazione della struttura nativa;

• collasso idrofobico (o globulo fuso), che postula che il ripiegamento sia iniziato da un collasso spontaneo del polipeptide in uno stato compatto, mediato da interazioni idrofobiche tra residui non polari;

• sistema multimodale, il quale comprende più modelli visti precedentemente;

Il processo di folding è assistito da:

• isomerasi, le quali catalizzano conversioni di conformazioni e configurazioni dei singoli residui quando la proteina è molto elastica. Tra di esse si trovano le PPIasi, che catalizzano la conversione del legame peptidico da cis a trans dopo la prolina, e le PDIasi, le quali permettono alla proteina di formare e disfare continuamente i ponti disolfuro, permettendole di ottenere la struttura corretta.

• chaperone molecolari, proteine monomeriche che accompagnano la catena impedendo la formazione di interazioni illecite che non permetterebbero la costituzione della struttura nativa;

• chaperonine, proteine multimeriche di forma cilindrica, formate da due ciambelle costituite da 7 subunità che si impaccano una sopra l’altra. La proteina entra al loro interno, si lega all’ATP e fa chiudere la chaperonina, creando un ambiente protetto detto gabbia di Anfinsen. Il loro scopo è quello di creare un ambiente favorevole per il folding evitando il problema dell’aggregazione.