Molecola del Mese
di David S. Goodsell
trad di Mauro Tonellato

Fattori di Allungamento


Molecola del Mese di Settembre 2006

Fattori di Allungamento
A prima vista si potrebbe pensare che le cellule siano essenzialmente delle fabbriche per la sintesi di proteine, infatti più di metà degli strumenti molecolari in una tipica cellula batterica è dedicata alla sintesi proteica.
Questi strumenti molecolari comprendono il DNA (mdm 11-2001) e l'RNA messaggero (mdm 1-2012) che forniscono l'informazione, l'RNA transfer (mdm 3-2001) che traduce l'informazione di sequenze di nucleotidi nei corrispondenti amminoacidi e i ribosomi (mdm 1-2010) che svolgono il vero lavoro di assemblaggio di amminoacidi per formare la proteina.
La sintesi delle proteine richiede anche una serie di fattori proteici per regolare i vari passaggi. Questi includono fattori di inizio che fanno cominciare il processo, fattori di rilascio che fanno terminare le catene e fattori di allungamento che assistono i molti passaggi tra l'inizio e la fine della sintesi.

I Fantastici Tre
Tutti gli organismi viventi producono tre tipi di fattori di allungamento che hanno più o meno la stessa forma. Questi sono chiamati EF-Tu, EF-Ts e EF-G (EF = Elongation Factor). Come accade spesso, comunque, esistono anche altri nomi per ognuno di questi, assegnati nel corso degli anni dai ricercatori. Così, per gli eucarioti, questi tre fattori possono essere anche chiamati EF-1A, EF-1B e EF-2, talvolta preceduti da una "e" come in eEF-1A oppure da lettere greche. Quindi non stupitevi se troverete nomi diversi in letteratura.

Trasporto speciale
Il fattore EF-Tu, mostrato qui a destra dal file PDB 1ttt, svolge l'importante funzione di guidare ogni RNA transfer fino al ribosoma, sfruttando l'energia di una molecola di GTP.
Il fattore EF-Tu è la proteina più abbondante nelle cellule batteriche, infatti ci deve essere almeno una proteina EF-Tu per ogni tRNA.
Il fattore EF-Tu (azzurro) si lega al tRNA (rosso) dopo che questi si è legato al proprio amminoacido. Successivamente il complesso EF-Tu / tRNA si inserisce nel sito attivo del ribosoma.
Quando l'anticodone del tRNA si accoppia correttamente con il codone dell'mRNA, un segnale del ribosoma fa cambiare di forma EF-Tu e viene scissa la molecola di GTP che contiene (gialla). Questo fa staccare EF-Tu dal tRNA e consente al tRNA di eseguire la reazione di aggancio del proprio amminoacido alla catena proteica in crescita.


Riciclare è Bene
Dopo che EF-Tu ha completato il suo lavoro, il GDP che si è formato deve essere allontanato dal sito attivo in modo che al suo posto si possa legare nuovo GTP. Questo compito viene svolto dal fattore EF-Ts.
Questo si lega al fattore EF-Tu che contiene GDP e ne provoca la deformazione destabilizzando il legame con il GDP e con uno ione magnesio che lo accompagna.
La struttura illustrata qui a destra (file PDB 1efu) proviene da un batterio, il fattore EF-Ts è mostrato in verde in basso e la molecola di EF-Tu è mostrata in blu in alto.









Avanzare
Dopo che il ribosoma ha legato il nuovo amminoacido alla catena proteica in crescita, deve spostare le molecole di tRNA espellendo quella non più legata alla catena proteica e creando spazio perchè il successivo tRNA possa arrivare a legarsi al nuovo codone.
Questo passaggio avviene con l'assistenza dal fattore EF-G.
Come si può vedere nella figura qui a lato, il fattore EF-G (file PDB 1dar) ha una forma molto simile a quella del complesso EF-Tu / tRNA (file PDB 1ttt).
Sfruttando questa somiglianza, il fattore EF-G si lega al ribosoma espellendo il tRNA e poi sposta l'mRNA in avanti di un codone, sfruttando l'energia dell'idrolisi di una molecola di GTP (mostrata in giallo).
Come si può qui sotto, questa idrolisi è accompagnata da un grande cambiamento di forma. del fattore EF-G.











Esplorando la Struttura
Come accade quasi sempre con le proteine che utilizzano GTP o ATP, anche i fattori di allungamento vanno incontro a grandi cambiamenti di forma nel corso della loro azione.
Confrontando le due molecole qui a fianco in alto, si può vedere molto bene la variazione di struttura provocata dall'idrolisi del GTP nel fattore EF-Tu
Sulla sinistra c'è il fattore EF-Tu che lega il GTP (o meglio un suo analogo, il GDPNP, file PDB 1eft).
Sulla destra lo stesso fattore lega invece il GDP (file PDB 1tui).
In basso sono mostrati due fattori EF-2, una variante di EF-G presente nel lievito: è evidente la variazione di forma tra le due strutture.
Nella molecola di sinistra (file PDB 1n0u) è legata la sordarina, un farmaco antifungino.
Nel fattore di destra (file PDB 1n0v), invece, non vi è nessuna molecola legata. Notate quanto grande è la piegatura che subisce il dominio in basso passando da una struttura all'altra.
Variazioni così grandi di struttura si sono osservate anche nei ribosomi.














Bibliografia

G. R. Andersen, P. Nissen and J. Nyborg (2003) Elongation factors in protein biosynthesis. Trends in Biochemical Sciences 28, 434-441.

I. M. Krab and A. Parmeggiani (2002) Mechanisms of eEF-Tu, a pioneer GTPase. Progress in Nucleic Acids Research 71, 513-551.