Molecola del Mese di gennaio 2010

Ribosoma 70S
Parole chiave: traduzione, sintesi delle proteine, RNA transfer, RNA messaggero, EF-Tu, EF-G, EF-P, fattore di rilascio, fattore di allungamento, codone, anticodone, antibiotico.

I ribosomi sono una delle meraviglie del mondo cellulare che potete esplorare visitando gli archivi PDB. Nell'anno 2000, i biologi strutturali V. Ramakrishnan, T. Steitz e A. Yonath hanno reso disponinili nel PDB le prime strutture di subunità ribosomiali. Nel 2009 hanno vinto il premio Nobel per questo lavoro. Oggi sono disponibili le strutture di molte altre molecole coinvolte nella sintesi proteica, compresi gli RNA-transfer (Molecola del Mese di marzo 2001) e i fattori di allungamento (Molecola del Mese di settembre 2006). A partire da queste strutture sono state ricostruite centinaia di strutture di ribosomi interi che rivelano i dettagli atomici di molti dei passaggi della sintesi proteica.

Ribosomi in azione
Dopo avere risolto le strutture delle due subunità, piccola e grande, dei ribosomi, il passo successivo nella ricerca è stato quello di determinare la struttura del ribosoma intero. Questo ha rappresentato il completamento di una ricerca durata decine di anni e cominciata con le prime immagini sfocate di ribosoma ottenute al microscopio elettronico, continuata con ricostruzioni più dettagliate di micrografia crioelettronica, e ora arrivata con la diffrazione ai raggi x a strutture che mostrano la posizione dei singoli atomi. Utilizzando piccoli frammenti di mRNA, varie forme di tRNA accorciato o chimicamente modificato, fattori proteici purificati e ribosomi modificati, i ricercatori hanno determinato la struttura dei ribosomi nell'atto di sintetizzare le proteine. Queste strutture sono così grandi che non possono essere contenute in un singolo file PDB. Per esempio, la struttura mostrata qui sopra è stata divisa in due file PDB 2wdk e 2wdl.

Ribosomi 70S
Osservando le forme di vita sulla Terra, troviamo che tutti gli organismi viventi hanno ribosomi e che questi sono sostanzialmente di due misure. I batteri e gli archeobatteri hanno ribosomi più piccoli chiamati ribosomi 70S, che sono composti di una subunità minore 30S e di una maggiore 50S. La S sta per Svedbergs o fattore di Sedimentazione che misura quanto velocemente la molecola si muove in una centrifuga. Notate che questi valori non sono additivi, cioè 30 più 50 non fa 70, infatti la velocità di sedimentazione è proporzionale alla massa e alla forma della molecola, ma non in modo lineare.
I ribosomi delle nostre cellule, come quelli degli altri animali, delle piante e dei funghi, sono più grandi e vengono detti ribosomi 80S, sono composti di una subunità minore 40S e di una subunità maggiore 60S. Stranamente i nostri mitocondri hanno ribosomi piccoli 70S che vengono sintetizzati in loco e sono diversi da quelli più grandi presenti nel citoplasma. Questa osservazione ha suggerito l'ipotesi che i mitocondri (e così pure i cloroplasti nelle cellule vegetali) siano in realtà dei batteri che sono stati catturati all'interno di cellule più evolute all'inizio dell'evoluzione delle cellule eucariote. Oggi vivono e si riproducono felicemente all'interno delle nostre cellule dove si occupano della produzione di energia e si affidano alla cellula ospite per la maggior parte delle loro necessità.

Le Basi
Le prime strutture di ribosoma ottenute molti anni addietro, anche se poco dettagliate, hanno rivelato le caratteristiche di base dei ribosomi. Hanno dimostrato che sono ribozimi, cioè enzimi fatti di RNA, infatti usano RNA e non proteine per catalizzare la loro reazione. Questo ha avvalorato l'idea che l'RNA è stato fondamentale nella prima parte dell'evoluzione della vita perchè può svolgere contemporaneamente sia il ruolo di enzima (oggi svolto dalle proteine) sia quello di trasmettere il patrimonio genetico (oggi svolto dal DNA). Le prime strutture hanno anche mostrato l'importanza delle proteine ribosomiali per stabilizzare e tenere in forma la struttura dell'RNA nel ribosoma.
Le strutture ottenute recentemente, però, sono molto più dettagliate e ci hanno permesso di investigare a livello atomico il meccanismo della lettura dell'informazione genetica e della sintesi delle proteine.
La biosintesi delle proteine si svolge in tre tappe fondamentali: inizio, allungamento, terminazione. Negli archivi PDB sono disponibili strutture che illustrano ognuna di queste tre fasi.

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