Proteine con proprietà contraddittorie: svelato il segreto
Una scoperta affascinante
Una proteina dalle proprietà contraddittorie ha suscitato l'interesse degli scienziati del Max Planck Institute for Medical Research: nonostante la sua grande carica superficiale negativa, ha una forte tendenza ad assorbire anche elettroni carichi negativamente. Il team di ricerca ha scoperto all'interno della proteina ioni di calcio con carica positiva nelle immediate vicinanze degli elettroni, che contrastano la loro carica. Si tratta di un meccanismo naturale per gestire cariche elettriche opposte e consentire alla proteina di svolgere in modo ottimale la sua funzione biologica.
Una scoperta sorprendente: all'interno della proteina citocromo dime, gli ioni calcio si trovano nelle immediate vicinanze del sito in cui sono immagazzinati gli elettroni (rappresentazione semplificata in sezione; l'interno della proteina: grigio, le linee esterne: linee di campo elettrico).
© MPI for Medical Research
Una scoperta affascinante
L'energia scorre nelle cellule viventi in vari modi. Uno di questi è che gli elettroni si muovono lungo una serie di molecole proteiche come in un cavo elettrico e passano da una proteina all'altra. Analizzando tali proteine, i ricercatori dell'Istituto Max Planck per la ricerca medica hanno scoperto una versione insolita del citocromo c.
Il citocromo c è una proteina molto comune che trasferisce gli elettroni da una proteina all'altra. Tuttavia, la nuova proteina scoperta si differenzia dal citocromo c"standard" per due aspetti. In primo luogo, ha un'affinità molto più elevata per gli elettroni rispetto al normale citocromo c e, in secondo luogo, ha una forte carica elettrica negativa, mentre il citocromo c ha normalmente una forte carica positiva. Questa combinazione di proprietà è sorprendente. Una forte carica negativa rende difficile per una proteina immagazzinare elettroni, poiché anche questi sono carichi negativamente e le cariche negative si respingono.
Gli ioni calcio giocano un ruolo chiave
Questa apparente contraddizione ha affascinato Thomas Barends, capo gruppo di ricerca presso il Max Planck Institute for Medical Research. Lui e il suo team si sono messi a indagare, con risultati sorprendenti. I risultati sono stati pubblicati sul Journal of Biological Chemistry e sono stati segnalati come "Editor's Pick".
"È stato affascinante scoprire ioni di calcio così vicini al punto in cui vengono immagazzinati gli elettroni. Si tratta di una posizione molto favorevole, poiché la carica positiva degli ioni calcio bilancia la carica negativa degli elettroni. All'inizio questo ci ha sorpreso, perché non avevamo mai visto il calcio utilizzato in questo modo in una proteina", spiega il biologo strutturale Thomas Barends. Secondo i risultati, un catione di calcio - uno ione di calcio con carica positiva - si trova a una distanza inferiore a 0,7 nanometri dagli atomi di ferro che la proteina utilizza per immagazzinare gli elettroni. Anche a livello molecolare, si tratta di una distanza molto ravvicinata.
La conclusione che il team di Thomas Barend ha tratto da questa scoperta è la seguente: "Questa disposizione potrebbe consentire alla proteina di avere un'elevata affinità per gli elettroni nonostante la sua carica superficiale negativa. Secondo noi, ne ha bisogno per legarsi a un'altra proteina alla quale può passare gli elettroni in un secondo momento. In questo modo, può svolgere in modo ottimale la sua funzione biologica".
Prova sperimentale e computazionale riuscita
Per dimostrare che gli ioni calcio sono effettivamente la causa dell'alta affinità della proteina per gli elettroni, il team del Max Planck Institute ha analizzato le proteine con e senza calcio e ha confrontato i dati: un compito non facile, poiché il calcio è un elemento molto comune e la contaminazione degli esperimenti era quindi un problema costante. Allo stesso tempo, un gruppo di chimici teorici dell'Università di Bayreuth, guidato da Matthias Ullmann, ha effettuato simulazioni al computer, sempre con e senza calcio. I loro risultati hanno confermato l'interpretazione dei dati del team del Max Planck.
Una maggiore comprensione dei principi alla base delle funzioni delle proteine
I risultati della nuova ricerca sono un esempio di come la natura risolva le contraddizioni, in questo caso regolando le cariche elettriche locali di una proteina per aumentarne l'affinità con gli elettroni. Questa scoperta è importante sia per la comprensione del flusso di energia attraverso le cellule sia per lo sviluppo di nuove proteine artificiali per applicazioni nanotecnologiche.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Tedesco può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Altre notizie dal dipartimento scienza
