Folding delle proteine: un transistor lo mostra in tempo reale

lacrime nano

È proprio come lo stetoscopio che ascolta il cuore, solo che noi ascoltiamo una singola proteina”. Con queste parole Philip Collins, ricercatore presso l’University of California-Irvine (Usa), annuncia il brillante risultato ottenuto dal suo team, con il quale un nanotubo di carbonio a singola parete è stato legato ad una molecola di lisozima durante una reazione che la coinvolgeva, monitorando in tempo reale i suoi movimenti.

Il folding di una proteina è quell’insieme di processi con i quali la molecola raggiunge la sua conformazione nativa, dal momento in cui la sua catena di amminoacidi inizia ad essere sintetizzata. Come una lunghissima collana in un piccolo spazio, la struttura inizia infatti ad un certo punto a ripiegarsi su se stessa, assumendo una forma caratteristica, da cui dipende anche la sua funzione biologica.

Capire come questo complicato meccanismo avviene è una cosa tanto importante quanto complicata, poiché le interazioni chimiche coinvolte nel processo, sia tra la proteina e l’ambiente circostante che tra i gruppi molecolari all’interno della proteina stessa, sono tantissime e spesso contrastanti, cosa che rende praticamente impossibile una previsione teorica da un lato e l’ottenimento di dati sperimentali riproducibili dall’altro.

Attualmente questi studi si portano avanti effettuando il processo inverso, ovvero denaturando la proteina, nella speranza che lo svolgimento della struttura segua gli stessi passi dell’avvolgimento. Purtroppo questa supposizione non è vera in generale, cosa che comporta spesso errori di valutazione e interpretazione.

La grande novità di questa scoperta sta nell’aver creato un metodo riproducibile per seguire in tempo reale i movimenti di una proteina durante la sua attività naturale, e questo costituisce un indicazione molto più forte sul folding di quanto non siano i processi di denaturazione. In particolare il lisozima è un enzima con proprietà battericide, abbondante nelle lacrime e nella saliva umana. È dunque una proteina che catalizza una particolare reazione, la rottura del legame beta 1,4 tra l’acido N-acetilmuramico e la N-acetilglucosamina, le componenti principali del peptidoglicano, che riveste la parete cellulare di molti tipi di batteri.

lacrime nanotubi

Il nanotubo di carbonio legato all’enzima è stato in grado di rivelare i piccoli cambiamenti di potenziale elettrostatico dovuti ai movimenti dell’enzima in azione. In poche parole, quando il lisozima lavora, la sua struttura subisce cambiamenti di conformazione strettamente connessi all’attività che si trova ad effettuare. Questo induce uno spostamento continuo, anche se minimale, degli amminoacidi costituenti dalla posizione originaria.

Pertanto, come una grossa palla di gomma, la molecola si agita in modo tale che le interazioni tra i gruppi che la costituiscono si modificano in modo continuo, alterando localmente le forze elettrostatiche ivi generate. Queste piccole alterazioni vengono captate dal nanotubo, che amplifica il segnale elettrico in uscita, agendo dunque a tutti gli effetti come un transistor. In tal modo è stato possibile ottenere una mappatura in tempo reale dei movimenti enzimatici del lisozima in azione.

Le misure sono state effettuate su varie scale di tempo e in differenti condizioni, e i risultati confrontati con tecniche spettroscopiche tradizionali, trovando pieno accordo.

Il lavoro è stato pubblicato su Science.

Roberta De Carolis

Cerca

Noi raccomandiamo Buono ed Economico