Enzimi che possono essere controllati con la luce blu

Compila il modulo sottostante e ti invieremo via email una versione PDF di "Enzimi che possono essere controllati con la luce blu"

Completa il modulo sottostante per sbloccare l'accesso a TUTTI gli articoli audio.

La luce influisce sugli organismi viventi in molti modi diversi: ad esempio, le piante orientano la loro direzione di crescita verso il sole, mentre i ritmi circadiani nell'uomo sono controllati dalla luce del giorno. Questi processi coinvolgono sempre i fotorecettori, che sono proteine ​​in grado di percepire diversi colori e intensità della luce.

Ora, i ricercatori dell’Università di Tecnologia di Graz (TU Graz) hanno decifrato la funzione di un fotorecettore altamente efficiente. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Science Advances. Il gruppo di ricerca ha studiato una proteina diguanilato ciclasi che si trova in molti batteri. La sua funzione enzimatica regola la produzione di una sostanza messaggera centrale che controlla il modo in cui vivono i batteri. Al buio la proteina è quasi completamente inattiva, ma non appena viene esposta alla componente blu della luce del giorno, la sua attività enzimatica aumenta rapidamente. "L'attività enzimatica della proteina è circa 10.000 volte più elevata quando è esposta alla luce che al buio", ha affermato Andreas Winkler, capo del gruppo di lavoro sulla fotobiochimica presso l'Istituto di biochimica della TU Graz. Nella maggior parte dei fotorecettori, l'attività aumenta di un fattore compreso tra 5 e 50, con conseguenti cambiamenti più graduali nell'attività proteica. "Al contrario, la proteina che abbiamo caratterizzato reagisce in modo molto forte, quindi funziona effettivamente come un interruttore on-off", ha spiegato Winkler. Un interruttore proteico efficiente come questo potrebbe essere utilizzato in futuro per migliorare e ottimizzare gli strumenti optogenetici.

Iscriviti alla newsletter quotidiana di Technology Networks, riceverai ogni giorno le ultime notizie scientifiche direttamente nella tua casella di posta.

I ricercatori ora hanno scoperto l’architettura e la funzione dell’interruttore proteico. La proteina è composta da due parti funzionali: una è responsabile della percezione della luce blu e l'altra dell'attività enzimatica vera e propria, che funge da catalizzatore per una reazione chimica. Se viene esposta alla luce blu, la proteina cambia struttura. Quando è inattiva l'intera proteina si presenta in forma compatta, ma quando viene a contatto con la luce la proteina si allunga collegando le parti enzimatiche precedentemente separate. Quindi, la proteina produce specifiche molecole messaggere che segnalano al batterio che le condizioni ambientali stanno cambiando. Se possibile, il batterio si adatta a queste nuove condizioni. "Un esempio di ciò è la formazione di aggregati, chiamati biofilm, che rendono i batteri più resistenti agli influssi ambientali", spiega Andreas Winkler.

"Sono davvero entusiasta che la nostra ricerca abbia generato preziose informazioni sul meccanismo di questa affascinante proteina", ha commentato Uršula Vide, prima autrice dello studio e dottoranda presso l'Istituto di biochimica TU Graz. "Comprendere il meccanismo dietro questa luce L’interruttore enzimatico attivato apre la porta a possibili applicazioni in una gamma di discipline diverse”. Uno di questi riguarda i metodi di trattamento optogenetici utilizzati in medicina: i farmaci legati ad un interruttore proteico regolato dalla luce potrebbero avere effetto in un momento preciso e solo in un’area molto limitata del corpo, riducendo così i potenziali effetti collaterali. L’interruttore proteico apporterebbe vantaggi anche alla ricerca sulla biologia cellulare, poiché ciò consentirebbe l’attivazione mirata di cambiamenti specifici a livello molecolare che potrebbero poi essere analizzati in modo più efficace.“Ma siamo ancora molto lontani da tali applicazioni pratiche di questo particolare interruttore ”, ha sottolineato Winkler, che ritiene tuttavia che la ricerca del suo team abbia prodotto alcune informazioni importanti e fondamentali.

Per i loro esperimenti, i ricercatori non hanno isolato la proteina dai batteri originali, ma l’hanno invece prodotta in laboratorio con l’aiuto dell’ingegneria genetica. Hanno utilizzato la diffrazione dei raggi X per analizzare la struttura molecolare, che ha costituito la base per un modello tridimensionale. Combinato con esperimenti supplementari, questo modello ha permesso ai ricercatori di trarre inferenze sui cambiamenti nella struttura della proteina in seguito all'esposizione alla luce blu, che si sono tradotte in conclusioni specifiche sulla funzione molecolare dell'interruttore biologico.