A tutto enzima

Un team di ricercatori dell’Università di Stanford ha creato un modello enzimatico artificiale in grado di riprodurre il funzionamento di un importante “motore cellulare” finora non meglio caratterizzato. Si tratta della proteina Citocromo C Ossidasi (CCO), indispensabile per la produzione di energia di tutti gli organismi viventi aerobi a partire dall’ossigeno. Secondo gli autori, i risultati – pubblicati Science – aiuteranno a comprendere le cause delle principali malattie, tra cui il cancro, ma anche a incentivare lo sviluppo di nuove forme di energia.

Molti organismi viventi ricavano la propria energia grazie alla presenza di organelli cellulari detti mitocondri, ossia strutture a membrana all’interno delle quali è ancorata una serie di enzimi adibiti alla cosiddetta “respirazione cellulare”. Tale processo consiste nel trasferimento di elettroni da una molecola a un’altra allo scopo di produrre adenosin-trifosfato (ATP), la molecola universale di stoccaggio dell’energia usata in tutti le altre attività cellulari. L’ultimo enzima coinvolto in questa catena è la CCO, la quale riceve dalla proteina che lo precede quattro elettroni che trasferirà a una molecola di ossigeno producendo due molecole di acqua. Questo passaggio è cruciale poiché un errore porterebbe alla produzione di molecole fortemente ossidanti, tossiche per la cellula e probabilmente alla base di molte patologie.

Per capire meglio il meccanismo d’azione della CCO, Neal K. Devaraj, ricercatore presso il laboratorio di James Collman, ha costruito un modello del sito attivo, ovvero la porzione della superficie proteica dove di fatto la luogo il trasferimento di elettroni. La realizzazione del modello, durata alcuni anni, ha richiesto ben 32 passaggi chimici necessari a posizionare correttamente tre elementi responsabili dell’attività enzimatica: una molecola organica detta fenolo, un atomo di ferro e uno di rame. Il modo in cui gli elettroni vengono trasferiti a e da questi elementi è ancora da chiarire nel dettaglio poiché il meccanismo è così rapido che è impossibile studiare ogni atomo separatamente. Tuttavia, è stato possibile verificare che tutti e tre gli elementi sono essenziali, poiché l’assenza anche di uno solo causa un danno ingente all’attività enzimatica, con formazione di grandi quantità di specie ossidanti.

Secondo Devaraj, non solo questa tecnica innovativa permetterà di studiare anche altri enzimi, ma la comprensione del meccanismo d’azione della CCO potrebbe portare allo sviluppo di migliori catalizzatori per celle a combustibile che convertono energia chimica in energia elettrica. (a.p.)