Un enzima che fornisce energia alle cellule

È uno degli elementi chiave dei mitocondri (le centrali energetiche delle cellule) di quasi tutte le forme di vita della Terra, eppure fino a oggi si sapeva ben poco della sua struttura e del suo meccanismo d’azione. Parliamo della nicotinammide nucleotide transidrogenasi (Th), un enzima antichissimo (sul piano evolutivo), che un nuovo studio del The Scripps Research Institute (Tsri), apparso su Science, ha analizzato oggi per la prima volta con una precisione che raggiunge la struttura atomica, aiutando a chiarire diversi misteri sul ruolo svolto dalla molecola nell’attività delle cellule.

“Nonostante la sua importanza, Th rimane oggi uno degli enzimi mitocondriali meno studiati”, spiega David Stout, coordinatore del team dello Scripps Research Insitute che ha realizzato il nuovo studio. “Il nostro lavoro aiuta oggi a chiarire alcuni misteri, spiegando in che modo la struttura dell’enzima gli permette di raccogliere i protoni, e indicando che la molecola è composto da due facce che possono svolgere alternativamente le sue funzioni, rimanendo però sempre bilanciate”.

Parlando di protoni, Stout si riferisce a una delle attività principali dei mitocondri, cioè bruciare ossigeno, un processo che determina la fuoriuscita di particelle cariche (i protoni appunto) dalla matrice mitoncondriale (la zona più interna di questi organelli cellulari). È a questo punto infatti che entra in gioco la nicotinammide nucleotide transidrogenasi: l’enzima è posizionato proprio a cavallo della membrana della matrice mitocondriale, e permette ai protoni in eccesso presente all’esterno della membrana di tornare al suo interno, producendo in questo modo energia, e contribuendo alla creazione di un composto chiamato Nadph, fondamentale per la salute delle cellule.

Studi precedenti avevano già fornito una descrizione parziale della struttura dell’enzima, ma fino ad oggi si sapeva poco dei meccanismi con cui riesce a catturare i protoni e riportarli all’interno della matrice mitocondriale. Nel nuovo lavoro, i ricercatori hanno utilizzato una tecnologia chiamata X-ray crystallography per determinare la struttura dell’enzima a livello atomico, cioè con un risoluzione di circa 2,8 angstrom (pari a 0,1 nanometro, o 1×10^-10 metri).

I risultati hanno confermato un dato che era stato solamente ipotizzato negli studi precedenti, e cioè che l’enzima è in realtà un dimero, cioè una molecola formata da due subunità identiche collegate tra loro. Fino a oggi però gli scienziati non riuscivano a capire in che modo le due facce dell’enzima potessero lavorare contemporaneamente senza interferire tra loro. Grazie alla risoluzione raggiunta nel nuovo lavoro, i ricercatori hanno scoperto che le due subunità non sono in realtà identiche, ma rivolte in direzioni diverse. L’ipotesi dei ricercatori è quindi che questa caratteristica permetta all’enzima di svolgere due compiti contemporaneamente: catalizzare la produzione del Nadph con la faccia rivolta verso l’esterno del mitocondrio, mentre l’altra rivolta verso la membrana della matrice facilità li passaggio dei protoni. Al passaggio di ogni protone inoltre, le due sub unità si invertirebbero tra loro, scambiandosi di conseguenza le funzioni.

Lo studio aggiunge dunque un altro tassello alla comprensione del funzionamento di questo importante enzima, che come spiegano i ricercatori, sembrerebbe anche coinvolto nell’insorgenza di patologie come il diabete e i tumori.

via Wired.it

Credits immagine: Josephine Leung, courtesy of the Stout lab, The Scripps Research Institute