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Dall'antivirale alla divisione cellulare: qual è il ruolo sorprendente delle eliche coniugate in biologia?
L'elica coniugata è una caratteristica strutturale delle proteine, costituita da 2-7 alfa eliche arrotolate insieme come una corda. Questa struttura è presente in circa il 5-10% delle proteine e svolge diverse funzioni. Le eliche coniugate, uno degli aspetti più estesi delle interazioni proteina-proteina, svolgono un ruolo indispensabile nella ricerca biologica.
Processo di scoperta
Il concetto di elica coniugata un tempo causò controversie nello studio dell'α-cheratina. Linus Pauling e Francis Crick giunsero a questa conclusione indipendentemente e quasi contemporaneamente. Nell'estate del 1952, Paulin visitò il laboratorio di Crick in Inghilterra e i due scambiarono opinioni su vari argomenti. Quando Crick chiese a Pauling se avesse mai preso in considerazione le eliche coniugate, Pauling rispose di sì. Dopo essere tornato negli Stati Uniti, Paulin ha continuato la sua ricerca in questo ambito e, in ottobre, ha presentato un lungo manoscritto alla rivista Nature.
"Gli studi sulle eliche coniugate rivelano una profonda connessione tra la struttura delle proteine e la loro funzione."
Crick ritenne che Paulin avesse plagiato le sue idee e pochi giorni dopo presentò un articolo più breve alla rivista Nature. Alla fine, dopo ripetute corrispondenze e controversie, il laboratorio di Crick annunciò che entrambe le parti erano giunte a questa conclusione in modo indipendente e che non si era verificato alcun furto intellettuale.
Struttura molecolare
Le eliche coniugate contengono in genere uno schema ripetuto - hxxhcxc, che è una ripetizione di residui di amminoacidi idrofobici (h) e carichi (c), nota come ripetizione di eptade. Nella sequenza ripetuta dell'eptade, le posizioni a e d sono solitamente occupate da amminoacidi idrofobici come isoleucina, leucina o valina. Queste sequenze ripetute sono ripiegate in una struttura alfa-elica, dove i residui idrofobici delle alfa-eliche intrecciate appaiono come una "striscia" e formano una struttura anfipatica.
"L'impacchettamento compatto delle eliche coniugate fornisce una forte forza motrice termodinamica."
Le eliche alfa possono essere disposte in direzioni parallele o antiparallele e solitamente assumono la forma di una superspirale sinistrorsa. Sebbene siano poco comuni, le eliche destrorse possono essere osservate in piccole quantità sia nelle proteine naturali che in quelle artificiali.
Ruoli biologici
Poiché le strutture elicoidali coniugate sono presenti in molte proteine, esse contribuiscono a svolgere varie funzioni nella cellula, con lo scopo principale di facilitare le interazioni tra le proteine e di mantenere connesse le proteine stesse o le loro regioni. La caratterizzazione di queste funzioni comprende, tra le altre, la fusione delle membrane, la spaziatura molecolare, la marcatura degli oligomeri, la motilità delle vescicole e l'architettura cellulare.
Fusione di membrana
Il dominio elicoidale coniugato svolge un ruolo importante nell'infezione da HIV. Quando le tre subunità gp120 si legano al recettore CD4 e al recettore centrale, il virus entra nelle cellule CD4-positive. gp120 e gp41 sono associate tra loro tramite le forze di van der Waals. Infine, la sequenza peptidica di fusione all'N-terminale di gp41 viene fissata alla cellula ospite e, attraverso un meccanismo a molla e orologio, avvicina sufficientemente il virus e le membrane cellulari per favorire la fusione.
Come distanziatore molecolare
La struttura dell'elica coniugata può anche fungere da distanziatore molecolare all'interno delle cellule e la sua lunghezza è altamente conservata. La funzione di questi distanziatori è quella di impedire interazioni indesiderate tra regioni proteiche o di mediare il traffico delle vescicole all'interno della cellula. Un esempio è l'Omp-α nella T. maritima.
Come marcatore oligomero
Grazie alla loro specifica interattività, le eliche coniugate possono essere utilizzate come "tag" per stabilizzare o migliorare specifici stati oligomerici. Lo studio ha dimostrato che le interazioni elicoidali coniugate guidano la polimerizzazione delle subunità BBS2 e BBS7 del BBSome.
Applicazioni biomediche
Come elemento costitutivo dal design semplice e dalle funzioni diverse, negli ultimi anni le eliche coniugate sono state utilizzate nello sviluppo di numerose nanostrutture. Hanno un potenziale valore in settori quali la somministrazione di farmaci, la rigenerazione dei tessuti e il ripiegamento delle proteine.
"Le eliche coniugate possono fornire stabilità e specificità ai sistemi di somministrazione dei farmaci, migliorando l'efficacia terapeutica."
Inoltre, sfruttando la capacità oligomerica delle eliche coniugate, è possibile aumentare l'esposizione dell'antigene nei vaccini, migliorandone così l'efficacia. Tuttavia, sono ancora necessarie ulteriori esplorazioni e ricerche per superare le sfide legate alla stabilità.
Dalle strategie di risposta antivirale al coordinamento dei processi di divisione cellulare, l'importanza delle eliche coniugate nelle scienze della vita non può essere ignorata. In futuro, le potenziali applicazioni di questa struttura potrebbero aiutarci a svelare altri misteri della vita. Siete pronti a esplorare questa infinita possibilità?
