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Strutture nascoste nelle cellule: in che modo le eliche coniugate guidano le funzioni biologiche?
Nel funzionamento della vita, l'interazione tra le molecole è il fondamento del funzionamento degli organismi. Tra questi, la spirale coniugata è un sorprendente motivo strutturale presente in circa il 5-10% delle proteine. Questa struttura è composta da 2 a 7 alfa eliche avvolte insieme, come una corda. Queste eliche non solo forniscono stabilità, ma svolgono anche un ruolo fondamentale nella regolazione dell'espressione genica e di altre funzioni biologiche.
Il motivo elicoidale coniugato consente a molte proteine di interagire tra loro e formare strutture cellulari complesse.
Scoperta dell'elica coniugata
Il concetto di elica coniugata fu proposto per la prima volta indipendentemente da Linus Pauling e Francis Crick. Nell'estate del 1952, Pauling visitò il laboratorio di Crick. I due scienziati discussero di molti argomenti e all'improvviso Crick chiese a Pauling se avesse mai preso in considerazione il termine "elica coniugata". Paulin disse di averci pensato e che questa conversazione lo spinse a continuare a studiare approfonditamente l'argomento dopo essere tornato negli Stati Uniti e a presentare un lungo articolo alla rivista Nature.
L'articolo di Crick, sebbene più breve, precedette quello di Pauling, scatenando una controversia nella comunità scientifica.
Dopo numerose comunicazioni e dibattiti, il laboratorio di Crick ha finalmente confermato che l'idea era stata elaborata in modo indipendente dai due scienziati e che non si era verificato alcun furto di proprietà intellettuale. Il contributo di Crick fu quello di proporre il concetto di "elica coniugata" e di fornire un metodo matematico per determinarne la struttura.
Struttura molecolare
L'elica coniugata è solitamente composta da uno schema ripetuto (hxxhcxc) di residui amminoacidici idrofobici (h) e carichi (c), noto come ripetizione di eptade. All'interno di questa ripetizione, le posizioni sono etichettate abcdefg, dove a e d sono posizioni idrofobiche dell'idrogeno, solitamente occupate da isoleucina, leucina o valina. Quando una sequenza presenta questo schema ripetuto e si ripiega in una struttura secondaria alfa-elica, i residui idrofobici appaiono come una “striscia” che si avvolge attorno all’elica, formando una struttura anfipatica.
Le interazioni tra le eliche coniugate forniscono la forza motrice termodinamica per la formazione dei polimeri.
Effetti biologici
Le eliche coniugate vengono utilizzate principalmente per promuovere le interazioni tra proteine, aiutando le proteine o i domini ad agganciarsi l'uno all'altro. Questa proprietà è fondamentale per una serie di funzioni biologiche, tra cui la fusione delle membrane, la spaziatura molecolare e le funzioni legate alla motilità delle vescicole.
Fusione di membrana
Il dominio elicoidale coniugato svolge un ruolo importante nell'infezione da HIV. Quando il virus entra in una cellula CD4-positiva, la glicoproteina gp120 si lega al recettore CD4 e al recettore centrale. A questo punto, gp120 e gp41 formano un complesso ternario e infine guidano la fusione del virus e della membrana cellulare attraverso un meccanismo di coniugazione. La sequenza peptidica di fusione N-terminale di gp41 viene fissata nella cellula ospite per ottenere la fusione. Di recente sono stati sviluppati degli inibitori basati sulla regione HR2, Fuzeon, per contrastare questo processo, con l'obiettivo di ridurre la capacità dell'HIV di infettare.
Come distanziatore molecolare
Il motivo elicoidale coniugato può anche fungere da separatore tra oggetti all'interno delle cellule. La lunghezza di questi distanziatori molecolari, domini elicoidali coniugati, è conservata e, cosa fondamentale, impediscono le interazioni tra i domini proteici. Un esempio tipico è la proteina Omp-α, che mantiene la distanza tra i componenti attraverso eliche coniugate.
Progettazione e applicazione
Le eliche coniugate offrono una soluzione progettuale al problema del ripiegamento delle proteine. Attraverso lo studio dell'elica coniugata di GCN4, gli scienziati hanno definito una grammatica in grado di predire efficacemente lo stato oligomerico in base alla sequenza degli amminoacidi. Ciò rende possibile l'impiego di eliche coniugate nella sintesi di nanostrutture, favorendo così lo sviluppo di nuovi sistemi di somministrazione di farmaci.
Sfruttando la funzionalità delle eliche coniugate, gli scienziati stanno sviluppando meccanismi di somministrazione dei farmaci più precisi per migliorare l'efficacia terapeutica.
Con lo studio approfondito della struttura dell'elica coniugata, il suo potenziale applicativo in campi quali la medicina, la bioingegneria e la nanotecnologia continuerà senza dubbio ad ampliarsi in futuro. Come possiamo usare questa misteriosa struttura per rimodellare la nostra comprensione del funzionamento della vita?
