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Molecola del Mese di Dicembre 2010
La nitrobindina è una proteina vegerale che contiene un gruppo
eme che permette alla pianta di immagazzinare ossido nitrico in modo sicuro
 Introduzione
Le proteine svolgono la maggior parte del lavoro nella
cellula . Alcune proteine, però, per funzionare correttamente,
hanno bisogno dell'aiuto di altre molecole.
L'emoglobina
(mdm 5-2003) , per esempio, utilizza una grossa molecola chiamata eme
(mostrata qui a lato) per intrappolare l'ossigeno gassoso O2,
una molecola molto piccola che altrimenti sarebbe difficile da catturare.
L'eme è una molecola planare che possiede quattro atomi di azoto
(blu) che sostengono nel centro un atomo di ferro (arancione). Svolge
compiti molto diversi inserito in vari tipi di proteine.
Nei citocromi, per esempio, l'eme trasporta elettroni, nella cicloossigenasi
ossida l'acido arachidonico e in alcune proteine trasporta molecole
gassose come l'ossigeno O2
(nell'emoglobina o nella mioglobina) o l'ossido nitrico NO.
Quando i ricercatori del CESG hanno scoperto una nuova proteina
contenente eme nella pianta Arabidopsis, si sono subito incuriositi
e si sono chiesti quale fosse la funzione di questo nuovo eme.
 L'eme
esposto
La nuova proteina, illustrata qui a fianco, è
stata chiamata nitrobindina (file PDB 3emm)
perché è in grado di trasportare ossido nitrico NO.
La posizione del gruppo eme, rosso e ben visibile in figura, è
risultata davvero strana perchè si trova sulla superficie della
proteina, esposto al solvente. Nelle altre proteine contenenti eme, invece,
il gruppo eme si trova sepolto in profondità all'interno della
proteina, circondato da alcuni amminoacidi particolari che si dispongono
proprio sopra e sotto l'atomo di ferro per proteggerlo da eventuali molecole
dannose.
Per esempio, nell'emoglobina, l'eme è circondato da due
istidine, una che si lega al ferro sotto il piano dell'eme e lo tiene
nella giusta posizione, l'altra che si trova vicina al ferro sopra il
piano dell'eme e lascia libero uno spazio appena sufficiente per il passaggio
dell'ossigeno che si deve legare al ferro, ma ostacola parzialmente l'ingresso
di molecole dannose come il monossido di carbonio CO e il cianuro CN-.
Nella nitrobindina, invece, l'eme è circondato da una
sola istidina che lega il ferro dietro il piano dell'eme per tenerlo
in posizione, ma dall'altro lato, quello esterno, il ferro è libero,
così può interagire con l'acqua e con l'ossido nitrico.
Questo fatto comporta che, in presenza di ossigeno, il ferro si ossida
rapidamente passando dallo stato di ossidazione 2+ a 3+ e in questo stato
ha una scarsa tendenza a legare sia ossigeno O2
che ossido nitrico NO.
Gestire l'ossido nitrico
Gli esperimenti hanno rivelato, comunque, che la
forma ridotta della proteina, che contiene ferro 2+, si lega all'ossido
nitrico NO con una buona affinità. Questo ha aperto un interrogativo
sulla funzione di questa proteina. L'ossido nitrico, nonostante la sua
tossicità, è largamente utilizzato nel mondo animale come
ormone, in particolare per controllare il flusso sanguigno locale. Gioca
un ruolo simile nelle cellule vegetali come parte di una complessa rete
di segnalazione che decide cosa fare quando le cellule vengono infettate
o danneggiate. Un indizio per capire la funzione della nitrobindina
è fornito da un'altra proteina simile che lega ossido nitrico,
la nitroforina.
La nitroforina viene prodotta dagli insetti che succhiano sangue ed
è usata per trasportare NO alle loro vittime, dove dilata i vasi
sanguigni e permette all'insetto di ottenere più sangue. La nitrobindina
può giocare un ruolo simile nelle piante permettendo di immagazzinare
NO in modo sicuro per utilizzarlo in un secondo momento.
Un'altra nitrobindina
Dopo aver studiato la struttura della nitrobindina
di Arabidopsis, i ricercatori hanno cercato nel genoma umano
e hanno trovato una proteina simile, la proteina THAP4 che contiene
un dominio con un gruppo eme simile a quello della nitrobindina.
Le due proteine (nitrobindina 3emm e THAP4
3ia8) sono mostrate qui sotto affiancate.
Entrambe hanno una catena proteica organizzata in modo da formare un
cilindro beta perfettamente simmetrico. All'estremità
superiore hanno una tasca che lega l'eme con una istidina
(rosa) , posta dietro il piano dell'eme, che lega direttamente il ferro
e, in basso, hanno una breve porzione ad alfa elica con solo
tre avvolgimenti. Di fronte all'eme vi è una seconda istidina
(rosa) che aiuta a tenerlo in posizione.
Notate che i segmenti beta sono tutti antiparalleli, infatti le punte
delle freccie della catene adiacenti guardano da parti opposte. La catena
sale e scende con regolarità per formare le pareti del cilindro
beta.
Nella figura qui sotto, vista dall'alto, si vede ancora meglio la struttura
cilindrica beta e il legame dell'istidina superiore con il ferro dell'eme
nella nitrobindina.
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Esplorando la struttura
Le due immagini qui sotto mostrano un particolare
della nitrobindina di Arabidopsis (file PDB 3emm),
e permettono di vedere meglio la molecola d'acqua (rossa) legata all'eme
nella stessa posizione nella quale si lega l'ossido nitrico.
Dietro l'eme, dalla parte opposta rispetto a quella occupata dalla molecola
d'acqua, si vede l'anello dell'istidina che lega il ferro e tiene l'eme
nella giusta posizione.
 Bibliografia
Bianchetti, C. M., Blouin, G. C., Bitto, E., Olson, J. S. &
Phillips, G. N. Proteins 78, 917- 931 (2010).
Wendehenne, D., Durner, J. & Klessig, D. F. Curr. Op. Plant
Biol. 7, 449-455 (2004).
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