|
|
Avvelenamento da piombo |
|||||
|
Molecola del Mese di Aprile 2016 Gli ioni piombo avvelenano le proteine del nostro corpo bloccando la loro normale funzione  IntroduzioneIl piombo è un metallo pesante estraneo al nostro metabolismo, le nostre cellule non ne hanno alcun bisogno, anzi costituisce un pericolo costante per la salute. Il piombo è comune nell'ambiente e, dato che è facile da estrarre e modellare, è stato usato per secoli per costruire tubazioni, per realizzare smalti brillanti per vasi e pigmenti bianchi per vernici, per fabbricare suppellettili e proiettili. Sfortunatamente, quando gli ioni piombo entrano nel nostro corpo, si legano alle proteine al posto degli ioni metallici corretti compromettendo la loro funzione. Se vengono avvelenate le proteine del cervello o di altri organi, il risultato può essere mortale. Bloccare la produzione di eme ALAD (acido 5-amminolevulinico deidratasi) è una delle proteine che possono essere avvelenate dal piombo. Realizza il primo passo nella sintesi dell'anello dell'eme e per catalizzare questa reazione ha bisogno di uno ione zinco. Nell'immagine qui sopra è mostrata la proteina ALAD avvelenata dal piombo (file PDB 1qnv), è composta di otto subunità evidenziate dai toni del blu, che contengono ioni piombo (sfere grigie) al posto di ioni zinco. L'enzima avvelenato è del tutto inattivo e così si blocca la sintesi di nuovi gruppi eme, questo porta all'anemia, uno dei più comuni sintomi dell'avvelenamento da piombo. Avvelenamento da piombo Il piombo è un veleno subdolo perchè viene eliminato con difficoltà dall'organismo e quindi, anche se è assunto in dosi molto piccole, si accumula lentamente nel nostro corpo. Ci possono volere mesi per eliminarlo dalle proteine del sangue, ma persiste per anni nel cervello e per decine di anni nelle ossa. L'avvelenamento da piombo è particolarmente pericoloso per i bambini perchè le proteine coinvolte nello sviluppo del sistema nervoso centrale sono molto sensibili al piombo. Per eliminare ogni possibile esposizione al piombo, la maggior parte degli stati del mondo ha deciso di bandirlo da vernici e benzine. Gli avvelenamenti da piombo sono diventati più rari, ma occasionalmente tornano alla cronaca. Per esempio, in una città del Michigan ci sono stati molti casi perchè l'acqua prelevata dal fiume era acida e negli impianti idrici vi erano tubazioni al piombo.  Piombo
e calcioMolte proteine di segnalazione usano livelli variabili di calcio per regolare le attività cellulari. Il piombo avvelena queste proteine legandosi nel sito di legame del calcio riducendo così la loro sensibilità ai livelli di calcio. Qui sono mostrati due esempi di proteine di segnalazione che a sinistra legano i normali ioni calcio (sfere verdi), mentre a destra sono avvelenate da ioni piombo (sfere grigie). Qui a fianco è illustrata la proteina chinasi C che ha un piccolo dominio che usa due ioni calcio per ancorarsi alla membrana cellulare ed attivare un sistema di segnalazione. (file PDB 1dsy, 3twy). Qui a fianco è mostrata la calmodulina (mdm 8-2003) che cattura quattro ioni calcio per trasformarsi nella forma attiva. Se confrontate le strutture normali sulla sinistra con quelle avvelenate sulla destra, osserverete che il piombo occupa non solo i siti di legame del calcio, ma si lega anche in altri siti della proteina (file PDB 1exr, 2v01). Esplorando la struttura  Gli
enzimi usano speciali combinazioni di amminoacidi per catturare gli ioni
zinco e calcio. In ALAD vi sono tre amminoacidi cisteina disposti a triangolo
per legare gli ioni zinco, mentre proteine come la calmodulina usano amminoacidi
acidi per catturare gli ioni calcio. Il piombo è meno selettivo
di questi due ioni e così si può legare ad entrambi i siti.Nelle immagini qui a lato si può vedere come cambia il sito attivo quando al posto dello zinco sono legati metalli pesanti come piombo o mercurio. Nella prima immagine si vede l'enzima ALAD che lega lo zinco (verde) usando gli atomi di zolfo (gialli) di tre cisteine (file PDB 1ylv). Osservate che lo zinco si inserisce alla perfezione in questa struttura. Si noti che, sotto lo zinco, è presente una lisina (amminoacido basico che termina con un azoto blu) che sta legando una molecola precursore della sintesi dell'eme (rosa).  Nella
seconda immagine (file PDB 1qnv), al
posto dello zinco è legato piombo (grigio). Le dimensioni dell'atomo di piombo sono maggiori di quelle dello zinco per questo sporge sotto le tre cisteine spingendo in basso la catena sottostante che quindi impedisce alla lisina di legare i precursori dell'eme. L'enzima avvelenato con piombo, quindi, è inattivo . Passando sull'immagine col cursore del mouse si può vedere la proteina con lo zinco legato per confrontare meglio le due strutture.  Nella
terza immagine si vede l'enzima ALAD avvelenato con mercurio
(file PDB 1qml). Anche il mercurio ha dimensioni più grandi dello zinco e deforma il sito attivo inattivando l'enzima. Passando col mouse sull'immagine compare la proteina con lo zinco legato per confrontare meglio le due strutture. Spunti per ulteriori esplorazioni Negli archivi PDB ci sono decine di proteine legate al piombo. Provate a consultare la pagina Ligand Summary per avere un aiuto nel trovarle. Potete anche trovare metalloproteine sensibili all'avvelenamento da piombo usando la pagina Ligand Summary per il calcio e lo zinco  Bibliografia3twy: K. A. Morales, M. Lasagna, A. V. Gribenko, Y. Yoon, G. D. Reinhart, J. C. Lee, W. Cho, P. Li & T. I. Igumenova (2011) Pb2+ as modulator of protein-membrane interactions. Journal of the American Chemical Society 133, 10599-10611. 2v01: P. Kursula & V. Majava (2007) A structural insight into lead neurotoxicity and calmodulin activation by heavy metals. Acta Crystallographica F63, 653-656. Garza, R. Vega, E. Soto (2006) Cellular mechanisms of lead neurotoxicity. Medical Science Monitor 12, RA57-65. 1exr: M. A. Wilson & A. T. Brunger (2000) The 1.0 A crystal structure of Ca(2+)-bound calmodulin: an analysis of disorder and implications for functionally relevant plasticity. Journal of Molecular Biology 301, 1237-1256. 1qnv: P. T. Erskine, E. M. H. Duke, I. J. Tickle, N. M. Senior, M. J. Warren & J. B. Cooper (2000) MAD analyses of yeast 5-aminolaevulinic acid dehydratase: their use in structure determination and in defining the metal binding sites. Acta Crystallographica D56, 421-430. 1ylv: P. T. Erskine, R. Newbold, J. Roper, A. Coker, M. J. Warren, P. M. Shoolingin-Jordan, S. P. Wood & J. B. Cooper (1999) The Schiff base complex of yeast 5-aminolaevulinic acid dehydratase with laevulinic acid. Protein Science 8, 1250-1256. 1dsy: N. Verdaguer, S. Corbalan-Garcia, W. F. Ochoa, I. Fita & J. C. Gomez-Fernandez (1999) Ca(2+) bridges the C2 membrane-binding domain of protein kinase Calpha directly to phosphatidylserine. EMBO Journal 18, 6329-6338. M. J. Warren, J. B. Cooper, S. P. Wood & P. M. Shoolingin-Jordan (1998) Lead poisoning, haem synthesis and 5-aminolaevulinic acid dehydratase. Trends in Biochemical Sciences 23, 217-221.
|
||||||
|
|
||||||
