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Monellina |
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Molecola del Mese di Luglio 2016 La monellina e altre piccole proteine dal sapore estremamente dolce sono in grado di interagire coi nostri recettori del gusto  MonellinaLo zucchero ha un sapore dolce per un'ottima ragione: è una fonte veloce e facile di energia per le nostre cellule e quindi l'evoluzione ci ha indotto a provare piacere quando ce ne nutriamo. Le papille gustative hanno speciali sensori per gli zuccheri che ci ricompensano con un gusto piacevole quando mangiamo cibi dolci. Esistono però anche altre molecole che possono attivare questi sensori regalandoci un gusto piacevole di dolce anche se non stiamo assumendo calorie. Tra queste vi sono i dolcificanti artificiali, come l'aspartame e la saccarina che sono piccole molecole che somigliano agli zuccheri, ma anche alcune proteine hanno un sapore estremamente dolce come la monellina mostrata qui a fianco (file PDB 3mon)  Proteine
dolciMolte proteine estremamente dolci sono state scoperte in piante africane compresa la monellina (file PDB 3mon), la taumatina (file PDB 1thv) e la brazzeina (file PDB 2brz). Rispetto al numero di molecole presenti, queste piccole proteine sono anche 100.000 volte più dolci del glucosio, così ne basta una quantità minima per ottenere un gusto altrettanto dolce. Quando queste proteine sono state scoperte, i ricercatori hanno ipotizzato che avessero una piccola estensione che mimava la struttura di uno zucchero. Quando ne è stata determinata la struttura, però, non si sono trovate estensioni e la teoria attuale suppone che agiscano come cunei che bloccano i recettori del dolce nella conformazione attiva. Proteine che modificano il gusto Alcune proteine scoperte nelle piante tropicali hanno una proprietà ancora più strana, possono alterare il gusto dei cibi. La neoculina (file PDB 2d04) e la miracolina (non mostrata) possono trasformare cibi aspri in dolci. Hanno alcuni amminoacidi che cambiano le proprietà di un ambiente acido (aspro) e poi stimolano i nostri recettori del dolce, e così siamo convinti di mangiare qualcosa di dolce. La gurmarina (file PDB 1c4e) ha la proprietà opposta. E' un soppressore di sapore che blocca la nostra sensibilità per lo zucchero, così i cibi dolci ci appaiono non zuccherati. Molti amminoacidi sulla superficie della monellina (in magenta nella figura qui sotto) sono responsabili per il suo sapore dolce. Si pensa che si leghino alla tasca sensibile allo zucchero del recettore del gusto dolce che è simile al recettore del glutammato (qui sotto in blu).  Sentire
il dolceLa nostra sensibilità al gusto dolce è gestita da un solo tipo di recettore, chiamato TIR2/TIR3, che ha una struttura simile al recettore del glutammato mostrato qui a fianco (file PDB 2e4z e 4or2). Questo è composto di due parti, un dominio all'esterno della cellula che lega lo zucchero ed un dominio GPCR (un recettore accoppiato ad una proteina G) che attraversa la membrana per portare il segnale all'interno della cellula. La monellina, come altre proteine dolci, si lega in una tasca profonda che circonda il sito di legame per lo zucchero inducendo il recettore a credere che ci sia uno zucchero legato. Esplorando la struttura Dato che è così dolce, la monellina sarebbe ideale per preparare cibi dietetici infatti ne occorrerebbero dosi minime. D'altra parte, però, la monellina perde rapidamente la sua dolcezza se viene riscaldata e quindi non è adatta per i cibi che devono essere cotti. Per risolvere questo problema i ricercatori hanno ingegnerizzato la monellina ottenendo nuove forme resistenti al calore legando insieme le sue due catene come si vede nell'immagine qui sotto.  Qui sotto sono mostrate due immagini interattive che mostrano le due monelline ingegnerizzate formate da una sola catena (file PDB 1mol e 1fa3) in confronto con la monellina originale (file PDB 3mon) che compare appena si passa col mouse sulla figura. 
. . .  Spunti per ulteriori esplorazioni La taumatina è usata spesso come sistema di paragone quando i ricercatori stanno sviluppando nuove tecniche di cristallografia di proteine perche è disponibile e facile da cristallizzare. Provate a cercare “thaumatin” per individuare altre forme in cui è stata usata. Le proteine lisozima e mabinlina (lysozyme e mabinlin) hanno anch'esse un sapore dolce anche se non così intenso come quelle mostrate in questa pagina. Cercatele nel PDB ed esploratene la struttura.  Bibliografia4or2: H. Wu, C. Wang, K. J. Gregory, G. W. Han, H. P. Cho, Y. Xia, C. M. Niswender, V. Katritch, J. Meiler, V. Cherezov, P. J. Conn & R. C. Stevens (2014) Structure of a class C GPCR metabotropic glutamate receptor 1 bound to an allosteric modulator. Science 344, 58-64. D. Picone & P. A. Temussi (2012) Dissimilar sweet proteins from plants: oddities or normal components? Plant Science 195, 135-142. 2e4z: T. Muto, D. Tsuchiya, K. Morikawa & H. Jingami (2007) Structures of the extracellular regions of the group II/III metabotropic glutamate receptors. Proceedings of the National Academy of Science USA 104, 3759-3764. P. A. Temussi (2006) Natural sweet macromolecules: how sweet proteins work. Cellular and Molecular Life Sciences 63, 1876-1888. 2d04: A. Shimizu-Ibuka, Y. Morita, T. Terada, T. Asakura, K. Nakajima, S. Iwata, T. Misaka, H. Sorimachi, S. Arai & K. Abe (2006) Crystal structure of neoculin: insights into its sweetness and taste-modifying activity. Journal of Molecular Biology 359, 148-158. 1fa3: R. Spadaccini, O. Crescenzi, T. Tancredi, N. De Casamassimi, G. Saviano, R. Scognamiglio, A. Di Donato & P. A. Temussi (2001) Solution structure of a sweet protein: NMR study of MNEI, a single chain monellin. Journal of Molecular Biology 305, 505-514. 1c4e: J. I. Fletcher, A. J. Dingley, R. Smith, M. Connor, M. J. Christie & G. F. King (1999) High-resolution solution structure of gurmarin, a sweet-taste-suppressing plant polypeptide. European Journal of Biochemistry 264, 525-533. 2brz: J. E. Caldwell, F. Abildgaard, Z. Dzakula, D. Ming, G. Hellekant & J. L. Markley (1998) Solution structure of the thermostable sweet-tasting protein brazzein. Nature Structural Biology 5, 427-431. 1thv: T. P. Ko, J. Day, A. Greenwood & A. McPherson (1994) Structures of three crystal forms of the sweet protein thaumatin. Acta Crystallographica D50, 813-825. 1mol: J. R. Somoza, F. Jiang, L. Tong, C. H. Kang, J. M. Cho & S. H. Kim (1993) Two crystal structures of a potently sweet protein. Natural monellin at 2.75 A resolution and single-chain monellin at 1.7 A resolution. Journal of Molecular Biology 234, 390-404. 3mon: Kim S. H., de Vos, A. & Ogata, C. (1988) Crystal structures of two intensely sweet proteins. Trends in Biochemical Sciences 13, 13-15.
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