Molecola del Mese
di David S. Goodsell
trad di Mauro Tonellato

Lisozima


Molecola del Mese di Settembre 2000

Aggredire i Batteri
Il lisozima ci protegge dal continuo pericolo delle infezioni batteriche. E' un piccolo enzima che attacca la parete cellulare dei batteri. I batteri costruiscono un robusto rivestimento di catene di carboidrati legate trasversalmente da piccole catene peptidiche, che avvolge la loro delicata membrana per difenderla dalla forte pressione osmotica interna della cellula. Il lisozima rompe queste catene di carboidrati, distruggendo l'integrità strutturale della parete cellulare e quindi i batteri esplodono per la loro stessa pressione interna.

Il Primo Antibiotico
Alexander Fleming ha soperto il lisozima mentre stava svolgendo una ricerca mirata per scoprire farmaci antibiotici. Egli ha continuato per anni ad aggiungere alle colture batteriche tutto quello che gli veniva in mente, cercando qualcosa che ne rallentasse la crescita. Fleming ha scoperto il lisozima per caso, un giorno, mentre aveva un forte raffreddore, ha aggiunto una goccia di muco ad una coltura e con sua grande sorpresa i batteri sono morti. Egli ha scoperto una delle nostre difese naturali contro le infezioni. Sfortunatamente il lisozima è una molecola troppo grande e non è utilizzabile come medicinale. Può essere applicato localmente, ma non può liberare tutto il corpo dalla malattia, perchè è troppo grande per muoversi tra le cellule. Per fortuna Fleming ha continuato la sua ricerca fino a quando, cinque anni dopo, ha scoperto un vero farmaco antibiotico: la penicillina (mdm 5/2002).

Guardiano Cellulare
Il lisozima protegge molti posti ricchi di cibo potenziale per i batteri con il quale questi potrebbero crescere. Il lisozima mostrato qui sopra è stato estratto dall'albume di uovo di gallina, dove protegge le proteine e i grassi che sevono a nutrire il pulcino che si sta formando. Questo lisozima è stato il primo enzima di cui è stata risolta la struttura ed ora è disponibile col codice PDB 2lyz. Anche le lacrime e il muco contengono lisozima per combattere le infezioni nelle superfici più esposte. Il sangue è il posto più pericoloso dove i batteri possono crescere, poichè verrebbero trasportati in tutti i distretti del corpo. Nel sangue il lisozima fornisce una certa protezione, insieme con le armi ancora più potenti del sistema immunitario.


Laboratorio Molecolare
Il lisozima è un enzima piccolo e stabile che costituisce un modello ideale per la ricerca sulla struttura e la funzione delle proteine.
Brian Matthews, all'Università dell'Oregon, ha compiuto una serie straordinaria di esperimenti e ha usato il lisozima come laboratorio di ricerca. Egli ha realizzato centinaia di mutazioni sulla molecola di lisozima utilizzando la tecnica del batteriofago, sostituendo uno o più amminoacidi nella catena proteica con altri diversi. Ha studiato l'effetto di rimuovere amminoacidi ingombranti dall'interno della proteina lasciando un buco, o quello di introdurre all'interno della proteina un grosso amminoacido dove normalmente non ci sarebbe stato. Ha cercato di creare nuovi siti attivi creando nuove tasche dalla forma di molecola.
Negli archivi PDB sono disponibili le strutture di centinaia di questi lisozimi mutanti, in realtà queste strutture sono così numerose che il lisozima rappresenta la proteina più comune negli archivi PDB. L'esempio mostrato qui sopra rappresenta un mutante nel quale due amminoacidi (mostrati in verde) sono stati sostituiti con cisteina, formando un nuovo ponte disolfuro (i due atomi gialli) nel mutante. L'enzima nativo, codice PDB 1lyd, è sulla sinistra, mentre il mutante, codice PDB 1l35, è sulla destra.


 

Esplorando la Struttura
Il lisozima ha un sito attivo a forma di lunga fenditura che si lega alle catene di carboidrati della parete cellulare dei batteri. La struttura mostrata qui a destra contiene un frammento di parete cellulare batterica, con due zuccheri con struttura ciclica e un piccolo pezzo di peptide dei legami trasversali. Basandosi sui modelli molecolari al computer, è stato proposto che il lisozima distorga la forma di uno degli anelli di zucchero della catena, rendendolo più facile da rompere (altri studi hanno suggerito che effetti diversi, come quelli elettrostatici, siano più importanti). Questa molecola (codice PDB 148l), mostra la possibile struttura di questo anello distorto. Normalmente, gli anelli degli zuccheri adottano una forma a "sedia" a zig-zag, come l'anello viola sulla destra. Confrontate questo anello con quello sulla sinistra, verde, che ha una forma appiattita, meno stabile detta a "mezza sedia".

Queste figure sono state create con Chime. Anche voi potete creare immagini simili cliccando sui codici di accesso PDB qui sopra, e poi scegliendo una voce nel menù "View Structure".