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

Anidrasi Carbonica

Indice 2004

Inspirare, Espirare
Respirare è una funzione fondamentale nella vita. Vi siete mai chiesti cosa accade realmente quando respiriamo? L'aria che respiriamo contiene prezioso ossigeno che è indispensabile per degradare gli zuccheri e i grassi nelle nostre cellule. Nei polmoni, l'ossigeno diffonde nel sangue, si lega all'emoglobina e viene trasportato in tutte le cellule del nostro corpo (si veda la Molecola del Mese del maggio 2003: Emoglobina). L'anidride carbonica è un sottoprodotto della degradazione degli zuccheri e dei grassi nelle cellule e deve essere eliminata dal nostro corpo. Di nuovo, il sangue funge da mezzo di trasporto. L'anidride carbonica diffonde fuori dalle cellule e viene trasportata dal sangue in tre modi diversi. Meno del 10% si scioglie nel plasma , circa il 20% si lega all'emoglobina, mentre la maggior parte (70%) viene trasformata in acido carbonico per essere trasportata ai polmoni. Un enzima presente nei globuli rossi del sangue, l'anidrasi carbonica, aiuta nella conversione dell'anidride carbonica ad acido carbonico e ioni bicarbonato. Quando i globuli rossi raggiungono i polmoni, lo stesso enzima aiuta a convertire di nuovo gli ioni bicarbonato in anidride carbonica che noi possiamo espirare. Queste reazioni possono avvenire anche senza enzima, ma l'anidrasi carbonica può aumentare la loro velocità fino ad un milione di volte.

Piante Verdi e Coralli
Anche le piante usano l'ossigeno per produrre energia, ed anche loro rilasciano anidride carbonica. Le piante verdi possono convertire l'acqua e l'anidride carbonica in zuccheri quando sono esposte alla luce del sole. Questo processo, la fotosintesi, utilizza l'anidride carbonica dell'atmosfera. L'anidride carbonica gassosa viene immagazzinata nelle piante come ioni bicarbonato. Sia nelle piante terrestri che in quelle acquatiche, l'anidrasi carbonica viene utilizzata per convertire di nuovo gli ioni bicarbonato in anidride carbonica per la fotosintesi. Un altro fenomeno biologico interessante, nel quale è coinvolto questo enzima, è la calcificazione dei coralli. Il calcio presente nell'acqua di mare reagisce col bicarbonato prodotto dall'anidrasi carbonica dei polipi del corallo, formando calcio carbonato. Questo viene depositato e forma la dura superficie esterna dei coralli.

Anidrasi Carbonica
L'anidrasi carbonica è un enzima che catalizza la rapida interconversione di anidride carbonica e acqua in acido carbonico, protoni e ioni bicarbonato. Questo enzima è stato identificato per la prima volta nel 1933, nei globuli rossi di bovino. Da allora, è stato trovato in abbondanza in tutti i tessuti dei mammiferi, ma anche in piante, alghe e batteri. Questo è un enzima antico e se ne conoscono tre classi distinte (chiamate anidrasi carbonica alfa, beta e gamma). I membri delle diverse classi hanno in comune molto poco della loro sequenza e della loro struttura, anche se svolgono tutti la stessa funzione e richiedono un ione zinco nel loro sito attivo. Le anidrasi carboniche dei mammiferi appartengono alla classe alfa, gli enzimi delle piante appartengono alla classe beta, mentre l'enzima dei batteri produttori di metano che vivono sul fondo delle paludi appartiene alla classe gamma. Appare evidente che queste classi di enzimi si sono evolute indipendentemente e hanno creato dei siti attivi enzimatici simili. Gli archivi PDB 1ca2, 1ddz e 1thj, mostrati qui a fianco dall'alto verso il basso, sono esempi di anidrasi carboniche alfa, beta e gamma rispettivamente. In queste figure gli ioni zinco nel sito attivo sono colorati di blu. Si noti che l'enzima alfa è un monomero, mentre l'enzima gamma è un trimero. Anche se l'enzima beta mostrato qui è un dimero, contiene quattro ioni zinco legati alla struttura e questo indica quattro possibili siti attivi enzimatici. Altri membri di questa classe formano tetrameri, esameri e ottameri, suggerendo che il dimero è probabilmente il costituente fondamentale per questa classe.
Le Anidrasi carboniche dei mammiferi si presentano in circa 10 forme lievemente diverse a seconda del tessuto o del tipo di cellule in cui sono localizzate. Questi isozimi hanno alcune variazioni di sequenza che conducono a specifiche differenze nella loro attività. Gli isozimi trovati nelle fibre muscolari hanno una bassa attività enzimatica se paragonati a quelli secreti dalle ghiandole salivari. Mentre la maggior parte degli isozimi di anidrasi carbonica è solubile e viene secreta, alcuni sono legati alle membrane di specifiche cellule epiteliali. Per un approfondimento sull'anidrasi carbonica dal punto di vista genomico, visitate la Proteina del Mese all'European Bioinformatics Institute.

Avanti: Anidrasi carbonica nella Salute e nella Malattia