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

Carotenoidi Ossigenasi


Molecola del Mese di Giugno 2005

Carotenoidi Ossigenasi
Mangia le carote o diventerai cieco! La ragione biochimica di questa minaccia che viene ogni tanto rivolta ai bambini è che abbiamo bisogno di retinale, vitamina A, per formare il pigmento fotosensibile dei nostri occhi. Sfortunatamente, le nostre cellule non sono in grado di sintetizzarlo, così dobbiamo assumerlo con la dieta. Possiamo ottenere la nostra dose giornaliera di vitamina A in due modi diversi. Possiamo mangiare cibi che contengono retinale, come per esempio la carne, oppure possiamo mangiare cibi che contengono molecole che possono essere trasformate in retinale e qui entrano in gioco le carote. Queste sono ricche di beta-carotene che le nostre cellule possono tagliare a metà per formare due molecole di retinale usando l'enzima carotenoidi ossigenasi .

Carotenoidi colorati
Il colore intenso delle carote e di molti altri vegetali arancioni o gialli è dovuto a molecole di carotenoidi come il beta-carotene. I carotenoidi sono molecole lunghe e sottili con una lunga serie di doppi e singoli legami carbonio-carbonio in sequenza . Questi legami assorbono la luce e danno ai carotenoidi il loro caratteristico colore arancione. Nelle piante sono stati scoperti centinaia di tipi diversi di carotenoidi che sono responsabili del colore dei fiori, delle foglie, dei frutti e anche delle radici. I carotenoidi sono estremamente utili, sia per la pianta sia per chi si nutre della pianta.
Nelle piante, i carotenoidi aiutano le molecole di clorofilla ad assorbire la luce nella fotosintesi.
I carotenoidi assorbono anche la luce in eccesso quando questa raggiunge livelli pericolosi. La retina, per esempio, contiene carotenoidi come la luteina che ci proteggono dalla luce in eccesso che danneggerebbe gli occhi.
I carotenoidi sono anche antiossidanti e tolgono di mezzo le forme più reattive di ossigeno, distruggendole prima che danneggino le molecole più sensibili delle nostre cellule.

Carotenoidi in Pezzi
I carotenoidi costituiscono il materiale di partenza per sintetizzare molti composti utili. Nelle piante, i carotenoidi vengono rotti in piccoli frammenti che si comportano come ormoni e formano anche composti volatili dal piacevole profumo floreale. Nelle nostre cellule i carotenoidi vengono tagliati a metà per formare due molecole di retinale, o vitamina A, che viene usato per sintetizzare i pigmenti della visione ed è usato anche come molecola di segnalazione per controllare la crescita e la specializzazione delle cellule nei nostri tessuti. Molte di queste reazioni di frammentazione sono compiute dall'enzima carotenoidi ossigenasi, che usa una molecola di ossigeno per compiere il taglio.

Tagliare i Carotenoidi
La carotenoidi ossigenasi intrappola una molecola di carotenoide in una tasca profonda e la taglia in due pezzi usando ossigeno. Uno ione ferro aiuta la reazione, tenendo l'ossigeno nella posizione corretta ed attivandolo. L'enzima mostrato qui sopra (file PDB 2biw) viene da un cianobatterio. Taglia una varietà di carotenoidi in corrispondenza di un preciso legame al centro della molecola. Anche il corrispondente enzima umano taglia il beta-carotene nel centro, formando due molecole di retinale.

Carotene e Retinale in Azione
Si possono vedere i carotenoidi ed i loro prodotti in azione in molte strutture presenti negli archivi PDB. Molte molecole di beta-carotene si trovano nei grandi fotosistemi che catturano la luce nella fotosintesi. L'esempio mostrato qui a fianco sulla sinistra è il fotosistema I di un cianobatterio, (file PDB 1jb0). Si possono vedere molte molecole di beta-carotene che affiorano tutto intorno (arancioni).
Il retinale è la metà del beta-carotene, si trova nelle proteine sensibili alla luce come la rodopsina (mdm 3-2012), mostrata qui a fianco sulla destra (file PDB 1f88). Il retinale, magenta, è immerso in profondità nella proteina ed è legato ad un amminoacido di lisina.


Bibliografia

G. Giuliano, S. Al-Babili and J. von Lintig (2003) Carotenoid oxygenases: cleave it or leave it. Trends in Plant Science 8, 145-149.

G. E. Bartley and P. A. Scolnik (1995) Plant carotenoids: pigments for photoprotection, visual attraction, and human health. The Plant Cell 7, 1027-1038.