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

Proteine Artificiali

Indice 2005

Proteine Artificiali
Dato che impariamo sempre di più sulle proteine e sul loro funzionamento, è naturale che vogliamo usare queste conoscenze per modificare proteine o per costruirne di nuove. Fin dai primi anni 1980, gli scienziati hanno usato le nuove conoscenze sulla struttura e sulla funzione delle proteine per ridisegnare proteine esistenti e, più recentemente, per progettare proteine completamente nuove.

Progettare Proteine
Quando gli scienziati hanno cominciato questa ricerca, hanno scoperto molto presto che le proteine erano più complicate di quanto sembrava. I diversi tipi di amminoacidi, ognuno con le proprie caratteristiche chimiche, collaborano insieme per indurre la catena della proteina a ripiegarsi in una struttura stabile e compatta.
Molti amminoacidi apolari a lunga catena, come leucina, isoleucina e fenilalanina vengono posti nella parte interna della proteina, perchè sono in grado di legarsi strettamente tra loro, mentre sono incompatibili con l'acqua.
D'altra parte, amminoacidi carichi, come lisina, arginina e acido aspartico, sono in genere distribuiti sulla superficie della proteina per renderla solubile in acqua.
Amminoacidi capaci di formare legami idrogeno, come serina ed asparagina, sono disposti in punti strategici per legare insieme porzioni diverse della catena.
Infine, amminoacidi particolari come glicina e prolina sono utilizzati per piegare la catena in una nuova direzione.

Progettare in negativo
Questa combinazione di forze favorevoli blocca la catena proteica in una struttura stabile e compatta. Ma questo è solamente il primo passo nel progetto di una proteina. Per progettare una proteina che si possa ripiegare con successo, bisogna anche assicurarsi che abbia una sola struttura stabile. Se ci sono anche altri modi di ripiegare la proteina, questi competeranno con la struttura desiderata e ne ostacoleranno la costruzione. Quindi, non è sufficiente progettare una struttura proteica stabile, bisogna anche progettare una proteina che sia instabile in ogni altra conformazione.

Proteine nuove
Basandosi su un'esperienza di molti anni di ricerca nel campo della struttura delle proteine, gli scienziati del Centro di Ricerca sul Cancro Fred Hutchinson di Seattle hanno valutato con successo questi elementi di progetto positivo e negativo per creare una proteina completamente nuova. Hanno cominciato con un avvolgimento che non era mai stato osservato in natura, mostrato qui sopra sulla sinistra. Poi, hanno usato un metodo computazionale, cioè di calcolo al computer; per progettare una sequenza di amminoacidi che adottasse questo avvolgimento. Quando hanno costruito la proteina, che hanno chiamato Top7, hanno scoperto che si avvolgeva assumendo esattamente la struttura che avevano previsto, come si può vedere nell'archivio PDB 1qys.

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