Le
proteine hanno una struttura tridimensionale. Le lettere/aminoacidi che costituiscono le proteine
hanno una proprietà importante: possono interagire con altre lettere
/aminoacidi, anche distanti, della stessa proteina o con l’acqua in cui la
proteina è immersa. Questo deriva dal fatto che gli aminoacidi hanno
caratteristiche chimiche specifiche: alcuni sono acidi, altri basici, altri
neutri, certi aminoacidi si sciolgono bene in acqua altri non sono solubili e tendono
a stare lontani dall’acqua come fa l’olio. Il risultato netto è che, al
contrario delle parole, la proteina non è un oggetto lineare ma tutto ripiegato
su se stesso. Un po’ come un filo di lana tutto aggrovigliato a formare un
gomitolo: è un filo ma appare come un oggetto tridimensionale.
La differenza è che
l’intreccio del filo è casuale, mentre la proteina ha una struttura precisa
definita dalle interazioni che si stabiliscono tra gli aminoacidi e con
l’acqua. Questo suggerisce una serie di considerazioni:
a-
l’alfabeto
con cui sono scritte le proteine ha in sè la capacità di trasformare un oggetto
lineare (la sequenza di aminoacidi) in un altro tridimensionale.
b-
E’ la
struttura tridimensionale della proteina (come nel caso di tutti
gli oggetti
che ci circondano nella vita di tutti i giorni) che è importante e determina la
funzione. Vorrei attirare la vostra attenzione su questo concetto: l’informazione
lineare presente nella successione di lettere contiene in sé le regole per
ripiegarsi e formare un oggetto tridimensionale. Nell’esempio in figura la
scritta “si capisce che questo è un martello formato di lettere” è ripiegata a
formare un martello: a mala pena riusciamo a leggere la scritta mentre intuiamo
(spero) la forma del martello. Quando considerate una proteina, quello che
conta non è tanto la sua sequenza di aminoacidi bensì la sua struttura 3D e la
sua funzione. È come se emergesse una qualità nuova non presente negli elementi
che compongono l’oggetto. Volete un esempio più facile? Pensate ad un uomo.
Tutti noi siamo costituiti da cellule: 1013 (diecimila miliardi) di
cellule, tutte nel nostro corpo! Nessuna singolarmente pensa, gioca a calcio,
parla. Tutte queste proprietà “emergono” nell’individuo che è più della
semplice somma delle sue parti. La cosa importante è la persona non le singole
cellule che la compongono anche se ognuna è essenziale.
c-
Tornando
alle proteine, quali sono le regole che determinano le 3 dimensioni? Non le
conosciamo ancora completamente come dimostrato dal fatto che anche con i
computer più potenti del mondo non sappiamo ancora predire la struttura
tridimensionale di una proteina semplicemente in base alla sua sequenza di
aminoacidi. Facciamo però dei modelli che spesso (molto spesso) sono corretti e
che vengono poi verificati sperimentalmente da studi strutturali complessi che
utilizzano cristalli di proteine e raggi X. Quello che sappiamo è che la
struttura 3D determina la funzione della proteina ed entrambe (struttura e
funzione) dipendono non solo dalla sequenza di aminoacidi ma anche
dall’interazione degli aminoacidi con l’acqua, dalla concentrazione di sali,
dalla temperatura, dall’acidità e altre variabili. Provate a cambiare la
temperatura e la struttura della proteina cambia. L'esempio più comune è quello dell'uovo sodo. Questo vuol dire che l’informazione contenuta nella sequenza di
aminoacidi della proteina non è sufficiente per definire la struttura 3D della
proteina stessa. E’ l’interazione con l’ambiente che gioca un ruolo chiave. Questa è una differenza importante rispetto al modo in cui un essere "intelligente" come un uomo progetta le cose. Un ingegnere si preoccupa di stabilire la distribuzione spaziale degli oggetti, le forze necessarie per mantenere una certa struttura. La forma finita è già presente nella sua mente. Nel caso delle proteine questo non avviene. Quella che viene determinata è semplicemente la sequenza di aminoacidi. Se la struttura o la funzione è utile la cellula ne ha un vantaggio. Altrimenti...
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