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Ottenuta la mappa tridimensionale del fitocromo

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In primavera la pianta “capisce” che la temperatura è più elevata, che le giornate diventano più lunghe, che la quantità di luce solare è maggiore. Ciò avviene grazie ai fitocromi, proteine che registrano le trasformazioni climatiche e la forza del sole e lanciano alla pianta messaggi chimici perché riprenda la sua attività di crescita.

Tali segnali mettono in moto gli ormoni, che agiscono come messaggeri chimici (in primavera stimolano la vita della pianta, invece in autunno la rallentano).

Ma come funziona questo interruttore?

Gli scienziati del Brookhaven National Laboratory del Dipartimento dell’energia degli Stati Uniti, in collaborazione con l’Università del Wisconsin a Madison, sono riusciti a creare la mappa tridimensionale del fitocromo.

Precedenti studi avevano dimostrato che il fitocromo, esiste in due stati stabili. I due stati sono sensibili a lunghezze d’onda della luce leggermente differenti, rispettivamente al rosso e al “rosso lontano”, prossimo cioè all’estremo dello spettro luminoso.

Quando il fitocromo assorbe i fotoni di una delle lunghezze d’onda o dell’altra cambia forma e invia segnali che consentono alla pianta di sapere quando fiorire, produrre clorofilla e crescere. Come per molte molecole biologiche, la chiave della funzione del fitocromo è nella sua struttura. Ma per gli studiosi darne una descrizione dettagliata è una sfida formidabile, poiché la struttura della molecola è troppo dinamica per poter essere catturata con una singola immagine ottenuta con la cristallografia a raggi X. Per questo motivo, finora si era riusciti a studiare solo piccole porzioni fisse della molecola, ottenendo informazioni dettagliate ma frammentarie.

Come spiegano in un articolo apparso sui Proceedings of National Academy of Sciences, Huilin Li e colleghi del Brookhaven hanno così avuto l’idea di analizzare il fitocromo di un comune batterio, che dal punto di vista biochimico e funzionale appare assai simile a quello presente nelle piante, ma è più facile da isolare. Grazie a una sofisticata tecnica che sfrutta coloranti a metalli pesanti, i ricercatori sono riusciti dapprima a visualizzare le molecole di studio mediante microscopia elettronica e poi a produrre immagini bidimensionali da diversi angolazioni e infine una mappa tridimensionale e un modello atomico dell’intero fitocromo.

Sebbene fosse noto che la molecola è composta di due unità “gemelle” che formano un dimero, la nuova struttura ha rivelato un’area di contatto tra le due unità sorprendentemente lunga che ne consente la diversa posizione relativa. Il modello elaborato supporta l’idea che l’assorbimento della luce in qualche modo regoli la forza e l’orientazione del contatto e che, tramite una serie di trasformazioni conformazionali, trasmetta un segnale lungo l’interfaccia molecolare. Il passo seguente sarà vedere come cambia la struttura in seguito all’assorbimento delle due diverse lunghezze d’onda e poi confrontare i due modelli.

 Riferimenti: http://www.pnas.org/content/early/2010/05/24/1001908107

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