In che modo le cellule impediscono l’accumulo dei metalli pesanti

Molti metalli di transizione come rame, zinco e cobalto ricoprono ruoli fondamentali nei processi biochimici e sono quindi cruciali per l’attività metabolica e la sopravvivenza delle cellule. Al contrario il cadmio, il mercurio e il piombo sono tossici e danneggiano determinate vie biochimiche e le cellule hanno sviluppato meccanismi per rimuovere questi metalli dal loro ambiente intracellulare.

I metalli pesanti sono trasferiti fuori dalla cellula dalle ATPasi transmembrana di tipo P1B, che utilizzano l’energia di ATP. Ma il meccanismo dettagliato con cui queste macchine molecolari svolgono la loro funzione non è stato completamente compreso.

Gli scienziati del progetto P1BPUMPS (Structural and functional characterization of molecular nanomachines: principles of transition metal selectivity and transport in heavy metal P1B-type ATPases), finanziato dall’UE, hanno utilizzato un approccio multidisciplinare strutturale e biochimico per ottenere informazioni molecolari sulla struttura e la funzione di questi trasportatori. Sono riusciti a esprimere e purificare proteine ricombinanti da diverse specie di archibatteri e batteri per una caratterizzazione strutturale, biochimica, biofisica e funzionale. Hanno determinato la selettività rispetto ai metalli di una serie di ATPasi di tipo P1B e ne hanno studiato l’attività “uniporter” e “antiporter”.

Il consorzio ha utilizzato varie tecniche di spettroscopia per identificare i siti di legame dei metalli e determinare la geometria del legame coi metalli oltre alla chimica alla base della traslocazione dei metalli. Gli scienziati hanno inoltre ricostituito le proteine purificate in bistrati lipidici artificiali e hanno utilizzato sonde a fluorescenza per monitorare in tempo reale il trasporto dei metalli.

Nel loro insieme le attività dello studio P1BPUMPS hanno svelato i principi molecolari alla base del trasporto dei metalli attraverso le membrane biologiche. Cosa importante, la comprensione della struttura e della funzione di queste pompe ATPasi P1B contribuirà alla progettazione di modulatori della loro attività.