Studio EPR dell'effetto del congelamento sull'eterogeneità strutturale di metallo-proteine

Introduzione 1 INTRODUZIONE Le proteine sono macromolecole, con una ben definita struttura tridimensionale, che svolgono un’ampia varietà di funzioni biologicamente importanti. La loro struttura nativa è determinata dal delicato equilibrio tra le interazioni intra e intermolecolari tra i diversi residui e tra questi e le molecole d’acqua che circondano la proteina. È stato mostrato che la compattezza di questa struttura è favorita dalla presenza dei ponti disolfuro, dal momento che l’eliminazione di uno o più di questi ponti si traduce in una riduzione della stabilità dello stato nativo a favore di quello denaturato (White, 1982; Inaka et al., 1991; Cooper et al., 1992). Ciò spiega perché negli ultimi tempi si sia dato molto spazio all’analisi del ruolo dei ponti disolfuro sulla stabilità del folding delle proteine. Le proteine sono sistemi altamente complessi e, a causa del loro caratteristico disordine strutturale, possono ripiegarsi in diversi modi. Ciò trova riscontro nell’esistenza dei sottostati conformazionali (CS). Il numero dei CS dipende dalla temperatura e dalle caratteristiche chimico-fisiche del solvente in cui le proteine si trovano. Le fluttuazioni tra di essi sono importanti per il funzionamento delle biomolecole (Frauenfelder et al., 1988). Nell’attivazione delle fluttuazioni l’interazione dinamica proteina-solvente gioca un ruolo di primo piano. In particolare, si ritiene che il moto conformazionale sia accoppiato alla dinamica dell’acqua d’idratazione (Doster et al., 1986). Abbassando la temperatura al di sotto dei 200 K, le molecole di proteina sono bloccate in una particolare conformazione e danno luogo ad una distribuzione statica dei sottostati (Frauenfelder, 1987). L’applicazione della spettroscopia di Risonanza Paramagnetica Elettronica (EPR) allo studio delle metallo-proteine ha notevolmente contribuito alla comprensione dell’eterogeneità strutturale delle proteine a bassa temperatura (Brill, 1977; Hagen, 1981; Brill et al., 1986; Groeneveld et al., 1987; Cannistraro, 1990; Aqualino et al., 1991; Guzzi et al., 1997). Con il supporto di simulazioni al computer, basate su opportuni modelli teorici, le caratteristiche spettrali vengono interpretate in termini di una distribuzione del campo elettrico generato dai ligandi intorno allo ione metallico paramagnetico (Hagen, 1981; Brill et al., 1986; Bizzarri & Cannistraro, 1991).