Le proteine ​​sono essenziali per ogni cellula vivente e responsabili di molti processi fondamentali. In particolare, sono necessari come biocatalizzatori nel metabolismo e per la segnalazione all'interno della cellula e tra le cellule. Molte malattie sono il risultato di fallimenti in questa comunicazione, e le origini della segnalazione nelle proteine ​​sono state fonte di un grande dibattito scientifico. Ora, per la prima volta, un team di ricercatori dell'Università di Göttingen ha effettivamente osservato i protoni mobili che svolgono questo lavoro in ogni cellula vivente, fornendo così nuove informazioni sui meccanismi. I risultati sono stati pubblicati in Natura .

I ricercatori dell'Università di Göttingen guidati dai professori Kai Tittmann e Ricardo Mata hanno trovato un modo per coltivare cristalli proteici di alta qualità di una proteina umana. L'acceleratore di particelle DESY ad Amburgo ha permesso di osservare i protoni (particelle subatomiche con carica positiva) che si muovono all'interno della proteina. Questa sorprendente "danza dei protoni" ha mostrato come sezioni distanti della proteina fossero in grado di comunicare istantaneamente tra loro, come l'elettricità che si muove lungo un filo.

Inoltre, Il gruppo di Tittmann ha ottenuto dati ad alta risoluzione per diverse altre proteine, mostrando in un dettaglio senza precedenti la struttura di una sorta di legame idrogeno in cui due atomi più pesanti condividono effettivamente un protone (noto come "legame idrogeno a bassa barriera"). Questa è stata la seconda sorpresa:i dati hanno dimostrato che il legame idrogeno a bassa barriera esiste davvero nelle proteine ​​risolvendo una controversia lunga decenni, e di fatto svolge un ruolo essenziale nel processo.

"I movimenti dei protoni che abbiamo osservato assomigliano molto al giocattolo noto come culla di Newton, in cui l'energia viene istantaneamente trasportata lungo una catena di sfere metalliche sospese. Nelle proteine, questi protoni mobili possono collegare immediatamente altre parti della proteina, " ha spiegato Tittmann, che è anche Max Planck Fellow presso il Max Planck Institute for Biophysical Chemistry a Göttingen. Il processo è stato simulato con l'aiuto di calcoli di chimica quantistica nel laboratorio del professor Mata. Questi calcoli hanno fornito un nuovo modello per il meccanismo di comunicazione dei protoni. "Sappiamo da tempo che i protoni possono muoversi in modo concertato, come in acqua per esempio. Ora sembra che le proteine ​​si siano evolute in modo tale da poter effettivamente utilizzare questi protoni per la segnalazione".

I ricercatori ritengono che questa svolta possa portare a una migliore comprensione della chimica della vita, migliorare la comprensione dei meccanismi della malattia e portare a nuovi farmaci. Questo progresso dovrebbe consentire lo sviluppo di proteine ​​commutabili che possono essere adattate a una moltitudine di potenziali applicazioni in medicina, biotecnologie e chimica ecologica.