Enzimi di organismi amanti del freddo che vivono a basse temperature, vicino al punto di congelamento dell'acqua, mostrano proprietà altamente distintive. In un nuovo studio pubblicato su Comunicazioni sulla natura , gli scienziati dell'Università di Uppsala hanno utilizzato calcoli su larga scala per spiegare perché molti enzimi adattati al freddo smettono di funzionare a temperatura ambiente.

Gli enzimi sono le "macchine" che mantengono il metabolismo in tutte le cellule viventi, ma purtroppo tutte le reazioni biochimiche normalmente si fermano alle basse temperature. L'evoluzione ha risolto questo problema sviluppando enzimi adattati al freddo in specie la cui temperatura interna delle cellule è la stessa dell'ambiente freddo esterno. Questo vale per innumerevoli organismi, dai batteri a certe piante e vertebrati a sangue freddo, come i pesci che vivono in acque molto fredde. Questi enzimi adattati al freddo hanno speciali proprietà termodinamiche che consentono loro di funzionare in condizioni di congelamento. Chiaramente, si sciolgono anche a temperature inferiori rispetto agli enzimi ordinari; ma non fa differenza se si sciolgono a circa 40 gradi Celsius, poiché non hanno mai bisogno di lavorare in un ambiente così caldo.

Però, un grande enigma irrisolto è stato il motivo per cui molti enzimi adattati al freddo smettono di funzionare anche a temperatura ambiente, molto prima che inizino a sciogliersi. I ricercatori Jaka Socan, Miha Purg e Johan Åqvist hanno ora, per la prima volta, riuscito a spiegarlo per mezzo di ampie simulazioni al computer.

Gli scienziati hanno simulato la reazione chimica in un enzima che degrada l'amido di un batterio antartico a varie temperature, e confrontato questo con i calcoli relativi allo stesso enzima da un normale, maiale a sangue caldo. L'enzima antartico ha poi dimostrato di iniziare a rompersi localmente anche a temperatura ambiente, e questo difetto fa sì che le molecole di amido aderiscano molto meno bene all'enzima. Questo fenomeno dà luogo ad una velocità massima di reazione a 25 gradi Celsius, e avviene a circa 15 gradi Celsius al di sotto del punto di fusione. Nell'enzima suino, d'altra parte, la velocità di reazione continua ad aumentare finché l'enzima non si scioglie a circa 60 gradi Celsius.

Con calcoli al computer, è così possibile identificare quali parti degli enzimi adattati al freddo danno origine alle loro proprietà speciali.

"Sia i nostri nuovi risultati che quelli precedenti da simulazioni al computer di vari enzimi adattati al freddo, e i loro mutanti, mostrano che ora abbiamo raggiunto una fase in cui è possibile riprogettare razionalmente gli enzimi per modificare le loro proprietà in modo prevedibile. Questo approccio è stato a lungo un obiettivo, ma fino ad oggi non è stato in grado di competere con l'evoluzione casuale di laboratorio degli enzimi, per il quale Frances Arnold è stata insignita del Premio Nobel nel 2018, "dice Johan Åqvist, Professore di Chimica Teorica presso il Dipartimento di Biologia Cellulare e Molecolare, Università di Upsala.