Figura 1:I cambiamenti nella struttura indotti dalla luce (barre rosa) vicino a uno ione cloruro (sfera blu) sono sovrapposti alla struttura dello stato di riposo di una proteina di pompaggio (gialla). Le molecole d'acqua sono rappresentate da sfere rosse. Credito:Centro RIKEN per la ricerca sulla dinamica dei biosistemi
I biochimici RIKEN hanno scoperto come una minuscola pompa in un microbo marino trasporta ioni negativi nella cellula cambiando forma quando viene attivata dalla luce. Oltre a fornire informazioni su come funzionano queste pompe ioniche, i risultati saranno utili per migliorare gli strumenti basati sulla luce per la ricerca sul cervello.
Molti batteri e alghe unicellulari traghettano ioni dentro e fuori le loro cellule utilizzando pompe azionate dalla luce. Espellendo o accettando ioni, queste pompe consentono alle cellule di regolare il loro contenuto rispetto al loro ambiente. Agiscono alterando la loro forma quando attivati dalla luce.
Tali pompe azionate dalla luce non interessano solo ai biochimici; i neuroscienziati li usano per sondare i circuiti cerebrali negli animali accendendo e spegnendo i neuroni in risposta alla luce. Imparare come funzionano queste pompe consentirà ai ricercatori del cervello di personalizzarle per questa applicazione.
Le pompe azionate dalla luce che trasportano ioni positivi attraverso la membrana cellulare sono state ampiamente studiate, ma si sa molto meno sul funzionamento delle pompe che trasportano ioni cloruro negativi.
Ora, Mikako Shirouzu e Toshiaki Hosaka del RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research, Eriko Nango del RIKEN SPring-8 Center e i loro colleghi hanno utilizzato un potente laser a raggi X, di cui ce ne sono solo una manciata al mondo —per visualizzare come cambia la forma di una pompa di ioni cloruro azionata dalla luce durante il funzionamento.
Hanno osservato una pompa del cloro di un batterio marino che si basa sulla proteina fotosensibile rodopsina, un pigmento biologico simile a quello dei recettori della luce dell'occhio umano. Il team ha utilizzato ioni bromuro e ioduro più grandi anziché ioni cloruro perché sono più rilevabili dai raggi X.
I ricercatori hanno scoperto che la pompa aveva un meccanismo intrigante per impedire agli ioni cloruro di tornare nel modo in cui erano arrivati. "Siamo rimasti sorpresi di scoprire che il residuo di amminoacido Asn98, che interagisce con l'anione, impedisce il riflusso dello ione dopo il suo passaggio", afferma Hosaka. "C'è quindi un semplice meccanismo per trasportare un solo ione con un singolo cambiamento di forma."
I risultati, pubblicati in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , indicano che le rodopsine che pompano cloro utilizzano un meccanismo comune per spostare gli ioni in giro.
Il team intende studiare altre proteine rendendole prima sensibili alla luce. "La maggior parte delle proteine non risponde alla luce, il che le rende difficili da controllare", afferma Hosaka. "In futuro, vorremmo modificare le proteine ordinarie per renderle reattive alla luce e quindi studiare i cambiamenti di forma di una gamma più ampia di proteine". + Esplora ulteriormente
