Svelati i segreti degli enzimi, i catalizzatori della vita
La vita non sarebbe possibile senza gli enzimi. Le reazioni chimiche che generano le sostanze di cui le nostre cellule e il nostro corpo hanno bisogno dipendono tutte dagli enzimi. Questa classe di proteine, che interessa ogni funzione, dalla respirazione alla digestione, è in grado di accelerare enormemente la velocità delle reazioni chimiche che altrimenti sarebbero impossibili da innescare. Fino ad oggi però gli scienziati non hanno capito bene come gli enzimi coordinino le loro attività all’interno della cellula, questione che ora la scienza moderna ha gli strumenti per affrontare. Il progetto MetaQ si concentra su una molecola chiamata coenzima Q e su come la si possa biosintetizzare. Sebbene sia noto soprattutto come ingrediente di prodotti di bellezza, il coenzima Q si trova in realtà ovunque in natura ed è essenziale per la vita. È un mediatore chimico chiave della respirazione, funziona come antiossidante e le alterazioni dei suoi livelli sono legate a molte malattie. «Per la sua complessità, il ruolo essenziale nella vita e l’importanza biomedica, la produzione di coenzima Q è un sistema ideale per studiare come le cellule coordinano l’attività enzimatica nel tempo e nello spazio», spiega il responsabile del progetto Andrea Mattevi dell’Università di Pavia, in Italia. Il coenzima Q rappresenta un modello ideale per affrontare le domande alla base della ricerca di MetaQ: come fanno gli enzimi a garantire uno scambio efficiente di molecole tra loro? In che modo impediscono la perdita o la degradazione dei prodotti di reazione prima che questi vengano elaborati dall’enzima successivo nel percorso? Come viene reclutato un enzima specifico in una via metabolica piuttosto che in un’altra? La speranza è che la biosintesi del coenzima Q fornisca le risposte.
Non una zuppa ma un insieme
Dal suo avvio nell’ottobre 2023, MetaQ ha scoperto diverse fasi chimiche precedentemente sconosciute nella biosintesi del coenzima Q nelle cellule umane. «Si tratta di una svolta fondamentale, che consente una comprensione più completa di questa via metabolica essenziale», commenta Mattevi. Il team ha anche scoperto che gli enzimi coinvolti in questo processo si uniscono per formare un insieme sciolto che funziona come una fabbrica chimica. «In questo modo, la serie di reazioni avviene in sequenza, riducendo al minimo la perdita di composti intermedi che potrebbero essere tossici per la cellula», osserva il ricercatore. Secondo Mattevi, questo è uno dei primi esempi che dimostra che le cellule non sono semplicemente una «zuppa di enzimi», in cui ogni enzima esegue la sua reazione chimica in modo isolato. «Esistono invece livelli di organizzazione più elevati in cui gli enzimi interagiscono e si co-localizzano per coordinare le loro attività, migliorare la loro efficienza e ridurre la produzione di scarti o, peggio, di sottoprodotti dannosi.» Il prossimo obiettivo del progetto è sviluppare e applicare strumenti sperimentali per comprendere il funzionamento di questa macchina enzimatica: come gli enzimi si uniscono, come interagiscono e come coordinano le loro funzioni attraverso la vicinanza fisica. MetaQ (When enzymes join forces: unmasking a mitochondrial biosynthetic engine) prevede poi di espandere la propria ricerca ad altri processi metabolici in cui l’orchestrazione degli enzimi consente complesse funzioni chimiche e metaboliche con importanti implicazioni biomediche. Se desideri che il tuo progetto sia presentato nella rubrica «Progetto del mese» in un prossimo numero, inviaci un’e-mail a editorial@cordis.europa.eu presentando le tue motivazioni.