Un gruppo di ricerca dell’Università di Friburgo, guidato dal biochimico Prof. Dr. Oliver Einsle, ha scoperto come la “proteina Shethna II” protegge dai danni l’enzima nitrogenasi che lega l’azoto. La proteina potrebbe contribuire a rendere la azotosi utilizzabile nella biotecnologia e quindi a ridurre la quantità di fertilizzante sintetico utilizzato. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Natura.
Un piccolo aiuto per grandi compiti: una proteina sensore dell’ossigeno protegge il meccanismo enzimatico della fissazione biologica dell’azoto da gravi danni. Il suo utilizzo nella biotecnologia potrebbe contribuire a ridurre in futuro l’uso di fertilizzanti sintetici in agricoltura. Un gruppo di ricerca guidato dal biochimico Prof. Dr. Oliver Einsle della Facoltà di Chimica e Farmacia e del Centro per gli studi sui segnali biologici (BIOSS) dell’Università di Friburgo ha scoperto esattamente come funziona la cosiddetta proteina Shethna II. Gli scienziati hanno utilizzato la microscopia crioelettronica di recente creazione a Friburgo. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Natura.
Il fertilizzante azotato è ecologicamente problematico
L’elemento azoto è un componente essenziale di tutti gli organismi viventi; in agricoltura viene spesso aggiunto come fertilizzante per consentire rese elevate a lungo termine. Tuttavia, la produzione e l’applicazione di questi fertilizzanti sono problematiche in termini energetici e ambientali. Da anni si tenta quindi di trasferire alle colture la naturale fissazione dell’azoto presente nei batteri e negli archaea. L’enzima azoto è responsabile del legame dell’azoto. Uno dei problemi più seri legati al trasferimento alle piante è che la nitratosi è estremamente sensibile all’ossigeno atmosferico, prodotto dalle piante stesse durante il processo di fotosintesi.
La proteina Shethna II forma un complesso con l’enzima nitratosi.
Philipp Franke, Simon Freiberger e il Dr. Lin Zhang del team guidato dal Prof. Oliver Einsle hanno ora potuto dimostrare come un piccolo fattore, la proteina Shethna II, registra un aumento della concentrazione di ossigeno. Quindi forma molto rapidamente un complesso con i due componenti dell’enzima nitratosi, che li protegge dai danni ossidativi. In questo processo, la proteina Shethna II attivata lega la molto più grande nitrofasi e la sua reduttasi associata, formando lunghi filamenti con entrambe le proteine in cui l’ossigeno non può raggiungere i centri attivi della nitroasi. Non appena le cellule superano lo stress ossidativo, il complesso si dissolve e l’enzima può riprendere il suo lavoro.
È ipotizzabile un utilizzo nelle cellule vegetali
Anche se la nitratosi viene prodotta direttamente nelle cellule vegetali, è probabile che fasi di stress così brevi con maggiore concentrazione di ossigeno si ripetano ancora e ancora. Nel caso dell’uso biotecnologico, la coproduzione della piccola proteina Shethna II potrebbe quindi aiutare a proteggere gli enzimi sintetizzati in modo elaborato nel loro nuovo ambiente e a mantenere la loro funzione nella cellula vegetale. “La produzione di una nitrogenasi funzionante nelle piante avvierebbe un cambiamento di paradigma nella biotecnologia verde, e questa piccola proteina può dare un contributo decisivo a renderlo possibile”, dice Einsle.
- Il Prof. Dr. Oliver Einsle è professore di biochimica presso la Facoltà di Chimica e Farmacia e membro del Centro per gli studi sui segnali biologici (BIOSS) dell’Università di Friburgo. La sua ricerca si concentra sulla struttura, funzione e biogenesi di sistemi enzimatici complessi. Philipp Franke, Simon Freiberger e il Dr. Lin Zhang fanno parte del gruppo di ricerca di Oliver Einsle.
- Il progetto è stato finanziato dall’Unione Europea con una sovvenzione avanzata ERC per il Prof. Dr. Oliver Einsle e dalla Fondazione tedesca per la ricerca (DFG) come parte del Centro di ricerca collaborativa “Organizzazione dinamica delle macchine proteiche cellulari”.
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