Alla scoperta del ruolo dei composti ferro-solfuro

Professor Dr. Antonio Pierik (da sinistra a destra), Professor Dr. Volker Schünemann, la dottoranda Christina Müller e il Professor Dr. Michael Schroda lavorano insieme nel programma di specializzazione. (Foto: Koziel/TUK)

I globuli rossi grazie ai loro atomi di ferro possono trasportare ossigeno. Anche in altri luoghi delle nostre cellule il metallo viene impiegato, come ad esempio sotto forma di diversi composti di ferro-solfuro. Sono importanti tra l’altro negli enzimi e nel trasporto di elettroni nelle cellule. All’Università Tecnica di Kaiserslautern (TUK) tre team di ricerca studiano la loro sintesi e il ruolo nel metabolismo. I lavori si svolgono nel programma di ricerca prioritario (SPP) 1927 “Ferro-Solfuro per la vita” della Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG). Gli studi possono essere interessanti, ad esempio, per la biotecnologia, per sviluppare nuove forme di produzione di energia o per la produzione di principi attivi.

Che si tratti di respirazione, fotosintesi o altri percorsi metabolici – i centri ferro-solfuro rivestono un ruolo centrale in molti processi vitali. “Questi centri sono spesso integrati in un grande complesso proteico”, spiega il professor Dr. Antonio Pierik, che lavora nel settore di biochimica alla TUK. Sono già comparsi precocemente nell’evoluzione e si trovano in batteri, funghi, piante e animali. Negli enzimi sono importanti, ad esempio, per consentire processi catalitici come la scissione di molecole di zucchero. Sono anche essenziali per la produzione di energia della cellula, poiché attraverso di essi avviene il trasporto di elettroni e in questo modo può essere immagazzinata energia sotto forma di molecole.

Nel quadro dell'SPP 1927 i gruppi di ricerca di Kaiserslautern studiano la struttura precisa di questi centri e come sono incorporati nelle proteine. “Esistono molte diverse connessioni ferro-solfuro”, dice Pierik. “Vogliamo anche capire come vengono sintetizzate all’interno della cellula.”

Per le loro ricerche i ricercatori utilizzano tecniche speciali: sfruttano le proprietà magnetiche del ferro. Il team di Pierik utilizza la spettroscopia di risonanza di spin elettronico. In questo metodo si invia radiazione microonde sul campione da analizzare, che si trova contemporaneamente in un campo magnetico, stimolando così gli elettroni di ferro. Come un’impronta digitale, i ricercatori ottengono durante la misurazione spettri caratteristici per ciascun centro ferro-solfuro.

Il professor Schünemann e il suo gruppo di lavoro del settore di biofisica e fisica medica usano la spettroscopia Mössbauer. “Si tratta di una tecnica analitica che sfrutta l’assorbimento di raggi X ad alta energia dal nucleo atomico del ferro”, spiega Schünemann. Con entrambe le tecniche i due team ottengono successivamente un’immagine precisa della composizione dei centri metallici.

Questi risultati sono completati dal lavoro del professor Schroda e del suo gruppo di lavoro del settore di biotecnologia molecolare e biologia dei sistemi. Qui si utilizza la spettrometria di massa. Con questa tecnica si identificano e quantificano le molecole proteiche in base alla loro massa. In sostanza, vengono pesate. “Come un’impronta digitale, anche ogni molecola possiede un valore caratteristico”, spiega il professor Schroda.

Insieme, i tre gruppi di ricerca ottengono un’immagine dettagliata delle connessioni ferro-solfuro e dei complessi proteici in cui sono integrati. Questi risultati sono interessanti non solo per la ricerca di base, ma anche per la biotecnologia, ad esempio, per la sintesi di principi attivi medici o per nuove forme di produzione di energia.

Il programma SPP è diretto e coordinato dalla professoressa Dr. Silke Leimkühler dell’Università di Potsdam. L’obiettivo è comprendere il ruolo preciso dei metalli e come questi influenzano l’attività delle proteine. Il programma è ora nella seconda fase di finanziamento. Nella prima fase hanno partecipato i professori Pierik e Schünemann. I due hanno ricevuto circa 478.000 euro dalla DFG per questi lavori. Ora anche il professor Schroda partecipa al progetto. Insieme, i tre gruppi di lavoro ricevono circa 781.000 euro, così che le ricerche presso la TU Kaiserslautern nell’ambito dell'SPP sono state o sono finanziate con circa 1,26 milioni di euro.

Risposte alle domande:

Prof. Dr. Antonio Pierik
Settore di biochimica
Tel.: 0631 205-3421
Email: pierik(at)chemie.uni-kl.de

Prof. Dr. Volker Schünemann
Settore di biofisica e fisica medica
Tel.: 0631 205-4920
Email: schuene(at)physik.uni-kl.de

Prof. Dr. Michael Schroda
Settore di biotecnologia molecolare e biologia dei sistemi
Tel.: 0631 205-2697
Email: schroda(at)bio.uni-kl.de