Differenze evolutive, strutturali e funzionali delle alfa amilasi

I procarioti e gli eucarioti più semplici, come i lieviti e i funghi filamentosi, sono organismi ampiamente utilizzati per studiare le caratteristiche dei sistemi biologici negli organismi superiori. La possibilità di estrapolare informazioni a partire da sistemi più semplici e trasferirle in sistemi più complessi costituisce un’importante risorsa, sia perché risultano strutturalmente più semplici rispetto ai corrispettivi superiori, sia per il costo decisamente inferiore del materiale biologico ottenuto da procarioti o da eucarioti più semplici. Il trasferimento del modello enzimatico spesso si basa sul fatto che una similitudine di sequenza amminoacidica comporta una somiglianza di struttura della proteina e a sua volta un’analogia di funzione. Sfortunatamente però, la relazione tra similarità di struttura e similarità di funzione non è così scontata, in quanto questa corrispondenza è influenzata da molteplici fattori, come la divergenza e la convergenza evolutiva. Pertanto, l’obbiettivo principale di questo lavoro sperimentale è la ricerca di differenze evolutive, strutturali e funzionali delle alfa amilasi di Homo sapiens e di Aspergillus oryzae, al fine di valutare la possibilità di utilizzare la proteina fungina, più semplice e meno costosa, come sostituto della proteina umana in future ricerche in ambito farmaceutico. Dal punto di vista evolutivo, le sequenze amminoacidiche delle alfa amilasi rispecchiano perfettamente la classificazione tassonomica degli organismi e l’allineamento dei due enzimi ha messo in evidenza un buon tasso generale di conservazione dei residui, anticipando un buon grado di sovrapposizione del sito attivo. Questa caratteristica è stata confermata dal confronto strutturale delle due alfa amilasi, dimostrando inoltre come i tre amminoacidi chiave per l’idrolisi del legame α-1,4 glicosidico siano posti nella stessa posizione, così come i residui costituenti il sito di legame dello ione calcio, metallo essenziale per il corretto ripiegamento e funzionamento dell’enzima. L’unica differenza apprezzabile, riscontrabile dalla sovrapposizione dei modelli tridimensionali dei due enzimi, è la presenza dello ione cloruro, esclusivo dell’alfa amilasi salivare umana e completamente assente nel corrispettivo enzima fungino. Nonostante le ampie similitudini strutturali, l’enzima fungino si è rivelato funzionalmente più efficiente rispetto alla proteina umana e oppositamente regolato dalla presenza di sali di calcio e cloro, che inibiscono la proteina fungina e attivano quella umana. In conclusione, tali differenze funzionali sono da tenere in considerazione qualora si dovesse usare come modello l’enzima fungino ed estrapolare i risultati di attività o cinetica enzimatica ottenuti sulla proteina umana, al fine di progettare razionalmente le adeguate condizioni sperimentali.