Lo sapevi che…?

Iaga

Posted on 18/4/2011, 21:54

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Ho scritto di mio pugno l’intero topic sfruttando i miei studi e le mie conoscenze: lo studio, la ricerca personale e la stesura di un articolo sono tutti impegni che costano tempo e fatica, prego quindi i lettori di rispettare il copyright sull'intera discussione.

Penicillina (sostanza prodotta da alcuni funghi Penicillium ed utilizzata come antibiotico per curare molte patologie)

Quando prendi la penicillina, cosa succede? Perché può essere attiva, a livello molecolare?
Quando dobbiamo contrastare un infezione di microorganismi patogeni, la prima cosa che con un farmaco si cerca di ottenere è di danneggiare il patogeno e non l’ospite (cioè noi).
Danneggiare un certo tipo di cellula ma non un’altro è molto difficile (anche perché gli animali hanno centinaia di tipi di cellule diverse: noi umani per esempio ne abbiamo circa 270!); quale è allora il bersaglio ideale da andare a colpire? Un enzima che sia presente nei batteri, ma che non sia presente nell’animale.
Un enzima è una molecola che catalizza (cioè velocizza) una reazione chimica all’interno del nostro corpo, in modo da far ottenere alla cellula ciò che le serve più rapidamente. In un organismo avvengono migliaia di reazioni al secondo: la maggior parte egli enzimi è altamente specifica, cioè catalizza una e una sola reazione precisa. Quindi questo significa che in un organismo ci sono migliaia di enzimi diversi, per poter catalizzare tutte le reazioni.

Se per puro caso riusciamo a trovare una molecola capace di distruggere un enzima ben preciso appartenente al batterio patogeno che ci interessa sconfiggere (e se questo enzima è assolutamente necessario per la vita del batterio stesso) e contemporaneamente non tocca noi, il farmaco prodotto utilizzando questa molecola non avrà tossicità per noi (a parte eventuali allergie, ma è un altro discorso). Stupendo!
La penicillina è una delle molecole che hanno questa capacità: essa agisce su un enzima presente solo in determinati batteri patogeni, non in tutti ovviamente, ma che non c’è assolutamente mai nella cellula animale.
I batteri hanno una struttura che li ricopre chiamata parete cellulare o parete batterica, che invece la cellula animale non ha. Quando parliamo di “struttura”, stiamo parlando di molecole: i batteri hanno la parete fatta di determinate molecole che restano unite tra loro perché i batteri stessi hanno gli enzimi adatti a legarle insieme.
Noi, che non abbiamo la parete batterica, quegli enzimi non ce li abbiamo. L’azione della penicillina quindi è quella di andare a colpire un enzima che è necessario per la costruzione della parete batterica: se un batterio non riesce a costruirsi la parete, esso muore.
Quindi l’enzima batterico che crea la parete cellulare è il target, cioè il bersaglio e la penicillina va a colpire quello.

EffettoMuffa
Penicillium notatum. E’ visibile che dove c’è il fungo non crescono più batteri.

Esistono molti tipi di penicillina, ma tutte hanno in comune il fatto che possiedono un punto preciso della loro molecola che è estremamente reattivo. Infatti in quel punto la molecola ha una struttura molto simile al substrato (reagente che si lega all’enzima per farlo funzionare) del batterio che si lega all’enzima per produrre la parete cellulare.
La penicillina quindi si attacca al posto del substrato del batterio e, quando questo avviene, l’enzima diventa totalmente inattivo: l’enzima batterico è “morto” e la mancata produzione della parete cellulare porta alla morte il batterio stesso mentre le nostre cellule, che non hanno l’enzima in questione, non sono toccate da questo problema e restano belle pimpanti.

Spieghiamo il procedimento con un paio di immagini:

Questa immagine mostra, in modo schematico, come il substrato (figura giallo senape) si lega al suo enzima (figura grigia). In particolare, il punto in cui avviene questo legame (la sagoma triangolare, per intenderci) si chiama centro attivo.
Vedete che la sagoma del centro attivo combacia perfettamente con quella del substrato, quindi una molecola con un’altra forma non potrebbe proprio legarsi: questo spiega la specificità, di cui parlavamo prima, tra substrato ed enzima.

Ora invece vediamo come si comporta una molecola che ha la stessa forma di quella del substrato e che, quindi compete per lo stesso centro attivo:

Qui notiamo che una molecola diversa (rappresentata con la figura verde scuro) ma con la stessa forma in un punto ben preciso della sua struttura, si lega al centro attivo “rubando” il posto al substrato “vero”. La figura verde scuro è la nostra penicillina e, una volta legata, rende inattivo l’enzima che quindi non è più in grado di svolgere la propria funzione.

Molti farmaci sfruttano questo meccanismo, cioè vanno a legarsi in modo irreversibile a degli enzimi specifici. Nella migliore dell’ipotesi l’enzima è solo del batterio. Chiaramente se l’enzima è presente anche nell’organismo dell’animale iniziano i problemi, perchè o avremo molta tossicità anche per l’ospite oppure i due enzimi che svolgono la stessa funzione hanno qualche caratteristica diversa (e questo capita molto spesso).
La scoperta della penicillina ha davvero rivoluzionato il mondo della medicina a livello mondiale, in quanto ha permesso di curare malattie ritenute assolutamente incurabili fino alla metà del secolo scorso.
La cosa più divertente? Che è stata scoperta in modo del tutto casuale. “That’s funny!” (cit. di Fleming, scopritore ufficiale della penicillina, alla vista dell’effetto che essa aveva su determinati batteri).

Edited by Iaga - 11/9/2011, 10:21