The Signal
Una rotazione del triptofano potrebbe affinare la bussola magnetica del criptocromo
Un gruppo guidato dalla Kobe University collega il movimento nel criptocromo alla selettività di spin nelle reazioni innescate dalla luce. Il suo modello prevede un aumento del segnale direzionale dallo 0,3% all’1,6%, ma lo studio non dimos
Quantum.world Team · Scritto con l’IA · verificato ·
Un effetto di spin del 6%, un segnale modellizzato cinque volte più grande
Un segnale direzionale modellizzato nel criptocromo passa dallo 0,3% all’1,6% quando i ricercatori includono un modesto contributo della selettività di spin indotta dalla chiralità, o CISS. Il calcolo utilizza un contributo CISS del 6% e un campo magnetico di 332,5 millitesla. Il risultato indica un possibile modo in cui piccoli movimenti all’interno di una proteina potrebbero amplificarne la risposta alla direzione del campo magnetico.
Le cifre sono previsioni, non misurazioni del sistema di navigazione di un uccello. Un gruppo guidato da Yasuhiro Kobori della Kobe University ha presentato lo studio il 30 ottobre su The Journal of Physical Chemistry Letters. Hanno partecipato anche ricercatori della Toho University, della Saitama University, del Nagoya Institute of Technology e della University of Freiburg.
Osservare una coppia radicalica generata dalla luce
Il gruppo ha studiato il criptocromo-DASH di Xenopus laevis, la rana artigliata africana. La proteina, sensibile alla luce blu, contiene il pigmento FAD; dopo che la luce lo eccita, gli elettroni si spostano attraverso residui di triptofano vicini. Questo processo forma coppie radicaliche: molecole con elettroni spaiati i cui stati di spin possono cambiare mentre la coppia evolve.
Per seguire questi stati, i ricercatori hanno utilizzato l’eccitazione con laser pulsato e la risonanza paramagnetica elettronica risolta nel tempo, una tecnica che rileva le proprietà magnetiche attraverso segnali a microonde. Hanno misurato la proteina della rana a temperature comprese tra −153°C e −33°C. L’analisi dei segnali ha indicato un riarrangiamento strutturale che coinvolge una rotazione chirale del residuo di triptofano ossidato WB nel secondo stato a cariche separate.
Il modello del gruppo attribuisce a quello stato un contributo CISS dell’8%. Nel successivo stato a maggiore distanza, che coinvolge WC, il contributo dedotto è pari o inferiore al 6%. Gli autori collegano il minore effetto successivo alla coerenza di spin stabilita durante la separazione precedente e trasferita alla coppia radicalica successiva.
Perché la risposta modellizzata aumenta
La CISS descrive un legame tra la struttura chirale di una molecola e lo spin degli elettroni o delle lacune che la attraversano. Nel meccanismo proposto, la rotazione di WB influenza la polarizzazione di spin della coppia radicalica. Il campo magnetico agisce poi sul modo in cui gli stati di singoletto e tripletto della coppia si mescolano, modificando la resa modellizzata di uno stato di segnalazione a valle a seconda della direzione del campo.
Senza CISS, il calcolo del gruppo fornisce una variazione direzionale normalizzata di circa lo 0,3%. L’aggiunta di un contributo del 6% la porta all’1,6% a 332,5 millitesla. Per gli assi strutturali considerati nel calcolo, il segnale differisce anche tra alcune direzioni opposte del campo: una caratteristica che i ricercatori attribuiscono alla rottura della simmetria rispetto all’inversione del campo introdotta dalla CISS.
Il modello utilizza la struttura del criptocromo CRY4 del piccione per definire i propri assi molecolari di riferimento. È distinto dall’esperimento di spettroscopia, che ha utilizzato il criptocromo-DASH della rana. La distinzione è importante: il gruppo ha misurato segnali di spin in un campione proteico, poi ha utilizzato un modello quantomeccanico per stimare come questi effetti potrebbero influenzare una reazione di segnalazione.
Un meccanismo molecolare, non una prova della navigazione degli uccelli
Le coppie radicaliche del criptocromo sono studiate da tempo come possibile base della percezione magnetica dipendente dalla luce negli animali migratori. I nuovi risultati aggiungono un elemento proposto: il movimento della proteina può influenzare la selettività di spin, che potrebbe rafforzare il contrasto direzionale in un segnale chimico. Non stabiliscono che questo meccanismo operi in un uccello vivente, né dimostrano che un animale possa utilizzarlo per navigare.
Gli esperimenti si svolgono inoltre a temperature molto basse e la condizione di campo modellizzata è di 332,5 millitesla. Lo studio non riproduce quindi direttamente un contesto naturale di magnetoricezione. I ricercatori individuano ulteriori verifiche sulla rotazione molecolare, sull’inversione del segnale di polarizzazione di spin previsto e sulle variazioni della resa del prodotto di segnalazione. Per ora, il risultato concreto è una traccia spettroscopica legata a un aumento modellizzato dallo 0,3% all’1,6%.