Connessioni Scientifiche n. 2: Enrico Rizzarelli

Bioselezione degli elementi e metallostasi

Prof. Enrico Rizzarelli

La Tavola Periodica degli Elementi di Mendeleev ha permesso di comprendere la periodicità e le relazioni tra gli elementi, nonché di predirne il comportamento chimico. Più recentemente, gli elementi della Tavola Periodica vengono classificati anche in essenziali e non-essenziali/tossici. Idrogeno, carbonio, ossigeno, azoto, zolfo e fosforo rappresentano i macroelementi essenziali, quelli presenti in piccole quantità, chiamati anche elementi traccia, sono soprattutto concentrati nella prima serie dei metalli del blocco d. L’abbondanza dell’elemento, la sua biodisponibilità, le sue caratteristiche chimiche, e, soprattutto, l’aumento del livello dell’ossigeno atmosferico, associato al primo “great oxidation event” (2.4 Ga), vengono considerati i principali fattori che determinano la bioselezione. Una primordiale vita anaerobica Fe-centrica si trasforma così in una aerobica Fe/Cu- Zn-centrica. Al procedere dell’aumento della concentrazione dell’ossigeno, cambia il metalloma che, in analogia al proteoma, descrive: i) la distribuzione dei singoli metalli tra i diversi compartimenti intracellulari; ii) la loro speciazione; e iii) la concentrazione delle diverse specie presenti. Per ogni elemento essenziale esiste un intervallo ottimale di concentrazione che è cruciale per la sopravvivenza cellulare. Questo viene ottenuto attraverso un rigido controllo dei processi di influsso, trasporto, deposito ed efflusso dello ione metallico attuato da trasportatori
e chaperones che garantiscono la metallostasi, cioè l’omeostasi dei metalli. La dis-omeostasi dei metalli essenziali determina l’insorgere di diverse patologie, caratterizzate dal blocco delle capacità di alcuni metalli del blocco d di attivare vie di segnali che promuovono la vitalità cellulare, anche tramite la traslocazione al nucleo di alcuni loro chaperones.