MOLÉCULAS COMPLEXAS EMERGEM SEM EVOLUÇÃO OU DESIGN.

Em biologia, as proteínas dobradas são responsáveis ​​pelas funções mais avançadas. Estas proteínas complexas são o resultado da evolução ou design pelos cientistas. Agora, uma equipe de cientistas liderada pelo professor de Química de Sistemas da Universidade de Groningen, Sijbren Otto, descobriu uma nova classe de moléculas dobráveis ​​complexas que surgem espontaneamente de blocos de construção simples. Os resultados foram publicados no Journal of American Chemical Society.

Parte do núcleo do foldamer, mostrando cinco pilhas de três anéis fenílicos conectados por ligações dissulfeto. Crédito: Bin Liu, Universidade de Groningen.

O grupo de pesquisa Otto estuda como blocos de construção simples – neste caso, uma nucleobase ligada ao aminoácido ácido aspártico – que podem formar anéis. Em pesquisas anteriores, Otto mostrou que tais anéis podem formar pilhas que podem crescer e se dividir, e mostram um nível de evolução química. Mas desta vez, algo diferente aconteceu. Otto: ‘Um dos meus alunos de doutorado, Bin Liu, notou que anéis muito grandes eram formados, polímeros de 15 blocos de construção’. Eles eram extremamente estáveis, então, eventualmente, a maioria dos blocos de construção foram transformados nesses anéis.

Padrão de dobramento

Depois de estudar a estrutura dos anéis com cristalografia de raios X, ficou claro para a equipe que eles estavam dobrados. Quando os anéis formam pilhas, há interação entre as moléculas. Neste caso, a interação ocorreu dentro da grande molécula. As partes hidrofóbicas do anel foram dobradas no centro da molécula, o que também é o que acontece com as proteínas na água. O padrão de dobra, no entanto, é completamente diferente. Proteínas são polímeros ligados por ligações aminas. Em nossas moléculas, os blocos de construção estão ligados exclusivamente por ligações dissulfeto. A diferença na estrutura resulta em um padrão diferente de dobra.

Esta é a primeira vez que uma estrutura de dobra complexa (ou foldamer) que é tão radicalmente diferente das proteínas foi descrita. “Apesar de décadas de pesquisa, ainda não temos regras de projeto confiáveis ​​que possam prever totalmente o dobramento de proteínas”, explica Otto. Isso dificulta o desenho de novas enzimas. Uma classe diferente de moléculas dobráveis ​​pode nos ajudar a entender as regras básicas do dobramento molecular. Além disso, a molécula que descrevemos em nosso artigo é apenas a primeira que descobrimos. No ano passado, descobrimos vários outros e os publicamos mais tarde.

Origem da vida

As proteínas têm duas principais estruturas de dobramento: as α-hélices e a folha-β. “No design de proteínas, os cientistas usam variações desses temas, como adicionar uma hélice extra”, diz Otto. “Eles tendem a ficar perto do que a natureza ofereceu.” A nova estrutura de dobra resulta em cinco pilhas de cinco anéis aromáticos. A molécula inteira tem uma simetria de cinco vezes. “No entanto, as outras estruturas baseadas em tiol que ainda estão estudando mostram ainda outros tipos de dobramentos”.

Uma conclusão surpreendente, extraída da descoberta dessa nova molécula dobradiça, é que a complexidade pode emergir espontaneamente. “Isso é interessante para pesquisas sobre a origem da vida: aparentemente, é possível obter essas moléculas complexas antes do início da evolução biológica”. A formação da nova molécula é impulsionada pelo dobramento, explica Otto. Isso é muito especial. O nível de energia desta molécula é muito baixo. Isso impulsiona o equilíbrio de uma mistura “aleatória” de pequenos anéis em direção a este 15-mer muito estável específico.

Design racional

A nova molécula dobrada aumentará nossa compreensão do dobramento molecular, que deve estimular o desenho molecular racional. Se os polímeros baseados em tiol são tão úteis quanto os catalisadores (como proteínas na natureza) ainda não está claro. “Sabemos que podem ligar outras moléculas, mas ainda estamos tentando descobrir se elas podem ter propriedades catalíticas, como enzimas”. A dobragem é importante para criar sítios ativos em enzimas: ‘Você precisa de um posicionamento muito preciso de resíduos para criar um local ativo. Isso não pode ser alcançado por ligações químicas diretas entre os aminoácidos. Só pode ser conseguido dobrando.

O estudante de doutorado Bin Liu, que é o primeiro autor do artigo do JACS, desempenhou um papel muito importante no estudo, diz Otto: ele descobriu a molécula dobrada. Os cristais para os estudos de difração de raios X foram então cultivados por Piotr Chmielewski na Polônia, com quem Liu já colaborou em sua tese de mestrado. O laboratório de Chmielewski também fez os estudos de RMN. Os estudos de síncrotron foram feitos com Ennio Zangrando e Nicola Demitri na Itália, e Liu viajou de Groningen para a Polônia e depois para a Itália com as amostras.

Jornal Referência: Bin Liu, Charalampos G. Pappas, Ennio Zangrando, Nicola Demitri, Piotr J. Chmielewski, Sijbren Otto. Complex Molecules That Fold Like Proteins Can Emerge SpontaneouslyJournal of the American Chemical Society, 2019; DOI: 1021/jacs.8b11698

Fonte: Science Daily

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