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Sábado, Agosto 13, 2022

Sistema flexível evita a ligação de cobre-proteína – ScienceDaily

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Pode parecer contra-intuitivo para muitos, mas os íons metálicos desempenham um papel crítico na vida, realizando alguns dos processos biológicos mais importantes. Pense na hemoglobina – uma metaloproteína responsável por transportar oxigênio para os órgãos do corpo através dos glóbulos vermelhos. Metaloproteínas são proteínas ligadas por pelo menos um íon metálico. No caso da hemoglobina, esse metal é o ferro.

Para que as metaloproteínas funcionem corretamente, elas devem ser pareadas com o íon metálico correto – a hemoglobina só pode funcionar com ferro. se ligam a proteínas sobre outros metais.

Em outras palavras, se uma célula contivesse quantidades iguais de diferentes íons metálicos, a maioria das proteínas celulares e outros componentes se ligariam ao cobre, obstruindo a maquinaria celular no processo. É por isso que os organismos gastam energia considerável mantendo controles muito rígidos sobre a quantidade de cobre livre presente nas células.

Agora, pesquisadores da Divisão de Ciências Físicas da Universidade da Califórnia em San Diego relataram uma nova estratégia de design de proteínas para contornar a série Irving-Williams. Os resultados foram publicados no início desta semana na revista Natureza.

O professor de química e bioquímica Akif Tezcan e o estudioso de pós-doutorado Tae Su Choi projetaram uma proteína flexível que se liga seletivamente a outros íons metálicos sobre o cobre, abrindo caminho para o projeto de novas proteínas funcionais e agentes de sequestro de metais. Choi e Tezcan descobriram que a ligação seletiva a metais não-cobre exigia que a proteína artificial apresentasse uma combinação muito específica de aminoácidos e geometrias para discriminar o cobre. Essa descoberta exigiu uma abordagem de design incomum.

“O design de proteínas normalmente envolve a tentativa de criar uma estrutura de proteína discreta que possa desempenhar uma determinada função, como catálise. Essa abordagem é inerentemente determinística e segue a sequência de um design-uma estrutura-uma função”, afirmou Tezcan. “Na melhor das hipóteses, você obtém a estrutura e a função projetadas. No entanto, essa abordagem não deixa muito espaço para a descoberta de novos princípios de design ou resultados inesperados, que são potencialmente mais significativos do que o planejado originalmente.”

Tezcan e Choi adotaram uma abordagem probabilística. No início, sua proteína projetada não foi projetada para possuir uma estrutura singular que se liga seletivamente a um certo tipo de metal. Eles criaram um sistema flexível que poderia se organizar de várias maneiras para ligar diferentes íons metálicos em diferentes geometrias. Foi essa flexibilidade que os levou a um resultado que não haviam planejado originalmente.

“Ao analisar esses sistemas, vimos que as proteínas se ligavam aos íons de cobalto e níquel à frente do cobre, o que não é a ordem natural das coisas”, afirmou Choi. “Criamos uma hipótese e testamos novas variantes. Após uma extensa análise, percebemos que poderíamos construir um ambiente de proteína onde o cobre era desfavorecido.”

“Este é um exemplo de projetar um caminho em vez de um alvo”, explicou Tezcan. “Pessoalmente, acho que esta é uma maneira mais empolgante de lidar com o problema do design de proteínas. Ao incorporar um elemento de flexibilidade no design, deixamos em aberto a possibilidade de diferentes resultados e novos princípios de design que não poderíamos conhecer de antemão.”

A pesquisa sobre ligação seletiva de metais e design de proteínas tem importância além de uma melhor compreensão dos fundamentos da vida. Também pode lançar as bases para processos mais eficientes durante a remediação ambiental, como quando certos metais precisam ser sequestrados em água contaminada. O design de proteínas também é uma parte crítica da pesquisa e desenvolvimento farmacêutico.

“Ficamos intrigados com a questão ‘Podemos projetar proteínas que podem se ligar seletivamente a metais ou ter reações catalíticas de maneiras que a evolução ainda não inventou?'”, disse Choi. “Só porque a biologia não faz isso, não significa que não seja possível.”

Fonte da história:

Materiais fornecido por Universidade da Califórnia – San Diego. Original escrito por Michelle Franklin. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.



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