Por anos, um problema não resolvido incomodou Chad Petit, pesquisador da Universidade do Alabama em Birmingham, Ph.D. Envolveu um importante fenômeno biológico chamado alosteria, um método fundamental de regulação enzimática que é crucial nas células vivas.

Em alosteria, um ligante se liga a uma parte da enzima, e essa ligação ativa ou desativa o sítio ativo da enzima. Uma vez que o sítio de ligação do ligante e o sítio ativo estão localizados em partes diferentes da enzima, deve haver algum mecanismo biofísico conectando as duas mudanças.

A primeira observação do que mais tarde seria conhecido como alosteria envolvia hemoglobina, a proteína que transporta oxigênio no sangue. Christian Bohr, mais de um século atrás, descobriram que a presença de dióxido de carbono mudou a afinidade de ligação da hemoglobina pelo oxigênio.

Petit, agora professor assistente de bioquímica e genética molecular da UAB, trabalhou na UNC-Chapel Hill em um domínio de proteína de uma proteína maior que é importante para a função da sinapse nervosa, junto com o então estudante graduado Anthony "Tony" Law, M.D., Ph.D. Seu interesse era entender como a energia poderia ser propagada através de uma proteína na ausência de qualquer mudança perceptível na estrutura.

Em um 2009 pioneiro PNAS papel, Petit descobriu que a remoção de uma pequena porção do domínio da proteína - uma cadeia alfa helicoidal de aminoácidos - causou uma diminuição de 25 vezes na ligação. Esta deleção pretendia imitar a fosforilação do domínio PDZ3. O mecanismo determinado para conduzir esta diminuição parecia ser mudanças globais nos movimentos das cadeias laterais sem qualquer mudança aparente na estrutura do domínio da proteína PDZ3. Foi um dos primeiros casos bem definidos do que seria denominado "alosteria dinâmica".

Mas havia um paradoxo, uma pergunta sem resposta que atormentou Petit mesmo depois que ele passou a estudar uma proteína da gripe na UAB. Essa proteína de deleção de hélice alfa era 10 por cento menor do que a PDZ3 nativa, portanto, deveria ter caído mais rápido do que a proteína nativa. Mas experimentos biofísicos mostraram que ele tinha uma taxa de queda quase idêntica em comparação com o PDZ3 nativo.

Ao longo dos anos, Petit and Law, que agora é cirurgião residente em otorrinolaringologia na University of Washington School of Medicine, continuava voltando a este quebra-cabeça. Finalmente, eles conceberam uma ideia herética - a taxa de queda inesperada deve ser devido a um volume maior da proteína menor.

"Então, começamos a planejar experimentos, "Petit disse." Começamos com uma observação, fizemos uma hipótese, e então passamos anos testando essa hipótese. "

Cada canto que examinamos apoiou essa hipótese, "Petit disse." Isso era ciência pura - é a ciência mais pura que já fiz. "

Usando uma coleção de experimentos biofísicos com nomes complicados como espectros de HSQC, Análise NOESY, isotermas de calorimetria de varredura diferencial, espalhamento de raios-X de baixo ângulo e relaxamento de spin, bem como experimentos na presença de solventes que atuam como osmólitos estabilizadores ou desestabilizadores, Petit, Law e seus colegas de pesquisa chegaram à seguinte conclusão - a proteína de deleção de hélice alfa realmente expandiu em tamanho, e era realmente maior em volume do que a proteína PDZ3 nativa. Avançar, este tamanho relaxado ocorreu sem qualquer alteração perceptível na estrutura da proteína.

A proteína de deleção de maior volume mostrou todas as características normais da proteína nativa mais compactada, e poderia ser comprimido experimentalmente por meio de mudanças de temperatura ou osmólitos de estabilização.

Como Petit, Law e seus colegas investigaram a literatura, eles viram que as pessoas tinham visto pistas desse novo mecanismo alostérico há 35 anos, e vários artigos deram uma sensação geral de que pode estar ocorrendo em outras proteínas ou enzimas.

Essa descoberta - pelo menos nos reinos da biofísica e da química - foi um grande respingo.

Seu artigo foi aceito pelo Jornal da American Chemical Society , que tem um fator de impacto de 13, e eles foram convidados a fazer a ilustração da capa. O jornal foi destaque no JAC Spotlight da revista, e também foi selecionado pelo corpo docente de 1000, um grupo de 8, 000 cientistas seniores que recomendam os artigos de pesquisa mais importantes em biologia e medicina.

Como Petit e seus colegas escreveram em seu artigo, "A observação inesperada de que a função pode ser derivada de expandida, estados de proteína de baixa densidade têm amplas implicações para a nossa compreensão da alosteria e sugere que o conceito geral do estado nativo seja expandido para permitir dimensões físicas mais variáveis ​​com empacotamento mais frouxo. "

“É o melhor artigo que fiz, "Petit disse." Por alguma razão, esta proteína de deleção nos permitiu estudar este mecanismo. Tony a chama de nossa Pedra de Roseta. "