Esta história começa há vários bilhões de anos. Há apenas química, não há biologia — isto é, muitos compostos químicos existem na Terra, mas a vida ainda não surgiu. Então, entre miríades de estruturas químicas automontadas aleatoriamente, uma minúscula máquina molecular de RNA revela-se perfeitamente adequada para criar ligações entre aminoácidos ativados, os blocos de construção das futuras proteínas.
É um ponto de virada na história do nosso planeta:a síntese de proteínas, moléculas biológicas essenciais para a vida, agora pode começar. A professora Ada Yonath e sua equipe do Weizmann Institute of Science acreditam ter recriado aquele momento no laboratório, mostrando como isso pode ter acontecido. Quanto à máquina primordial de fazer ligações peptídicas, eles descobriram que ela ainda está presente em praticamente todas as células de todos os organismos vivos, de bactérias a plantas e animais, incluindo nós mesmos.

A teoria por trás do projeto da equipe nasceu há cerca de 20 anos a partir de descobertas surpreendentes feitas no laboratório de Yonath durante a determinação da estrutura e função do ribossomo – pesquisa que mais tarde lhe renderia o Prêmio Nobel de Química de 2009. O ribossomo realiza um dos processos centrais da vida:fabricar proteínas com base nas informações do DNA.

"Descobrimos uma característica surpreendente na estrutura desta máquina de produção de proteínas", diz o Dr. Anat Bashan, cientista sênior da equipe do laboratório de Yonath no Departamento de Biologia Química e Estrutural de Weizmann. "O ribossomo é uma macromolécula enorme que não é nada simétrica; em seu coração, contém dois elementos semisimétricos unidos para formar uma bolsa."

Yonath diz que eles "ficaram particularmente impressionados com o fato de que esse bolso é encontrado nos ribossomos de todos os organismos. são formados. É por isso que esta maquinaria básica parece ter persistido inalterada ao longo da evolução."

Conheça o protoribossoma:é assim que os cientistas chamam essa estrutura em forma de bolso. Eles levantaram a hipótese de que o protoribossoma é o ancestral de todos os ribossomos modernos, uma máquina antiga que remonta ao período pré-vida. Em comparação com o tamanho da célula, o protorribossoma é bastante pequeno. Consiste em moléculas de RNA compreendendo cerca de 120 nucleotídeos, cerca de 60 para cada um de seus dois componentes semi-simétricos, o que representa menos de 5% das dimensões do ribossomo moderno:cerca de 4.500 nucleotídeos em bactérias e quase 6.000 em humanos.

Veja como o cenário se desenrolou, de acordo com Yonath e sua equipe:

O protoribossoma surgiu quando um monte de cadeias de nucleotídeos de RNA se auto-montaram em duas paredes semi-simétricas ligadas para criar um bolso. Infinitas outras estruturas devem ter se automontado acidentalmente na mesma época, mas o protorribossoma sobreviveu, "tornando-se viral", ao que parece, porque desempenhava funções úteis e, graças às capacidades intrínsecas do RNA, podia se auto-replicar.

Quando dois aminoácidos ativados interagem entre si dentro dessa bolsa, eles formam uma ligação, facilitada pelas condições químicas predominantes. Esses aminoácidos podem ter surgido na Terra ou, como alguns argumentam, pousado com asteróides do espaço sideral, mas sua origem é irrelevante para nossa história. O que importa é que dentro do protorribossoma, dois aminoácidos ativados podem se ligar. Mais tarde, essa formação de ligações uniu muitos outros aminoácidos, ligando-os em uma cadeia.

Esse foi o início das proteínas, algumas das quais se mostraram úteis para estabilizar e reforçar o próprio protorribossoma. As proteínas continuaram a aumentar a estrutura do protorribossoma, permitindo-lhe evoluir para a sofisticada fábrica de produção de proteínas que é hoje. "Um ribossomo moderno pode ser descrito como uma cebola, com o protoribossoma no centro, cercado por mais camadas que foram adicionadas durante a evolução", diz Yonath.

Com o tempo, a produção de proteínas se tornaria eficiente o suficiente para criar cadeias de até milhares de aminoácidos de comprimento, e fazê-lo de acordo com as instruções escritas no código genético. As dezenas de milhares de proteínas no corpo humano desempenham funções diferentes, desde hormônios como a insulina, até anticorpos no sistema imunológico, componentes estruturais de células e tecidos, como hemoglobina ou colágeno da pele. E todos eles começaram com os laços que uma vez se formaram por acaso dentro do protorribossoma.

Avance alguns bilhões de anos. A teoria foi confirmada por cálculos, deduções e experimentos de dimerização, nos quais os cientistas criaram construções diméricas de RNA, imitando o protoribossoma proposto. Mas até recentemente, os princípios da teoria permaneciam, bem, em grande parte teóricos. Agora, em um novo estudo liderado pelo pós-doutorando Dr. Tanaya Bose no laboratório de Yonath, os cientistas forneceram apoio experimental.

Bose e seus colegas começaram a explorar se um protorribossoma sintetizado em laboratório seria suficientemente estável para sobreviver e realizar sua suposta formação de ligações, ou seja, eles queriam descobrir se ele era realmente capaz dessa tarefa. Ela e os outros membros da equipe de Yonath criaram um projeto para um potencial protorribossoma analisando as estruturas semelhantes a bolsas no coração de vários ribossomos bacterianos. Bose então preparou essas construções protorribossômicas em um prato de laboratório.

Em seguida veio o passo crucial:verificar se as construções de dímeros em forma de bolso poderiam criar ligações entre aminoácidos. Depois de misturar os construtos com uma solução contendo substratos de aminoácidos ativados, bem como vários sais e outros reagentes, Bose submeteu os produtos da reação a uma bateria de testes, incluindo análise de espectrometria de massa.

Para o deleite da equipe, os protoribossomas sintéticos criados em laboratório se mostraram à altura da tarefa. "A formação de ligações peptídicas é a atividade mais vital em qualquer célula, e mostramos que ela pode ocorrer dentro de um protoribossoma", diz Bose.

“O protorribossoma proposto pode ser o elo perdido entre um mundo dominado por RNA – um que pode ter existido antes do surgimento de proteínas e DNA – e a vida baseada em proteínas e ácidos nucleicos, como a conhecemos hoje”, diz Bashan.

A pesquisa foi publicada em Nucleic Acids Research . + Explorar mais

Laços do passado:uma jornada pela história da síntese de proteínas