As proteínas têm o poder de turbinar as reações bioquímicas dentro do corpo.

Sem a ajuda de tipos de proteínas chamadas enzimas, a reação que constrói o DNA pode levar mais de 130, 000 anos para ser concluído. As enzimas reduzem esse tempo para apenas alguns milissegundos.

Para acelerar as reações químicas, muitas proteínas se unem a moléculas menores ou metais chamados cofatores. Os químicos gostariam de projetar proteínas que se ligassem a cofatores não biológicos para acelerar reações químicas não encontradas na natureza. Mas primeiro, eles têm que descobrir como criar proteínas artificiais que se ligam a novos cofatores exatamente da maneira certa, e isso não é tarefa fácil.

Uma equipe de químicos da Duke e da UC San Francisco é a primeira a resolver esse quebra-cabeça de design de proteínas. A equipe criou uma proteína sintética que se liga fortemente a um catalisador não biológico, um tipo de molécula chamada porfirina, que é capaz de roubar elétrons de outras moléculas ao absorver luz.

"Ser capaz de combinar catalisadores feitos pelo homem com proteínas seria muito grande no campo da química, porque então você poderia combinar o poder de uma enzima com o de uma reação que não é encontrada na natureza, "disse o ex-aluno de graduação da Duke, Nicholas Polizzi, que agora é pesquisador de pós-doutorado no laboratório de William DeGrado na UCSF.

"Fomos capazes de descobrir os critérios de design necessários para colocar essa porfirina em uma proteína com uma precisão muito alta, "Polizzi disse." Esse foi um grande passo para ser capaz de projetar novas combinações de proteína-cofator não vistas na natureza. "

As proteínas são feitas de cadeias de centenas ou milhares de aminoácidos menores que se retorcem e se enrolam em formas 3-D complexas que podem se interligar com outras moléculas como peças de um quebra-cabeça. Para catalisar reações químicas, combinações de proteína-cofator mantêm duas ou mais moléculas em bolsas de formato preciso que mantêm as moléculas nas posições certas, e fornecer o ambiente certo, para que ocorra uma reação química.

Milhões de anos de evolução criaram proteínas que se dobram em formas que aderem a cofatores específicos e fornecem os ambientes perfeitos para catalisar reações químicas.

Por mais de 25 anos, os químicos usaram o que sabem sobre o dobramento de proteínas para projetar sequências de aminoácidos sintéticos que se transformam em formas úteis. Mas por enquanto, eles foram incapazes de projetar uma proteína que se liga a um cofator não biológico com a precisão necessária para alimentar novas reações químicas complexas.

Polizzi disse que isso pode ser porque esses projetos se concentraram principalmente no "sítio de ligação" onde os cofatores e as moléculas reagentes se encaixam na proteína, enquanto ignora o resto da estrutura. "O que fiz de diferente é que considerei essencialmente todo o interior da proteína como o local de ligação para a porfirina, ao contrário de apenas alguns aminoácidos que tocam a porfirina, "Polizzi disse.

Para entender como isso funciona, você pode pensar na proteína como a boca de um crocodilo, disse Michael Therien, William R. Kenan Jr. Professor de Química na Duke. A proteína se agarra a um cofator da mesma maneira que um crocodilo usa os dentes da frente para mastigar o jantar. Mas para os dentes da frente conseguirem uma pegada forte, a mandíbula e os dentes posteriores também devem ser projetados corretamente.

"O novo conceito aqui é que a região de não ligação da proteína é mantida em uma forma que permite que a região de ligação funcione, "Disse Therien.

"Chamamos a proteína de 'jacaré' no laboratório, "Polizzi disse.

As mandíbulas da proteína do jacaré prendem com tanta força o cofator porfirina que toda a estrutura é rígida demais para catalisar uma reação, Polizzi disse. Mas com alguns ajustes para afrouxar a estrutura, ele acha que pode fazer funcionar.

"Nesta reação, muitas vezes você precisa de um pouco de espaço de manobra na proteína para que ela se mova. E não havia espaço de manobra em nossa proteína, tudo se encaixa perfeitamente, "Polizzi disse.