Uma proteína de levedura que evoluiu do zero pode se dobrar em uma forma tridimensional - ao contrário do que se entende por proteínas jovens - de acordo com uma nova pesquisa conduzida pela Universidade do Arizona.

Os cientistas pensaram que essas proteínas recém-evoluídas eram trabalhos em andamento que não podiam se dobrar em formas complexas como as proteínas mais antigas.

"Este novo estudo de nosso laboratório fornece a primeira evidência de que uma proteína desenvolvida recentemente do zero pode de fato se dobrar em uma forma tridimensional compacta, "disse o autor sênior Matthew Cordes, um professor associado de química e bioquímica da UA.

"O que descobrimos não parece uma molécula biológica completamente desenvolvida. Parece o que você pensaria que uma proteína recém-nascida seria - talvez um pouco desajeitada ou formada de maneira nebulosa, "disse Cordes, membro do Instituto BIO5 da UA. "Mas, no entanto, esta proteína se dobra em uma estrutura tridimensional e por uma série de medidas parece proteínas que evoluíram há muito tempo.

"É surpreendente quando eu olho para ele. Eu realmente sinto que estou vendo algo eclodir."

Evidências recentes sugerem que novos genes podem surgir das seções não codificantes, ou "lixo, "DNA e que esses novos genes poderiam codificar para proteínas totalmente novas. Genes codificam para proteínas, as moléculas que funcionam dentro das células.

A co-autora Joanna Masel disse:"Nem todos os genes são antigos e os que não são antigos não são muito estudados."

Cordes é a primeira pessoa a olhar para a estrutura da proteína que resulta de um gene que surgiu recentemente de DNA lixo, disse Masel, professor de ecologia e biologia evolutiva da UA e membro do Instituto BIO5.

Porque mudar um gene existente parecia mais fácil do que inventar um inteiramente novo, os cientistas pensaram que novos genes surgiram por meio da modificação de duplicatas de genes existentes.

"A história é que a evolução não é apenas um remendador que retrabalha o que tem - às vezes, a evolução inventa um funcional completamente novo, molécula estruturada, "disse Cordes.

O artigo de pesquisa da equipe, "Dobrabilidade de uma proteína natural De Novo Evolved, "está online no jornal Estrutura e com publicação prevista para novembro. Os co-autores de Cordes e Masel são Dixie Bungard, Jacob Copple, Jimmy Chhun, Vlad Kumirov e Scott Foy da UA e Jing Yan e Vicki Wysocki da Ohio State University em Columbus.

O National Institutes of Health concede GM104040, GM113658, ES06694, CA023074 e 1S10 RR028868-01 e uma bolsa da John Templeton Foundation financiou a pesquisa.

Os cientistas sabem há mais de uma década que alguns genes parecem surgir novos, ou de novo, do DNA lixo.

Contudo, pouco se sabe sobre as proteínas para as quais esses genes codificam, disse Cordes, que estuda a evolução da estrutura e função das proteínas.

"Meu objetivo é ver como são essas proteínas, " ele disse.

Cordes e seus colegas estudaram uma proteína que uma cepa de laboratório de fermento de padeiro produz usando um gene de novo. O gene BSC4 e sua proteína resultante Bsc4 parecem ajudar no reparo do DNA.

O primeiro passo para estudar uma proteína é fazer muito dela. A equipe de Cordes usou um método padrão:eles inseriram o gene BSC4 na bactéria E. coli e fizeram com que a bactéria servisse como uma fábrica de proteína. Algumas empresas farmacêuticas usam o mesmo método para produzir insulina para pessoas com diabetes.

A próxima etapa é purificar a proteína, que para Bsc4 nunca tinha sido feito antes, Disse Cordes.

"Tem havido uma falta real de pessoas purificando os produtos desses genes de novo e examinando-os. Essa é a lacuna que estamos tentando preencher, " ele disse.

Normalmente, os pesquisadores então cristalizam a proteína e fazem uma descrição detalhada da estrutura da proteína usando técnicas de imagem de alta resolução.

Contudo, a proteína do bebê não era fácil de trabalhar, Disse Cordes. A equipe não conseguiu cristalizá-lo.

A equipe determinou informações gerais sobre a forma e a estrutura da proteína. O gene BSC4 codifica uma pequena cadeia de aminoácidos, ou cadeia polipeptídica.

Na proteína resultante, Bsc4, várias dessas cadeias vêm juntas. A proteína pode existir como duas ou três cadeias, mas também como grupos de muitas cadeias. Ter uma variedade de tamanhos não é comum, Disse Cordes.

"A maioria das proteínas naturais existe em um determinado tamanho, "disse ele." Este pode ser em grupos de quatro, cinco, seis, sete - essa é uma das razões pelas quais você pode chamar a estrutura de nebulosa ou rudimentar. "

A proteína exibe outras características das proteínas normais, incluindo dobragem em formas padrão, como hélices alfa e folhas pregueadas beta. Além disso, a proteína vai se desdobrar, ou desnaturar, sob certas condições e pode então ser persuadido de volta ao seu estado redobrado. A porção branca e firme de um ovo cozido é uma proteína desnaturada da clara do ovo.

"Por muitos anos, as pessoas pensavam que as proteínas tinham que ter essas elegantes estruturas semelhantes a origami para funcionar, mas ficou claro que elas podem ter distúrbios, eles podem ter propriedades fundidas e ainda fazer coisas em um organismo, " ele disse.

Cordes caracterizou o Bsc4 como "globular" e disse que a maioria das proteínas globulares naturais têm apenas uma forma padrão. Ele chama a proteína de "globular fundida" porque pode mudar entre diferentes formas.

"Acredita-se que a proteína esteja envolvida no reparo do DNA e pode estar envolvida na ligação do DNA. Pode ser que sua estrutura atual seja perfeitamente boa no que precisa fazer, " ele disse.

"Não ter surgido como esta gloriosa obra de arte torna mais crível que esses genes codificadores de proteínas estão surgindo da região genética entre os genes, "Cordes disse." Eu quero saber de onde vêm as coisas na vida - como a vida cria novidades, como a evolução cria novidades. "