As proteínas são as nanomáquinas que a Natureza usa para realizar a maioria dos processos críticos para o metabolismo das células. Um dos principais objetivos das ciências físicas e da vida gira em torno da compreensão das propriedades estruturais e dinâmicas do nativo, transição, intermediário, e estados desnaturados de proteínas. A transição de desnaturação - definida como a transição de proteínas de seu estado funcional nativo específico para o estado inoperante desdobrado - é de particular interesse, uma vez que está definindo os limites de estabilidade e funcionalidade do diagrama de fase das proteínas.

Os movimentos da escala de tempo de subnanosegundos internos também são fundamentais para o enovelamento de proteínas - sem essas proteínas, nem mesmo poderiam se dobrar em sua estrutura nativa. Além disso, eles são extremamente sensíveis à quantidade e natureza do solvente que envolve a superfície da proteína, isto é, tanto a amplitude quanto a taxa dessas dinâmicas podem ser grandemente reduzidas quando as proteínas são incorporadas em matrizes de vidro de açúcar.

Embora a ciência saiba que essas flutuações rápidas guiam as mudanças conformacionais das proteínas, seu papel para a estabilidade e desdobramento das proteínas ainda permanece indefinido.

Os resultados de um novo estudo realizado no Institut Laue-Langevin (ILL), através de uma colaboração entre o Laboratoire de Biochimie Théorique (França) do CNRS, as Universidades de Perugia, Pisa e Verona (Itália) e o CNR (Itália), deu uma imagem renovada do critério Lindemann. Ao conduzir experimentos de espalhamento de nêutrons elásticos, os pesquisadores encontraram uma escala comum em direção a um valor constante para as flutuações locais de uma proteína modelo em diferentes ambientes, ao se aproximar da temperatura de desdobramento.

Usando os instrumentos de última geração do ILL, ou seja, o espectrômetro de retroespalhamento de ampla faixa Q IN13, os pesquisadores realizaram experimentos de espalhamento de nêutrons incoerentes elásticos na proteína lisozima, lisozima de clara de ovo de galinha (CEWL) na presença de diferentes matrizes perdeuradas (D20, glicerol, e glicose). Isso permitiu que estudassem a dinâmica da escala de tempo de subnanosegundos da proteína modelo em correspondência com a transição de desdobramento.

Esta técnica experimental é altamente sensível aos movimentos dos átomos de hidrogênio, e adequado para explorar os movimentos das proteínas em uma escala de tempo pico a nano. Ele produz medições quantitativas precisas da amplitude dos movimentos internos da proteína em termos dos deslocamentos quadrados médios do hidrogênio (MSD).

Ao combinar o espalhamento de nêutrons incoerentes elásticos e simulações de dinâmica molecular avançada, eles mostraram isso, embora diferentes solventes modifiquem a temperatura de fusão da proteína, um regime dinâmico único é alcançado quando próximo ao desdobramento térmico em todos os solventes testados.

Isso é uma reminiscência do famoso critério Lindemann introduzido em 1910, onde F.A. Lindemann desenvolveu um critério prático para prever a temperatura de fusão dos cristais. Além disso, a analogia entre o derretimento de cristais inorgânicos e biomoléculas nativas sugere que esses sistemas aparentemente muito diferentes podem compartilhar o comportamento em transições de fase correspondentes.

O dimensionamento comum para a proteína MSD no ponto de fusão não apenas esclarece a relação entre a flexibilidade e a estabilidade da proteína, mas também abre a possibilidade de prever o desdobramento da proteína em ambientes especiais (por exemplo, o interior da célula) seguindo a temperatura, flutuações locais.

O critério que eles propõem também pode ser aplicado para investigar a faixa de temperatura onde os microrganismos se desenvolvem, e. em condições extremas de temperatura e pressão no fundo do mar ou mesmo no espaço.

Esta pesquisa potencialmente estabelece a base para uma compreensão mais profunda do dobramento e desdobramento de proteínas, que são processos cruciais no metabolismo das células, regulação da atividade biológica e direcionamento de proteínas para diferentes localizações celulares.

Adicionalmente, compreender as funções da dinâmica da proteína é fundamental para as indústrias de biotecnologia e farmacêutica, onde os princípios terapêuticos baseados em proteínas valem aproximadamente US $ 30 bilhões somente no mercado dos Estados Unidos.