Cientistas que estudam bioquímica vegetal no Laboratório Nacional de Brookhaven, do Departamento de Energia dos EUA, descobriram novos detalhes sobre biomoléculas que freiam a produção de petróleo. As descobertas sugerem que a desativação desses freios biomoleculares poderia impulsionar a produção de petróleo em alta velocidade - um caminho possível para a geração de biocombustíveis abundantes e bioprodutos derivados de plantas. O estudo aparece na revista Fisiologia vegetal .

"É normal que as células vegetais reduzam a produção de óleo quando as alimentamos com ácidos graxos em excesso, e este estudo confirma nossa hipótese sobre como eles fazem isso. Mas também descobrimos que os freios na produção de petróleo estão parcialmente acionados, mesmo em condições normais, o que foi uma grande surpresa, "disse o bioquímico do Brookhaven Lab, John Shanklin, quem liderou a pesquisa.

"Seria como dirigir um carro por vários anos e descobrir um dia que um freio de mão que você não conhecia estava acionado o tempo todo. Quando você remove esse freio, o carro tem muito mais potência; isso é o que acabamos de descobrir para a produção de óleo vegetal, " ele disse.

Um equilíbrio delicado

A biomolécula central para este estudo é a enzima que determina a taxa de produção de óleo. Essa enzima, conhecido como ACCase, é uma proteína feita de quatro subunidades, todos os quais são necessários para o funcionamento da enzima. Com todas as quatro subunidades no lugar, a enzima conduz a primeira etapa na síntese de ácidos graxos, componentes-chave de óleos.

Um trabalho anterior do grupo de Shanklin em 2012 revelou que, quando as células vegetais foram alimentadas com um excesso de ácidos graxos de curto prazo (durando menos de dois dias), um ciclo de feedback inibiu esta enzima, então a produção de petróleo diminuiria. Contanto que as concentrações de ácidos graxos caíssem em dois dias, a produção de enzima e óleo seria reativada. Mas um excesso de ácidos graxos de longo prazo desativaria permanentemente a enzima. No momento, os cientistas conheciam várias maneiras de inibir a enzima, mas nenhuma dessas maneiras poderia explicar a inibição irreversível que estavam observando.

Quando colegas da Universidade de Missouri descobriram uma versão inativa de uma das quatro subunidades enzimáticas em 2016, Shanklin suspeitou que essa subunidade inativa pudesse ser a causa do desligamento permanente - ao tomar o lugar de uma das subunidades ativas da enzima. Ele projetou este novo estudo para testar essa hipótese.

O membro da equipe Hui Liu obteve plantas nas quais os genes que codificam as subunidades inativas foram desativados individualmente. Ela usou essas variantes para criar plantas que tinham combinações de subunidades deficientes. Se a ideia de Shanklin estivesse correta, células com subunidades inativas desativadas teriam uma capacidade menor de desligar a enzima.

"Suspeitamos que a desativação dos genes desligaria o interruptor para a produção de petróleo, permitindo que as células vegetais produzam mais óleo, "Shanklin explicou.

Quando o membro da equipe Jan Keereetaweep testou essa ideia alimentando as células da planta com ácidos graxos em excesso, foi exatamente isso o que aconteceu:as células com combinações de genes deficientes não desligaram a produção de petróleo da mesma forma que as células com genes normais.

"Houve 50 por cento menos inibição da produção de óleo nas células com genes desativados em comparação com as células vegetais do tipo selvagem, "Shanklin disse. Esse resultado confirmou que a subunidade inativa codificada pelos genes normais nas plantas de tipo selvagem foi de fato o que desencadeou o desligamento permanente da enzima.

Mas a grande surpresa veio quando Keereetaweep mediu a síntese de ácidos graxos nas células vegetais com subunidades inativas desativadas sem alimentá-los artificialmente com ácidos graxos em excesso e comparou os resultados com os de células vegetais selvagens nas mesmas condições. Sob essas condições normais, onde você não esperaria ver a produção de petróleo inibida, a enzima que conduz a produção de óleo foi significativamente mais ativa em células vegetais com genes deficientes do que em células vegetais normais.

"Isso significa que, mesmo em condições normais, subunidades inativas estão colocando freios no ACCase, reduzindo sua atividade e limitando a produção de petróleo, "Shanklin disse." Desativar os genes para essas subunidades inativas é como tirar os freios do carro, revelando o verdadeiro potencial do motor. "

"Este projeto foi uma excelente colaboração entre a Keereetaweep, Liu, e Zhiyang Zhai para responder a algumas perguntas científicas básicas sobre o metabolismo das plantas, "Shanklin notou." Agora, o conhecimento que eles geraram pode potencialmente sustentar estratégias para aumentar o acúmulo de óleo em espécies de plantas cultivadas para aplicações como biocombustíveis ou bioprodutos. "