A estrutura das enzimas determina como elas controlam os processos vitais, como a digestão ou a resposta imunológica. Isso ocorre porque os compostos de proteína não são rígidos, mas podem mudar sua forma por meio de "dobradiças" móveis. A forma das enzimas pode depender de sua estrutura ser medida no tubo de ensaio ou na célula viva. Isso é o que físicos químicos da Universidade de Bonn descobriram sobre YopO, uma enzima do patógeno da peste. Este resultado fundamental, que agora foi publicado na revista Angewandte Chemie , também é potencialmente de interesse para a pesquisa de drogas.

Todas as células vivas contêm proteínas, que são essenciais para a manutenção das funções corporais. As proteínas consistem principalmente de aminoácidos e, como catalisadores (enzimas), permitir reações bioquímicas que de outra forma não aconteceriam. As enzimas controlam, por exemplo, a digestão e o sistema imunológico. “O tipo de reações bioquímicas e como elas ocorrem depende da estrutura das proteínas, "diz o Prof. Dr. Olav Schiemann, do Instituto de Química Física e Teórica da Universidade de Bonn. As proteínas não são rígidas, mas podem mudar sua forma por meio de "dobradiças" móveis. Essa interação entre estrutura e dinâmica determina o que acontece. A enzima e a substância a ser transformada devem se encaixar como uma chave e uma fechadura para catalisar um processo específico.

YopO está ancorado na membrana e, portanto, particularmente estável

Os cientistas usaram uma proteína de patógenos da peste (Yersinia) para suas pesquisas. Eles enganam o sistema imunológico ao injetar proteínas como YopO (proteína O externa de Yersinia) nos macrófagos atacantes. YopO se liga à actina das células de defesa, fazendo com que as células imunológicas não sejam mais capazes de envolver e digerir os patógenos. "Usamos YopO porque esta enzima é clinicamente interessante e pode ser ancorada ou imobilizada em uma membrana, "explica Schiemann." Este último é um pré-requisito importante para nossas medições em temperatura ambiente. "

Nico Fleck, do grupo de pesquisa de Schiemann, desenvolveu rótulos de spin para esse propósito que foram especificamente adaptados para investigações dentro da célula. Estas são pequenas "bandeiras" que o membro da equipe Caspar A. Heubach anexou a diferentes posições da proteína. Usando o método DQC (Double Quantum Coherence), que funciona como uma régua em nível molecular, o membro da equipe Tobias Hett mediu então as distâncias entre as bandeiras. "Se soubermos as distâncias entre os rótulos de spin, podemos deduzir quais estruturas uma determinada enzima é capaz de assumir, "diz Hett. Isso funciona um pouco como um" navegação por satélite "para moléculas; afinal, o sistema de orientação para veículos também é baseado em medições de distância.

Os pesquisadores aplicaram o método DQC ao YopO no tubo de ensaio e, para comparação, em ovos de sapo africano com garras, que são freqüentemente usados ​​como organismos modelo na ciência. Para as medições na célula, o YopO marcado com as bandeiras foi injetado nos ovos com uma seringa, "muito semelhante à forma como os patógenos da peste fazem em nível molecular, "explica Nico Fleck. Isso mostrou que YopO foi capaz de pegar um número maior de estruturas diferentes quando em solução aquosa no tubo de ensaio do que nos ovos." YopO é estruturalmente mais móvel no tubo de ensaio do que em células vivas, "diz Schiemann." Nas células, estruturas como membranas e interações com outras proteínas reduzem a diversidade estrutural de YopO. "

Princípio fundamental

Esta descoberta não se aplica apenas ao YopO, mas é um princípio fundamental:no tubo de ensaio não há "espartilho" imposto por outras estruturas celulares, as possibilidades de desenvolvimento de enzimas são maiores. Os pesquisadores acreditam que isso tem consequências para todos os estudos envolvendo biomoléculas. “As investigações das biomoléculas isoladas são certamente essenciais. Para um quadro completo, Contudo, tais estruturas e dinâmicas devem ser estudadas sob as condições mais naturais possíveis, "diz Schiemann. Caspar Heubach acrescenta:" Se os resultados de um estudo se referem a processos biomoleculares nas células, alguém deveria, como neste caso, também investigam a estrutura e a dinâmica das proteínas nas células vivas. "

Como as proteínas controlam diferentes processos celulares, são também foco de busca de novos tratamentos. Os pesquisadores estão, portanto, confiantes de que os resultados apresentados pela equipe de pesquisa da Universidade de Bonn também são de interesse potencial para a pesquisa farmacêutica. “As interações na célula são importantes para a estrutura e dinâmica das proteínas, "diz Schiemann." Portanto, faz uma diferença como a estrutura das enzimas é determinada na busca por substâncias ativas. "