Células de todas as formas de vida são cercadas por uma membrana que é feita de fosfolipídios. Uma delas são as cardiolipinas, que formam uma classe separada devido à sua estrutura única. Ao estudar a enzima responsável pela produção de cardiolipinas em arqueas (organismos unicelulares que constituem um domínio separado da vida), bioquímicos da Universidade de Groningen fizeram uma descoberta surpreendente. Uma única enzima arquea pode produzir uma variedade espetacular de cardiolipinas naturais e não naturais, bem como outros fosfolipídios. Os resultados, que mostram potencial para aplicações biotecnológicas, foram publicados no Journal of Biological Chemistry .

Os fosfolipídios mais abundantes nas membranas celulares contêm uma cabeça hidrofílica à qual duas caudas hidrofóbicas são conectadas. As cardiolipinas - assim chamadas porque foram identificadas pela primeira vez nas células do coração - são ligeiramente diferentes, uma vez que são compostas de um único grupo de cabeças que está ligado a quatro caudas de lipídios. "Nós sabemos quais enzimas são responsáveis ​​pela produção de cardiolipina em bactérias e eucariotos, mas não em archaea, "diz Marten Exterkate, quem é o primeiro autor do JBC papel.

Grupo de cabeça ímpar

Seu interesse por essas cardiolipinas decorre de seu trabalho em uma célula sintética mínima. "Nosso grupo da Universidade de Groningen se concentra no crescimento da membrana celular, com base na produção enzimática de novos fosfolipídios a partir de blocos de construção básicos. "Como as cardiolipinas estão presentes nas membranas celulares de organismos de todos os domínios da vida, eles são componentes desejados da célula sintética. Exterkate queria saber quais enzimas são responsáveis ​​pela produção de cardiolipina em arqueas. "Os lipídios que formam a membrana celular das arquéias são estruturalmente diferentes daqueles nos outros dois domínios da vida, "Exterkate explica." Além disso, enquanto os outros domínios têm um tipo dominante de cardiolipina, archaea parecem produzir diferentes tipos de cardiolipinas, com grupos principais que contêm, por exemplo, apenas uma única carga negativa ou diferentes tipos de açúcares ou grupos de sulfato. Atualmente, não sabemos quase nada sobre como eles são sintetizados. "

Ao pesquisar os genomas de espécies de archaeal, Exterkate encontrou vários candidatos a genes para sintase de cardiolipina. O mais promissor da arquéia Methanospirillum hungatei foi expressa em uma cepa padrão de laboratório do E. coli bactéria, e a enzima resultante foi isolada e caracterizada. "Quando misturamos a enzima com blocos de construção potenciais, produziu as espécies de cardiolipina esperadas. Mas então notamos algo realmente surpreendente:outra cardiolipina com um grupo de cabeças muito estranho. "Isso acabou sendo uma molécula da solução tampão em que a reação ocorreu.

Campainhas de alarme

"Todos os alarmes começaram a tocar, "Exterkate lembra." Se a enzima pode incorporar esta molécula tampão como um grupo de cabeça de lipídio, o que mais ele poderia fazer? " a enzima foi capaz de produzir todos os tipos de cardiolipinas variantes e outros fosfolipídios, contendo grupos de cabeças naturais e não naturais. "Algumas enzimas são promíscuas; elas podem usar variantes ligeiramente diferentes de seus substratos normais. Mas essa enzima é promíscua ao extremo." Pode produzir lipídios que, em células bacterianas, por exemplo, requerem muitas enzimas diferentes.

Esta é a primeira enzima identificada com a capacidade de produzir uma gama completa de cardiolipinas diferentes. Exterkate:"Outras arquéias têm genes semelhantes, que provavelmente também são adequados para a produção de diferentes cardiolipinas, indicando que a variedade de cardiolipinas arqueadas pode ser sintetizada pela mesma enzima. "Além de ser uma descoberta surpreendente, a nova enzima pode ser interessante para a produção de membranas projetadas pelo próprio. Isso é útil porque os grupos principais nos fosfolipídios da membrana afetam as propriedades gerais da membrana e a função das enzimas que são incorporadas nela. "A indústria de biotecnologia talvez pudesse usar esta enzima para projetar artificialmente membranas para fins específicos, "diz Exterkate.

Osmorregulação

A descoberta dessa enzima promíscua também levanta a questão de por que as células de arquea precisam de todas essas cardiolipinas diferentes. Até aqui, os manuais referem-se às cardiolipinas como uma molécula particular. Está ficando claro, no entanto, que as cardiolipinas formam uma classe de moléculas. Exterkate e seus colegas suspeitam que a enzima esteja envolvida na osmorregulação. “Dependendo do ambiente, a enzima pode mudar a produção para diferentes fosfolipídios e, ao fazer isso, alterar a funcionalidade da membrana. "

A enzima também pode vir a ser um bônus para a célula sintética em que Exterkate e seus colegas estão trabalhando. "Planejamos produzir uma membrana com uma composição fosfolipídica minimalista, portanto, não precisaríamos adicionar muitos genes para diferentes enzimas. Agora, podemos potencialmente produzir muitos fosfolipídios diferentes usando apenas uma única enzima. "