Uma nova pesquisa apresenta as etapas químicas usadas por uma enzima que ocorre naturalmente para converter um composto químico comum em etileno - um hormônio vegetal importante para o amadurecimento de frutas e um produto químico industrial usado na produção de plásticos e têxteis. Um artigo que descreve a pesquisa de cientistas da Penn State aparece online em 12 de agosto no jornal Ciência .

"Como o etileno é tão importante na indústria de manufatura para fazer plásticos, solventes e têxteis, é um dos compostos mais abundantemente produzidos na Terra, "disse Rachelle Copeland, recém-graduado em doutorado pela Penn State e primeiro e co-autor do artigo. "Atualmente, o petróleo é nossa principal fonte de eteno para esses usos. Contudo, as plantas e alguns micróbios produzem etileno naturalmente. Entender o processo químico passo a passo usado por essas plantas e micróbios pode nos ajudar a abandonar a produção de etileno à base de petróleo. "

A apropriadamente chamada "enzima formadora de etileno (EFE)" é capaz de transformar um composto químico comum - 2-oxoglutarato, que é encontrado em quase todos os organismos onde desempenha um papel no metabolismo - em etileno, mas os pesquisadores não conseguiram caracterizar com precisão o mecanismo empregado pela enzima. A reação necessária para essa transformação é fundamentalmente diferente das reações conduzidas por enzimas intimamente relacionadas ao EFE.

As enzimas são proteínas que iniciam ou aceleram as reações químicas necessárias para sustentar a vida, a maioria dos quais requer átomos, aglomerados de átomos, ou pequenas moléculas - conhecidas coletivamente como cofatores - para fazer essas reações acontecerem. EFE pertence a uma classe de enzimas que promovem reações de vários tipos de moléculas com oxigênio, habilitado por um cofator de ferro e co-substrato de 2-oxoglutarato.

"Nosso grupo de laboratório tem estudado enzimas relacionadas ao EFE por quase 20 anos, "disse Carsten Krebs, professor de química e de bioquímica e biologia molecular na Penn State e autor do artigo. "O EFE é único nesta família de enzimas porque decompõe o 2-oxoglutarato de duas maneiras diferentes. A primeira é bem caracterizada, mas o segundo, aquele que produz etileno, tem sido um mistério até agora. "

A equipe de pesquisa dissecou a via química para a formação de etileno por EFE inserindo isótopos - átomos que diferem em peso atômico e podem ser rastreados conforme a reação está em andamento - em vários produtos. Dessa forma, a equipe poderia rastrear átomos individuais para ver onde eles vão no decorrer da reação. Separadamente, eles também fizeram modificações químicas na enzima e no 2-oxoglutarato para ver como a reação e os produtos foram alterados.

"Usando essas técnicas, pudemos ver que o EFE inicia a reação entre o 2-oxoglutarato e o oxigênio de uma maneira muito diferente de outras enzimas relacionadas, "disse Copeland." Ele insere o oxigênio entre dois átomos de carbono do 2-oxoglutarato, que produz um composto intermediário único que a enzima então decompõe em etileno. "

A localização do átomo de oxigênio inserido havia sido prevista computacionalmente, mas não havia sido mostrada experimentalmente até agora.

"Vários mecanismos foram propostos ao longo dos anos para explicar como o EFE converte 2-oxoglutarato em etileno, mas não houve dados experimentais para distingui-los, "disse J. Martin Bollinger Jr., professor de química e de bioquímica e biologia molecular na Penn State e autor do artigo. "Rachelle projetou esses experimentos para examinar os aspectos mais fundamentais da reação. Para onde vão os átomos individuais? E traça um mecanismo inequivocamente claro."