Cientistas usam espectroscopia de RMN de alta pressão para estudar a estrutura de proteínas dinâmicas
Bacillus Subtilis. Crédito:Kookaburra/Wikipedia. Uma pressão de 3.000 bar é aplicada à proteína B de choque frio de Bacillus subtilis em um pequeno tubo no laboratório de espectroscopia de RMN da Universidade de Konstanz. Isto é aproximadamente três vezes a pressão da água no ponto mais profundo do oceano. A pressão é tão intensa que a proteína altamente dinâmica apresenta características estruturais que não seriam suficientemente visíveis sob pressão normal.
Mas por que os cientistas aplicam uma pressão tão alta, que não ocorre em nenhum outro lugar do nosso planeta em condições naturais? A resposta é:estudar processos e propriedades que são muito voláteis para serem observados em condições normais.
“Essa alta pressão nos permite tornar visíveis estados que realmente existem a 1 bar, mas que só podemos observar diretamente a 3.000 bar”, explica Frederic Berner, da Universidade de Konstanz. Literalmente “sob alta pressão”, o pesquisador de doutorado investiga as propriedades de uma proteína determinadas por sua estrutura e como as mudanças na estrutura, por sua vez, influenciam suas propriedades.
No grupo de pesquisa Físico-Química e Ressonância Magnética Nuclear da Universidade de Konstanz, liderado por Michael Kovermann, ele implementou recentemente um novo método para analisar as propriedades estruturais de proteínas a 3.000 bar com a menor influência possível dos efeitos circundantes.
Os dois investigadores apresentam agora a sua nova abordagem metodológica na revista Angewandte Chemie International Edition .
Proteínas:como a estrutura influencia suas propriedades
As proteínas são os blocos básicos de construção da vida. Eles consistem em cadeias de aminoácidos cuja estrutura tridimensional pode assumir uma ampla variedade de formações. Eles "dobram" da mesma forma que uma longa fita de papel pode ser dobrada em diferentes formatos.
As propriedades funcionais de uma proteína dependem em grande parte do seu enovelamento, de modo que a mesma proteína pode ter efeitos muito diferentes na célula, dependendo da forma como é dobrada. “O que é importante para as proteínas é a sua estrutura, que por sua vez está ligada às funcionalidades. Se quisermos identificar mecanismos bioquímicos, precisamos de informações sobre a sua estrutura”, diz Berner.
Os cientistas pretendem capturar as propriedades da estrutura da proteína na sua forma “pura” – tão livre quanto possível das influências do seu ambiente. Contudo, por duas razões, isso não é tão fácil:primeiro, quase sempre há interações com o solvente que envolve a proteína e com seções vizinhas de sua cadeia molecular.
Em segundo lugar, as proteínas são altamente dinâmicas e o seu dobramento está sempre em movimento. Por exemplo, existem proteínas que se separam constantemente e voltam como uma tesoura. Na fração de segundo em que ela se abre, ocorre uma reação química. Isso acontece rápido demais para que os pesquisadores possam examiná-lo diretamente.
Sob alta pressão
E é aqui que entra a pressão de 3.000 bar:a molécula é pressionada até um determinado estado – a sua estrutura é manipulada:a tesoura permanece aberta. Usando espectroscopia de ressonância magnética, os pesquisadores podem agora estudar propriedades estruturais específicas da proteína que não são diretamente visíveis sob pressão normal.
Os métodos de análise anteriores muitas vezes aceitaram os efeitos ambientais e tentaram factorá-los posteriormente. O novo método de alta pressão de Kovermann e Berner, em contraste, pode suprimir ou “corrigir” os efeitos ambientais desde o início (“intrinsecamente”) e, assim, permite uma visão o menos possível da proteína que é afetada. Faz particularmente sentido utilizar e comparar o novo método em combinação com métodos existentes, pois desta forma os vários factores de influência tornam-se visíveis em detalhe.
O processo de alta pressão inventado na Universidade de Konstanz trouxe resultados muito bons mesmo na fase inicial da sua aplicação. Berner e Kovermann explicam que agora serão realizados mais experimentos e simulações de computador para testar ainda mais e potencialmente refinar o processo.
