Pesquisadores da Universidade Autônoma de Barcelona (UAB) desenvolveram nanozimas mínimas com capacidade de capturar dióxido de carbono (CO₂ ) emitidos em processos industriais – e aplicáveis ​​a outros processos de remediação ambiental – baseados em estruturas moleculares artificiais formadas pelos peptídeos de apenas sete aminoácidos.



Estas novas moléculas também poderiam atuar como metaloenzimas, o que abre novas possibilidades na pesquisa biotecnológica. O estudo também fornece uma nova contribuição para a origem da atividade catalítica no início da vida.

A pesquisa, com Salvador Ventura como coordenador e Susanna Navarro como primeira autora, foi publicada recentemente na ACS Nano . Ambos são pesquisadores do Instituto de Biotecnologia e Biomedicina e do Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular da UAB, e trabalharam juntos no estudo com pesquisadores do Departamento de Química da UAB e do Centro de Pesquisa bioGUNE.

Em 2018, os investigadores da UAB conseguiram criar moléculas muito curtas capazes de se automontarem, inspiradas na capacidade natural de automontagem das fibrilas amilóides, e com base numa sequenciação específica de proteínas priónicas. Estas amilóides artificiais possuem atividades catalíticas, com vantagens como modularidade, flexibilidade, estabilidade e reutilização quando comparadas às enzimas naturais.

Agora, os pesquisadores descobriram sua capacidade de se ligar efetivamente a íons metálicos e atuar como elementos de armazenamento de metais e metaloenzimas.

“Esses peptídeos eram particulares, pois não continham os aminoácidos típicos, como a histidina, que muitas vezes é considerada essencial para a coordenação de íons metálicos nas enzimas, e que se pensava serem essenciais para a atividade catalítica. enriquecido com resíduos de tirosina, elemento que embora menos conhecido neste contexto, também pode ter a capacidade única de se ligar a íons metálicos se se encontrar no contexto estrutural correto. A capacidade da tirosina para fazê-lo é o que usamos para criar nossas nanozimas. ", disse Ventura.

Os resultados podem ser aplicados em diversas áreas. Em primeiro lugar, as nanozimas são estáveis ​​e podem ser utilizadas para remediação ambiental, em processos de tratamento de águas residuais ou em solos contaminados, dada a sua notável capacidade de sequestrar iões metálicos.

Em segundo lugar, podem funcionar como metaloenzimas, capazes de catalisar reações em condições nas quais as enzimas atuais, muito menos estáveis, seriam incapazes de atuar. Isto abre novas possibilidades na pesquisa em biotecnologia, como na catalisação de reações em temperaturas e valores de pH extremos.

Com base nas nanozimas que desenvolveram, os pesquisadores estão convencidos de que desenvolveram com sucesso uma variante minimalista de uma enzima anidrase carbônica capaz de armazenar eficientemente CO₂ emitidos pelos gases de efeito estufa e a um custo de produção muito menor do que as enzimas naturais.

Nova perspectiva sobre enzimas ancestrais

Para obter estas novas nanozimas, os investigadores formularam a hipótese de que a actividade catalítica na origem da vida poderia ter surgido como resultado da auto-montagem de péptidos curtos e de baixa complexidade em estruturas semelhantes às amilóides que actuavam como enzimas ancestrais primordiais.

"Mostrar que estas moléculas têm ação catalítica sem a necessidade de coordenação convencional baseada em histidina representa uma mudança significativa na forma como entendemos a origem da atividade catalítica no início da vida. Sabemos agora que esta atividade pode ser alcançada se os peptídeos ancestrais contiverem tirosina. Portanto, sugerimos que é altamente provável que as enzimas ancestrais baseadas em amilóides também utilizassem esse segundo aminoácido em suas reações químicas”, conclui Ventura.

No estudo, os pesquisadores combinaram experimentos e simulações usando uma variedade de técnicas, como espectrofotometria, fluorescência, microscopia eletrônica, difração de elétrons e modelagem computacional avançada.

Mais informações: Susanna Navarro et al, Fibrilas amilóides formadas por peptídeos curtos inspirados em príons são metaloenzimas, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c04164
Informações do diário: ACS Nano

Fornecido pela Universidade Autônoma de Barcelona