Os investigadores resolvem um mistério com 50 anos: como é que o ácido remove a água das proteínas
A microscopia crioelectrónica revela pela primeira vez quais os aminoácidos que se ligam à água e quais os que a libertam quando acidificados
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As proteínas perdem sistematicamente o seu invólucro protetor de hidratação quando o seu ambiente se torna mais ácido. Até há pouco tempo, isto era apenas uma teoria. Técnicas de imagem de última geração ajudaram os investigadores da Universidade Martin Luther de Halle-Wittenberg (MLU) a observar diretamente este processo pela primeira vez ao nível da molécula de água individual. Este facto permitiu responder a uma questão de bioquímica que tinha ficado sem resposta durante 50 anos. Num artigo publicado na revista "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS), a equipa escreve que este conhecimento poderá ajudar a desenvolver proteínas mais estáveis.
As proteínas são as máquinas de uma célula, controlando todos os processos vitais de um organismo - do crescimento ao metabolismo. A sua função depende em grande medida da sua estrutura espacial. As proteínas são envolvidas por um invólucro de moléculas de água que, por sua vez, ajuda a determinar a sua forma e função. No entanto, até agora, pouco se sabia sobre a interação precisa entre as proteínas, as moléculas de água e o seu ambiente. "Já em 1974, Irwin Kuntz e Walter Kauzmann tinham postulado que a diminuição dos níveis de pH - por outras palavras, o aumento da acidificação - alterava o invólucro de hidratação de uma proteína. No entanto, não havia provas diretas desta hipótese", explica o professor de bioquímica Panagiotis Kastritis, da MLU.
Neste novo estudo, a equipa de Kastritis utilizou a microscopia eletrónica criogénica de alta resolução (cryo-EM) para estudar este processo em pormenor. Durante a crio-EM, as proteínas são congeladas e bombardeadas com um feixe de electrões. O sinal resultante pode ser utilizado para criar imagens extremamente detalhadas que podem ser combinadas para produzir modelos 3D. Este método revelou a estrutura da proteína ao nível de apenas alguns átomos. Os investigadores investigaram a proteína apoferritina, que actua como uma unidade de armazenamento de ferro nas células. Observaram-na em sete níveis de pH diferentes, desde 9,0 (ligeiramente alcalino) a 3,5 (ácido). Utilizando a crio-EM, mapearam individualmente milhares de moléculas de água e seguiram o seu comportamento à medida que a acidez aumentava. As experiências foram acompanhadas de simulações em computador que corroboraram o comportamento observado.
"Os nossos dados permitiram-nos registar o movimento de cada uma das moléculas de água e observar como se moviam em resposta a alterações nos níveis de pH. Ficámos surpreendidos com a existência de regras claras: certos aminoácidos prendem a água, enquanto outros a libertam. Não estávamos à espera de ver isto", diz o Dr. Ioannis Skalidis, que completou o seu doutoramento no MLU e trabalha agora como investigador na Universidade de Utrecht. O Dr. Farzad Hamdi, do MLU, acrescenta: "Somos o primeiro grupo a conseguir fornecer estas provas a este nível de pormenor mecanicista. Sim, é uma teoria antiga, mas não havia provas diretas disso".
Outros resultados são também surpreendentemente precisos: uma proteína perde cerca de 100 moléculas de água por cada unidade de diminuição do pH. Os investigadores conseguiram mesmo descrever o comportamento de cada um dos aminoácidos que compõem as proteínas. O glutamato e o aspartato são os primeiros a libertar as suas moléculas de água quando acidificados. Outros retêm as moléculas independentemente do valor do pH, de modo que um núcleo interno estável, constituído por cerca de 40% do número total de moléculas de água, se mantém independentemente do nível de pH.
Outra descoberta inesperada: Com a diminuição do pH, não só o invólucro de hidratação da apoferritina se altera, como também a posição dos iões de ferro ligados. Estes afastam-se gradualmente do seu local de ligação. Isto prova um mecanismo estrutural pelo qual a acidez crescente pode desencadear a libertação de iões metálicos das proteínas - um processo que desempenha um papel, por exemplo, na regulação do ferro celular.
São necessários outros estudos para determinar se as regras identificadas no estudo também se aplicam a outras proteínas. "Assumimos que este processo é, pelo menos, semelhante para outras proteínas. Este conhecimento pode ser utilizado para desenvolver proteínas mais estáveis ou mais tolerantes ao pH", afirma Kastritis. Isto poderia ajudar a melhorar as enzimas industriais ou os sistemas de administração de medicamentos à base de proteínas.
O estudo foi financiado pela União Europeia, a Fundação Alemã de Investigação (DFG), o Ministério Federal da Investigação, Tecnologia e Espaço (BMFTR) e o Estado da Saxónia-Anhalt.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Farzad Hamdi, Ioannis Skalidis, Inken Kaja Schwerin, Jaydeep Belapure, Dmitry A. Semchonok, Fotis L. Kyrilis, Christian Tüting, Johannes Müller, Georg Künze, Panagiotis L. Kastritis; "Direct evidence of acid-driven protein desolvation"; Proceedings of the National Academy of Sciences, Volume 123, 2026-3-5
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