Os condensados biomoleculares revelam uma atividade surpreendente enquanto catalisadores
Investigadores descobrem «condenzimas» que contribuem para as funções bioquímicas das células
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Os condensados biomoleculares são omnipresentes nas células vivas, incluindo bactérias, vírus, plantas e sistemas de mamíferos. Estes corpos sem membrana, ou comunidades moleculares compostas por ADN, ARN e proteínas, são o local onde moléculas de grande e pequeno tamanho dentro da célula se reúnem para coordenar várias reações bioquímicas.
A separação de fases, em que as moléculas se separam do meio celular de forma semelhante à separação entre óleo e água, é a força motriz por trás da formação de condensados biomoleculares com composições distintas. A maioria dos investigadores tem-se centrado nas proteínas e nos componentes de ácido nucleico — que armazenam, transmitem e expressam informação genética nas células vivas — e nas suas contribuições para a formação de condensados.
Um novo trabalho liderado por Yifan Dai, professor assistente, e Rohit V. Pappu, Professor Distinto Gene K. Beare, ambos do Departamento de Engenharia Biomédica e do Centro de Condensados Biomoleculares da Escola de Engenharia McKelvey da Universidade de Washington em St. Louis, levou-os a descobrir «condenzimas», ou seja, atividades catalíticas inerentes aos condensados, apesar de estes não possuírem os componentes necessários para atuarem eles próprios como catalisadores. A aproximação das moléculas através da separação de fases dá origem à propriedade emergente de funcionarem como catalisadores.
Os investigadores dos laboratórios de Dai e Pappu demonstraram que os condensados formados por proteínas intrinsecamente desordenadas podem criar campos elétricos nas superfícies dos condensados que catalisam reações como a esterólise, que decompõe os ésteres num ácido e num álcool, e a hidrólise, em que a água é utilizada para quebrar ligações químicas.
Em colaboração com colegas das universidades de Columbia, Stanford e Harvard, os investigadores demonstraram que a combinação do campo elétrico superficial com alterações fundamentais nas propriedades das moléculas de água nas interfaces dos condensados contribui para a capacidade destes de funcionarem como catalisadores. Além disso, demonstraram que os condensados, que funcionam como «condenzimas», podem catalisar a hidrólise de uma variedade de compostos, o que permite a decomposição de ácidos nucleicos, bem como a hidrólise do trifosfato de adenosina (ATP), que transporta energia pelas células.
«Estas condenzimas catalisam a hidrólise de um conjunto diversificado de moléculas», afirmou Dai. «Esta capacidade única dos condensados revelou-se válida em células bacterianas, o que altera a forma como pensamos sobre a forma como o panorama bioquímico se estabelece nas células vivas.»
Dai e Pappu afirmaram que a sua colaboração combinou os conhecimentos em eletroquímica do laboratório de Dai com a modelação computacional e os conhecimentos bioquímicos do laboratório de Pappu, com base em investigações anteriores realizadas em ambos os laboratórios.
«Vemos uma potencial revolução a surgir destes resultados, porque agora temos um novo arquétipo de catalisadores a considerar quando pensamos nas reações bioquímicas nas células», afirmou Pappu.
Dai e Pappu têm vindo a construir as bases para estes resultados ao longo dos últimos anos. O laboratório de Dai descobriu recentemente que os condensados biomoleculares desempenham o papel de enzimas no ciclo metabólico das células. Num artigo publicado em 2023 na revista «Chem», Dai e os seus colegas relataram que a interface dos condensados biomoleculares possui um potencial elétrico e que o campo elétrico interfacial pode impulsionar reações redox. O laboratório de Pappu demonstrou que os condensados que ocorrem naturalmente, como os nucléolos, são definidos por gradientes de pH e que os condensados, apesar de serem estruturas sem membrana, são definidos por potenciais semelhantes aos das membranas. A descoberta das «condenzimas» representa a próxima etapa na compreensão, em rápido desenvolvimento, das funções dos condensados.
As funções dos condensados têm sido alvo de debate, afirmou Pappu, levando alguns a sugerir que os condensados poderiam ser meros espectadores nas células. Estas descobertas contestam essa sugestão, afirmou ele.
«A conclusão é que as células devem ter desenvolvido mecanismos para tirar partido das funções catalíticas inerentes às condenzimas, ou devem ter adaptado mecanismos que atenuam as funções das condenzimas», afirmou Pappu. «Seja como for, estas descobertas alteram a forma como pensamos sobre os condensados nas células vivas, porque as implicações para a fisiologia celular, doenças como o cancro e a neurodegeneração, e o campo da biologia sintética serão provavelmente de considerável importância.»
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