Como as enzimas aprendem a distinguir entre moléculas
Como a precisão das enzimas vegetais evoluiu ao longo do tempo e por que razão o sítio ativo não é o único fator decisivo neste processo
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As enzimas são as ferramentas moleculares da vida. Aceleram as reações químicas e são capazes de distinguir com grande precisão entre moléculas semelhantes entre si. A elevada seletividade de muitas enzimas é fundamental para a produção de medicamentos importantes, como a penicilina e a ciclosporina. Mas como é que as enzimas desenvolveram esta capacidade de distinguir entre funcionalidades químicas semelhantes com tanta precisão? Uma equipa de investigação internacional, que inclui investigadores da Universidade Técnica de Graz (TU Graz), investigou esta questão utilizando como estudo de caso um grupo de enzimas vegetais conhecidas como borneol desidrogenases. Os resultados mostram que não são apenas as alterações no centro catalítico da enzima, mas também as alterações noutros locais da proteína, que, em conjunto, podem ter uma influência decisiva na seletividade de uma enzima. Os resultados do estudo foram publicados na revista *Nature Communications*.
Um caminho evolutivo para a seletividade
As desidrogenases do borneol (BDHs) são enzimas vegetais que estão envolvidas, entre outras coisas, na formação da cânfora. Algumas destas enzimas são capazes de distinguir de forma muito específica entre as duas formas espelhadas da molécula 1-borneol. Uma das duas variantes do borneol liga-se preferencialmente à enzima, ficando assim disponível para processos de oxidação. Esta elevada seletividade das enzimas é de interesse para muitas aplicações biotecnológicas, tais como a produção de princípios ativos farmacêuticos, cosméticos e fragrâncias.
Especialmente no fabrico de medicamentos, os efeitos das variantes espelhadas podem variar significativamente, e a utilização da variante espelhada errada pode causar efeitos secundários. «Embora as enzimas naturais reconheçam estas imagens espelhadas com um elevado grau de precisão, em muitos casos não é claro por que razão esta função se consolidou ao longo da evolução e quais as alterações na enzima que foram responsáveis por isso», afirma Robert Kourist, diretor do Instituto de Biotecnologia Molecular da TU Graz.
Para investigar como a seletividade das BDHs evoluiu, os investigadores recorreram a sequências de 97 enzimas relacionadas, provenientes de 59 géneros de plantas, e utilizaram-nas para reconstruir várias «enzimas ancestrais». Com estas proteínas reconstruídas, conseguiram traçar as várias etapas de um possível percurso evolutivo. «Isto revelou um salto evolutivo significativo: uma determinada enzima ancestral reconstruída apresentava pouca distinção entre as duas formas espelhadas da molécula, enquanto que uma enzima ancestral posterior, em contrapartida, era altamente seletiva», afirma a coautora principal Jasmin Zuson, do Instituto de Biotecnologia Molecular.
A interação entre o sítio ativo e a periferia é crucial
Existem 19 alterações de aminoácidos entre as duas variantes enzimáticas sob análise mais aprofundada. Apenas uma dessas alterações afeta o sítio ativo. Embora esta mutação, por si só, tenha alterado a seletividade da enzima de forma mensurável, foram necessárias alterações adicionais em locais fora do sítio ativo para alcançar uma seletividade muito elevada. «Os resultados mostram que a função de uma enzima não pode ser explicada apenas com base no seu sítio ativo. As alterações noutras partes da proteína podem, quando atuam em combinação, ter uma influência decisiva nas propriedades da enzima como um todo», afirma Robert Kourist.
As simulações moleculares forneceram uma possível explicação para este fenómeno. Não é apenas a sequência de aminoácidos da enzima que influencia a sua seletividade de reação, mas também a sua forma e mobilidade, que são em grande parte determinadas pela periferia da molécula. Isso influencia a forma como uma enzima e um reagente podem entrar em contacto um com o outro num líquido. No estudo, a forma molecular altamente seletiva assumiu com maior frequência uma disposição espacial que permite uma reação bem-sucedida.
Perspetivas para a engenharia enzimática
O estudo proporciona, assim, novos insights sobre a forma como a evolução dá origem à precisão molecular. A longo prazo, este conhecimento poderá também ser relevante para a biotecnologia: «Uma melhor compreensão das origens evolutivas da seletividade poderá ajudar-nos a otimizar as enzimas de forma mais específica para determinadas tarefas no futuro», afirma Robert Kourist.
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.
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