Pesquisadores descobrem mecanismo fundamental de comutação biológica

Os comutadores de prótons foram preservados no curso da evolução

Numerosos receptores são compostos por sete segmentos de proteínas. A figura mostra a estrutura do comutador de prótons do pigmento visual rodopsina. Sua estrutura básica helicoidal também está presente no segmento proteico gerado sinteticamente, que pode ser incorporado em uma membrana (laranja, com moléculas lipídicas individuais). No extremo superior do segmento está um grupo atômico com carga negativa (vermelho), que é neutralizado pela captação de um próton (H +). © FZD
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Inúmeros comutadores moleculares controlam os processos metabólicos nas células biológicas, transmitindo uma ampla variedade de estímulos. Surpreendentemente, os comutadores têm uma estrutura molecular muito uniforme, embora cada um deles reaja a um único sinal químico. Uma explicação para isso é agora fornecida por cientistas alemães.

Eles descobriram um mecanismo de comutação fundamental que foi preservado ao longo da evolução, apesar do alto grau de especialização em todos os comutadores. Pesquisadores do Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) relatam suas novas descobertas na revista "Journal of Biological Chemistry".

Mecanismo de comutação uniforme?

Interruptores biológicos - também chamados de receptores - são moléculas complexas que ficam particularmente nas paredes das células. Eles permitem que uma célula responda a estímulos externos ativando e desativando processos metabólicos sempre que um produto químico se liga ao exterior da célula. Embora cada receptor responda apenas a uma substância específica, muitos deles têm uma estrutura molecular muito semelhante.

Isso levou os cientistas da FZD a supor que os receptores poderiam se basear em um mecanismo de comutação uniforme. Para investigar, eles analisaram um tipo de receptor composto por sete domínios moleculares. Nos seres humanos, são conhecidos cerca de 1.000 desses receptores de sete partes, onde funcionam como um interruptor para hormônios, neurotransmissores, odores ou mesmo luz. Mais da metade de todos os medicamentos prescritos trabalha com receptores desse tipo.

A neutralização de um grupo atômico carregado negativamente permite a imersão de todo o grupo químico (verde) na membrana eletricamente neutra. Essa mudança estrutural representa uma troca autônoma de prótons e contribui significativamente para a ativação do receptor em toda a molécula. FZD

"Chave de prótons" na mira dos pesquisadores

"Mostramos que uma parte importante do processo de troca não é causada diretamente pela estrutura química de hormônios ou outros estimulantes", disseram os cientistas da FZD Karim Fahmy e Sineej Madathil. Em vez disso, ocorre um processo crucial em uma região do receptor que os cientistas chamam de "troca de prótons" porque os prótons, isto é, átomos de hidrogênio com carga positiva, desempenham um papel central. display

Eles são um componente natural da água e, portanto, também estão presentes no interior da célula. O processo de troca ocorre em uma parte da molécula que faz fronteira com o interior da célula, enquanto a detecção de estímulos químicos ocorre na parte externa do receptor. Os pesquisadores descobriram que o comutador de prótons funciona como um módulo autônomo, como em uma configuração de compartilhamento de trabalho.

No decorrer da evolução, esse mecanismo de comutação não precisou ser reinventado para cada novo mensageiro. Em vez disso, o módulo bem-sucedido foi preservado na estrutura de sete partes das moléculas receptoras, enquanto as regiões de reconhecimento químico se adaptaram a uma ampla gama de sinais ", explica Fahmy. Os sinais químicos externos têm apenas a tarefa de expor o local do receptor, com o qual os prótons podem reagir.

Muitas aplicações possíveis

Além do significado médico fundamental dos resultados, os pesquisadores da FZD veem grande potencial para aplicações no campo da tecnologia de sensores no simples interruptor de próton artificial que fabricam. Por exemplo, mini-laboratórios podem ser feitos na forma de células artificiais que usam esses mecanismos de comutação para se comunicar com o mundo exterior - um processo que pode ser usado, por exemplo, em análises ambientais para a detecção e remoção de substâncias tóxicas poderia.

(idw - Forschungszentrum Dresden - Rossendorf, 27.10.2009 - DLO)