Anne Trafton | MIT News
O colágeno, uma proteína encontrada nos ossos e no tecido conjuntivo, foi encontrado em fósseis de dinossauros com até 195 milhões de anos. Isso excede em muito a meia-vida normal das ligações peptídicas que mantêm as proteínas unidas, que é de cerca de 500 anos.
Um novo estudo do MIT oferece uma explicação de como o colágeno pode sobreviver por muito mais tempo do que o esperado. A equipe de pesquisa descobriu que uma interação especial em nível atômico defende o colágeno do ataque de moléculas de água. Essa barricada impede que a água quebre as ligações peptídicas por meio de um processo chamado hidrólise.
“Fornecemos evidências de que essa interação impede que a água ataque as ligações peptídicas e as rompa. Isso vai contra o que acontece com uma ligação peptídica normal, que tem uma meia-vida de apenas 500 anos”, diz Ron Raines, professor de química da Firmenich no MIT.
Raines é o autor sênior do novo estudo, publicado na ACS Central Science. O pós-doutorando do MIT Jinyi Yang PhD ’24 é o principal autor do artigo. O pós-doutorando do MIT Volga Kojasoy e o estudante de pós-graduação Gerard Porter também são autores do estudo.
Resistente à água
O colágeno é a proteína mais abundante nos animais e é encontrado não apenas nos ossos, mas também na pele, nos músculos e nos ligamentos. É feito de longos fios de proteína que se entrelaçam para formar uma hélice tripla resistente.
“O colágeno é o suporte que nos mantém unidos”, diz Raines. “O que torna a proteína do colágeno tão estável e uma escolha tão boa para esse suporte é que, ao contrário da maioria das proteínas, ela é fibrosa.”
Na última década, os paleobiólogos encontraram evidências de colágeno preservado em fósseis de dinossauros, incluindo um fóssil de Tyrannosaurus rex de 80 milhões de anos e um fóssil de sauropodomorfo com quase 200 milhões de anos.
Nos últimos 25 anos, o laboratório de Raines tem estudado o colágeno e como sua estrutura possibilita sua função. No novo estudo, eles revelaram por que as ligações peptídicas que mantêm o colágeno unido são tão resistentes a serem quebradas pela água.
As ligações peptídicas são formadas entre um átomo de carbono de um aminoácido e um átomo de nitrogênio do aminoácido adjacente. O átomo de carbono também forma uma ligação dupla com um átomo de oxigênio, formando uma estrutura molecular chamada de grupo carbonila. Esse oxigênio carbonílico tem um par de elétrons que não forma ligações com nenhum outro átomo. Esses elétrons, segundo os pesquisadores, podem ser compartilhados com o grupo carbonila de uma ligação peptídica vizinha.
Como esse par de elétrons está sendo inserido nessas ligações peptídicas, as moléculas de água também não podem entrar na estrutura para romper a ligação.
Para demonstrar isso, Raines e seus colegas criaram dois imitadores interconvertidos de colágeno – aquele que normalmente forma uma hélice tripla, conhecido como trans, e outro em que os ângulos das ligações peptídicas são girados em uma forma diferente, conhecida como cis. Eles descobriram que a forma trans do colágeno não permitia que a água atacasse e hidrolisasse a ligação. Na forma cis, a água entrava e as ligações eram quebradas.
“Uma ligação peptídica é cis ou trans, e podemos alterar a proporção cis para trans. Ao fazer isso, podemos imitar o estado natural do colágeno ou criar uma ligação peptídica desprotegida. E vimos que, quando ela estava desprotegida, não era longa para o mundo”, diz Raines.
“Esse trabalho se baseia em um esforço de longo prazo do Grupo Raines para classificar a função de uma interação fundamental há muito negligenciada na estrutura da proteína”, diz Paramjit Arora, professor de química da Universidade de Nova York, que não participou da pesquisa. “O artigo aborda diretamente a notável descoberta de colágeno intacto nas costelas de um fóssil de dinossauro de 195 milhões de anos e mostra que a sobreposição de orbitais cheios e vazios controla a estabilidade conformacional e hidrolítica do colágeno.”
“Nenhum elo fraco”
Esse compartilhamento de elétrons também foi observado em estruturas proteicas conhecidas como hélices alfa, que são encontradas em muitas proteínas. Essas hélices também podem ser protegidas da água, mas as hélices estão sempre conectadas por sequências de proteínas mais expostas, que ainda são suscetíveis à hidrólise.
“O colágeno é todo formado por hélices triplas, de uma extremidade à outra”, diz Raines. “Não há nenhum elo fraco, e é por isso que acho que ele sobreviveu.”
Anteriormente, alguns cientistas sugeriram outras explicações para a preservação do colágeno por milhões de anos, incluindo a possibilidade de que os ossos estivessem tão desidratados que nenhuma água pudesse alcançar as ligações peptídicas.
“Não posso descartar as contribuições de outros fatores, mas 200 milhões de anos é muito tempo, e acho que é preciso algo no nível molecular, no nível atômico, para explicar isso”, diz Raines.
A pesquisa foi financiada pelo National Institutes of Health e pela National Science Foundation.
Reproduzido com permissão do MIT News.
