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Pesquisadores refutam prevalente explicação dada em livros de Bioquímica


Muito provavelmente durante a evolução da primeira célula viva, a primeira estrutura a ser formada foi a membrana celular, confinando um pequeno volume de solução aquosa e separando-a do meio externo. As membranas celulares definem a fronteira externa das células e regulam o tráfico molecular e iônico através dessa fronteira. E uma das características mais importantes da membrana é a sua fluidez, determinada pelo grau de saturação dos seus componentes lipídicos. Nesse sentido, em um impactante estudo publicado esta semana no periódico Nature Communications (1), pesquisadores trouxeram evidências teóricas e experimentais que quebram a explicação vigente nos últimos 50 anos - e presente em qualquer livro de Bioquímica - sobre o mecanismo molecular da adaptação homeoviscosa, responsável por regular a saturação lipídica em reposta ao meio externo.

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As membranas celulares são complexos arranjos de proteínas e de lipídios, os quais coletivamente determinam suas propriedades físicas, como fluidez/viscosidade, permeabilidade, e o perfil de pressão lateral. Em específico, a fluidez da membrana determina o quão fácil lipídios e proteínas podem se difundir lateralmente no plano da sua estrutura. A composição da cadeia acila dos lipídios das membranas é um importante determinante da fluidez e é estritamente controlada em bactérias, fungos, vermes, moscas e vertebrados. Cadeias acilas lipídicas saturadas - ou seja, sem presença de duplas ligações entre os carbonos - tendem a formar fases não-fluídas e densamente empacotadas a temperaturas fisiológicas. Já cadeias acilas lipídicas insaturadas - com presença de duplas ligações entre os carbonos - tornam a bicamada mais fluída nas mesmas condições. Manter uma fluidez ideal frente a diferentes condições ambientais é essencial para a sobrevivência das células.

Organismos poiquilotérmicos - entre os vertebrados, popularmente chamados de 'animais de sangue frio', como répteis não-aviários, grande parte dos peixes, anfíbios e alguns raros mamíferos (como o rato-toupeira pelado) - não conseguem manter uma temperatura constante como os homeotérmicos, ficando vulneráveis às oscilações de temperatura ambiente, especialmente entre as estações do ano mais extremas. Para sobreviverem por longos períodos, esses organismos precisam ajustar a composição lipídica das suas membranas celulares durante estresses de frio, visando manter as funções normais dessa estrutura. Uma membrana muito saturada exposta a baixas temperaturas acaba se tornando muito viscosa, sendo, portanto, o estabelecimento de um maior grau de insaturação. Esse fenômeno regulatório é referido como adaptação homeoviscosa. Mas como funciona o mecanismo por trás desse processo? Como as células sabem que é hora de mudar a composição bioquímica da membrana?

Nos últimos 50 anos, cientistas têm assumido que a característica fluída da membrana é crucial para essa adaptatividade. Ao sentir a fluidez da membrana, a célula 'saberia' o que fazer para sobreviver no frio. Quando a membrana se torna mais viscosa ou mesmo se solidifica à medida que a temperatura cai, a célula reage produzindo mais lipídios insaturados que dificultam a perda de fluidez. Nas células eucarióticas, sensores proteicos de classe II presentes na membrana têm sido implicados nessa tarefa de regulação, ao perceberem o nível de saturação lipídica. Nas leveduras da espécie Saccharomyces cerevisiae, o sensor prototípico de classe II Mga2 é crucial para a regulação da fluidez da membrana. Ao sentir um sinal físico-químico na membrana, essa proteína ativa uma resposta homeostática que ajusta a saturação lipídica da membrana via o ácido graxo essencial cis-Δ9-desaturase Ole1, o qual é percursor da biossíntese de novo de ácidos graxos insaturados nessa espécie.

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No novo estudo, pesquisadores da Universidade do Sarre, e colaboradores do Reino Unido, Alemanha e EUA, conseguiram refutar a ideia central da hipótese de adaptação homeoviscosa. Usando leveduras S. cerevisiae como modelo de estudo, eles conseguiram isolar o Mga2 e investigaram como essa proteína respondia à fluidez da membrana. Como mencionado, a hipótese prevalente é a de que o sensor é ativado sempre que a viscosidade da membrana aumenta. Porém, não foi isso que os pesquisadores observaram. Na verdade, eles demonstraram que a fluidez é irrelevante, e que é a densidade de empacotamento de átomos de lipídios - via interação com um resíduo da hélix transmembranal chamado de W1042 - no centro hidrofóbico (sem afinidade com a água) da membrana que determina se o sensor é ativado ou não. Esse mecanismo torna possível o Mga2 distinguir entre ácidos graxos saturados e insaturados na membrana.

Em uma membrana mais saturada, a densidade do empacotamento aumenta no nível do triptofano sensorial (W1042), o qual então rotaciona para longe e se "esconde" na interface do dímero. Em uma membrana mais insaturada, a menor densidade de empacotamento no centro hidrofóbico permite que o W1042 aponte com uma média mais frequente no sentido do ambiente lipídico. Essas variações engatilham ou não o Mga2.

De acordo com os pesquisadores, essa nova proposta - a qual provavelmente é válida para vários outras espécies eucarióticas - não tinha sido pensada antes porque as disciplinas interessadas na estrutura e na funcionalidade das membranas celulares têm trabalhado, de certo modo, isoladas e com pouca troca interdisciplinar. No novo estudo foram reunidos especialistas em física, ciência dos materiais, bioquímica e genética.


(1) Publicação do estudo: Nature

Pesquisadores refutam prevalente explicação dada em livros de Bioquímica Pesquisadores refutam prevalente explicação dada em livros de Bioquímica Reviewed by Saber Atualizado on fevereiro 09, 2020 Rating: 5

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