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Quando suas feridas cicatrizam e seu fígado desintoxica um veneno como a histamina que você ingeriu, você pode agradecer à classe de enzimas conhecidas como cobre amina oxidases por sua ajuda. Identificar as posições exatas dos menores átomos de hidrogênio nessas enzimas é um desafio com as tecnologias comumente usadas, mas é fundamental para a engenharia de enzimas melhoradas que exibem uma reatividade bioquímica incomum, porém útil.
Agora, em um estudo publicado recentemente em Catálise ACS, uma equipe liderada por pesquisadores da Universidade Médica e Farmacêutica de Osaka e da Universidade de Osaka usou cristalografia de nêutrons para obter imagens da estrutura átomo por átomo de uma enzima amina oxidase de cobre. Este estudo fornece insights estruturais sem precedentes sobre a bioquímica da enzima.
Algumas enzimas amina oxidase de cobre exibem uma bioquímica incomum, como o tunelamento quântico, que permite taxas de reação inexplicavelmente rápidas. Embora muitas vezes seja um desafio determinar a posição exata de cada átomo de hidrogênio na enzima, tal conhecimento é importante para projetar enzimas artificiais correspondentes. Os pesquisadores geralmente obtêm a estrutura átomo por átomo das enzimas por cristalografia de raios X. No entanto, esta técnica obtém informações estruturais por difração de elétrons na enzima. Assim, é insuficiente para gerar imagens de átomos de hidrogênio, que geralmente contêm apenas um elétron. A cristalografia de nêutrons, que analisa a difração dos núcleos atômicos da enzima (todos os átomos possuem núcleo atômico), é uma técnica de imagem alternativa que os pesquisadores escolheram para seu trabalho.
“Existem questões de dependência do pH, mudanças conformacionais e estabilização intermediária radical de nossa enzima que a cristalografia de raios X por si só não pode explicar completamente”, explica Takeshi Murakawa, principal autor do estudo. “A cristalografia de nêutrons é adequada para responder a essas perguntas.”
Os pesquisadores obtiveram vários insights. Por exemplo, eles criaram imagens do estado de protonação/desprotonação (relacionado ao pH) de locais dentro da enzima que são importantes para estabilizar espécies radicais (isto é, especialmente átomos reativos que contêm um elétron desemparelhado). Eles também caracterizaram os movimentos do cofator topaquinona da enzima – deslizamento, inclinação para cima e meia rotação – que facilitam a transferência de um único elétron dentro da enzima.
“Revelamos a ligação de uma segunda molécula de substrato de amina de alta afinidade durante a reação enzimática, um evento até então desconhecido no sítio ativo da enzima”, disse Toshihide Okajima, autor sênior. “A cristalografia de raios X perde esses insights.”
Este trabalho forneceu detalhes estruturais não divulgados anteriormente em uma enzima cobre amina oxidase que tem muitas funções no metabolismo bioquímico. Revelar a posição exata dos átomos de hidrogênio na enzima ajuda a explicar sua eficiência em temperaturas e pressões fisiológicas. No futuro, os pesquisadores poderão aplicar esses insights para projetar enzimas artificiais que funcionem na indústria química.
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