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Cada sistema tem seu sistema de eliminação de resíduos. As organelas celulares conhecidas como “peroxissomos” eliminam substâncias tóxicas e gorduras do corpo humano, entre outras coisas, e, ao fazê-lo, previnem doenças graves. O grupo de proteínas “Pex” (fatores de biogênese dos peroxissomos) mantém essas “unidades de desintoxicação” funcionando adequadamente – e uma equipe de pesquisadores da Universidade de Münster liderada pelo Prof. Christos Gatsogiannis foi agora a primeira a mostrar, no nível atômico, como esses processos altamente complexos prosseguem. A história de sucesso – agora aclamada com o estudo publicado na revista Comunicações da Natureza – foi possível graças ao novo microscópio de alta tecnologia da Universidade.
“Podemos imaginar os peroxissomos como fábricas em miniatura especializadas em diferentes tarefas”, explica Gatsogiannis. “Em primeiro lugar, eles são conhecidos por ‘desintoxicar’ a célula. Eles atuam como unidades de eliminação de resíduos celulares em nossas células.” Estes resíduos podem ser excesso de ácidos gordos, por exemplo, ou substâncias tóxicas do ambiente: pelo menos 50 processos diferentes deste tipo são assistidos por organelos celulares com apenas 0,5 micrómetros de tamanho (1 micrómetro = 1 milionésimo de milímetro).
Algo que é particularmente importante para o sistema é o papel desempenhado pelos peroxissomos no metabolismo da gordura. Isto ocorre porque eles não apenas desmantelam as gorduras, mas também as convertem em energia utilizável, que por si só é indispensável para uma variedade de processos no corpo. Sem peroxissomos, podem acumular-se quantidades perigosas de certas gorduras, o que daria origem a graves problemas de saúde. É por isso que as doenças relacionadas com a idade estão frequentemente associadas a disfunções peroxissomais, por exemplo, perda de audição ou visão, doença de Alzheimer, diabetes ou cancro.
Cada um desses processos requer uma série de enzimas específicas. Os peroxissomas, no entanto, estão rodeados por uma membrana biológica que as proteínas não conseguem permear facilmente, o que significa que têm de ser importados. Este mecanismo de importação necessita de energia e de mais um grupo de proteínas – o grupo Pex. “Assim como um caminhão, que transporta produtos de um lugar para outro, o transporte de enzimas requer proteína de transporte, energia e uma logística bem pensada para funcionar com eficiência”, compara o doutorando Maximilian Rüttermann, membro do time. “E, novamente, assim como um caminhão, a proteína é usada novamente ou reciclada até que finalmente se desfaça ou se desintegre”.
Este mecanismo de reciclagem é a única etapa que consome muita energia em todo o processo de importação. O papel principal é desempenhado pelo complexo perixissomal AAA-ATPase Pex1/Pex6: esta “nanomaquina biológica” descompacta e desdobra as proteínas gastas para que possam ser recicladas ou eliminadas. As AAA-ATPases são basicamente uma espécie de equipe de limpeza celular que mantém o ambiente interno da célula limpo, funcional e pronto para as demandas da vida. É menos surpreendente, portanto, que a maioria das disfunções na biogénese peroxissomal esteja associada a mutações em Pex1 ou Pex6, sendo que até 60 por cento de todos os casos são atribuíveis a uma doença genética rara em que as células do paciente não são capazes de formar peroxissomas. . Isto é algo de que o público em geral não tem conhecimento, uma vez que os pacientes afetados morrem geralmente apenas alguns dias ou semanas após o nascimento – e ainda não há cura conhecida.
A equipa de investigadores liderada por Gatsogiannis demonstrou agora, pela primeira vez e em detalhes atómicos, como a AAA-ATPase peroxissomal processa outras enzimas para manter as unidades de desintoxicação a funcionar corretamente. Para tanto, os pesquisadores utilizaram o método de microscopia eletrônica criogênica. “Investigar um complexo altamente dinâmico como AAA-ATPase Pex1 Pex 6 é como observar o motor de um carro funcionando”, diz Rüttermann. “Você gera milhões de imagens de todos os ângulos enquanto ele está em execução e então, com base nisso, produz um modelo tridimensional em todos os seus vários estados”. Na primavera deste ano, a equipe colocou em operação um microscópio eletrônico criogênico de última geração. A nova aquisição, no valor de 7,5 milhões de euros, permite investigar proteínas e nanomáquinas biológicas ao nível atómico e assim decifrar os segredos do funcionamento das células.
As estruturas de alta resolução mostram como as proteínas Pex1 e Pex6 funcionam juntas de forma síncrona. Eles retiram da membrana um substrato semelhante aos receptores de importação utilizados para permitir sua reciclagem – um mecanismo único, comparável a uma fileira de braços que, passo a passo, puxam uma corda grossa aos pares e, no processo, desatar seus nós. “As estruturas atômicas e a compreensão do mecanismo desta nanomáquina complexa agora nos permitem compreender etapas importantes na fisiologia do peroxissomo na saúde e na doença”, conclui Gatsogiannis. “Agora é possível relacionar todas as mutações conhecidas com a sua função, a fim de compreender as suas consequências químicas e, como resultado, compreender as causas dos distúrbios metabólicos”.
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