O mistério da forma das proteínas

Folding de proteínas: A hipótese termodinâmica

Christian Anfinsen, um cientista americano de origem norueguesa, procurou durante a década de 50 do séc. XX dar resposta a 3 questões fundamentais sobre o folding de proteínas:

A investigação que conduziu e que trouxe respostas a estas perguntas valeu-lhe o Prémio Nobel da Química em 1972. Nas suas experiências Anfinsen utilizou a RNaseA, uma enzima que tem como função facilitar a interacção entre o ADN e o ARN nas células pancreáticas dos bovinos. É essencial descrever de uma forma simplificada a experiência mais importante que realizou com a ajuda dos alunos pós-doutorais, Michael Sela e Fred White:

1. Num tubo de ensaio adicionaram ureia à enzima RNaseA. A ureia é um agente desnaturante que promove a destruição da estrutura nativa das proteínas. 2. Após verificarem a desnaturação da proteína, o que se manifestou pela perda total de actividade biológica, retiraram a ureia de modo a restaurarem o ambiente químico para condições intracelulares normais. 3. Observaram então um refolding espontâneo da proteína acompanhado pela recuperação total da sua actividade enzimática.

Que conclusões retirou Anfinsen destes resultados?

A termodinâmica diz-nos que um processo espontâneo é acompanhado pela libertação de energia livre, muitas vezes, mas nem sempre, sob a forma de calor, passando o sistema a ocupar um estado de menor energia e portanto mais estável. Um exemplo comum de um processo espontâneo é o arrefecimento de um liquído (por exemplo o arrefecimento do café numa chávena!) à temperatura ambiente: O calor (a energia) do líquido é libertado para o exterior (mais frio) até se atingir o equilíbrio termodinâmico.

Uma vez que o refolding é espontâneo então o estado nativo é o estado termodinamicamente mais estável, isto é, de mais baixa energia.

Esta asserção permitiu dar resposta a duas das perguntas postas por Anfinsen:

A proteína folda para a estrutura nativa porque esta corresponde ao estado termodinâmico mais estável; e é precisamente o facto de a proteína encontrar o seu estado nativo espontaneamente que nos permite concluir que nenhuma outra molécula ou enzima intervém nessa "busca". É esta a hipótese termodinâmica em folding de proteínas.

De acordo com a hipótese termodinâmica toda a informação necessária para encontrar o estado nativo está contida na sequência de aminoácidos que constitui a estrutura primária da proteína (recorde-se que na etapa 3 da experiência não se adicionou nenhum químico ao tubo de ensaio de forma a garantir o refolding!):

A estrutura primária da proteína determina a sua estrutura nativa.

Ou seja, é a totalidade das interacções entre os aminoácidos que constituem a estrutura primária que determina a estrutura nativa da proteína. Sendo assim, a hipótese termodinâmica também dá resposta à 3ª pergunta posta por Anfinsen:

O estado nativo de cada proteína é único porque é determinado por uma sequência de aminoácidos específica.

Os resultados das experiências de Anfinsen conduziram-nos a uma definição rigorosa do que significa o folding de proteínas: é o processo espontâneo de autoconstrução a partir do qual uma cadeia polipeptídica encontra uma estrutura nativa tridimensional em condições fisiológicas.

Do que foi dito, parece óbvio que o processo segundo o qual as proteínas adquirem a sua estrutura nativa pode ser inteiramente explicado com base nas interacções físicas e químicas entre os aminoácidos que compõem a cadeia proteica, ficando por isso resolvido o mistério da forma das proteínas. Será que assim é?

Será que a hipótese termodinâmica resolve o mistério do folding de proteínas?