As moléculas de colesterol (laranja) são cercadas pelos lipídios da membrana (branco) e duas conformações de cauda características são mostradas (esquerda e centro). Crédito: Taras Pogorelov

Embora o colesterol possa ameaçar a saúde humana, essa substância cerosa é uma das pequenas moléculas mais importantes na fisiologia humana e desempenha inúmeros papéis críticos na biologia e na medicina. Sua dinâmica é crítica para a manutenção e regulação da fluidez da membrana, interações de esteróis com lipídios e proteínas e interações de vírus com células humanas. O colesterol também é um alvo crítico de drogas.

Apesar de sua importância, ainda há muito que se sabe sobre o colesterol, especificamente como essas moléculas de esteróis se movem e funcionam dentro da membrana celular das células.

A compreensão dos movimentos e interações do colesterol em sistemas vivos tem sido objeto de décadas de estudos intensos, mas a dinâmica molecular exata permanece indefinida, em parte devido a limitações no estudo de esteróis disponíveis comercialmente e resolução da atual espectroscopia de ressonância magnética nuclear em estado sólido. (SSNMR).

Agora, um grupo de pesquisadores da Universidade de Illinois Urbana-Champaign e da Universidade de Wisconsin-Madison revelaram pela primeira vez como o colesterol se comporta nas células no nível atomístico, informações que podem ter amplas implicações para estudos futuros de saúde e doença. , segundo os pesquisadores.

Em um estudo no Journal of the American Chemical Society , o professor de bioquímica Chad M. Rienstra, da Universidade de Wisconsin-Madison e os professores de química Martin D. Burke e Taras V. Pogorelov da Universidade de Illinois, Urbana-Champaign, detalham como eles combinaram novos métodos experimentais e computacionais para capturar como as moléculas de colesterol se movem na membrana das células.

"Este trabalho ilustra a poderosa abordagem sinérgica de combinar novos métodos experimentais e computacionais para levar nossa compreensão da dinâmica do colesterol membranoso para o próximo nível", disse Pogorelov.

Especificamente, sua abordagem incluiu novos experimentos SSNMR, simulações de dinâmica molecular de todos os átomos de última geração e cálculos de mecânica quântica sobre colesterol sintético em fosfolipídios.

O colesterol, um componente importante das membranas biológicas que pode ser extraído de fontes como ovos, é um composto de 27 carbonos com uma estrutura que inclui uma cauda – feita de hidrocarbonetos – ligada a um núcleo plano, que consiste em quatro anéis de hidrocarbonetos.

Pela primeira vez, os pesquisadores neste estudo foram capazes de rotular cada átomo de carbono e projetar um protocolo investigando a dinâmica atomística, ou movimento e forças, em cada átomo para revelar uma imagem geral de como o colesterol se move em uma membrana.

"Coletivamente, esses estudos revelaram que o colesterol exibe acoplamento dinâmico segmentar entre os anéis fundidos e as conformações da cauda", disse Pogorelov. "Em particular, os movimentos da cauda e de toda a molécula estão correlacionados, enquanto as caudas giram como um 'modo virabrequim'."

Além disso, os pesquisadores disseram que seu fluxo de trabalho experimental-computacional estreitamente unido permitiu identificar e quantificar as conformações específicas que o colesterol assume nas membranas.

Segundo os pesquisadores, esses resultados têm amplas implicações para uma melhor compreensão da função dos esteróis nos sistemas vivos, e os métodos desenvolvidos para este estudo abrem uma nova porta para estudos futuros de como o colesterol está influenciando a dinâmica funcional das proteínas da membrana na saúde e na saúde . doença.