Um novo estudo publicado, nesta semana, na revista eLife, lança luz sobre um enigma bioquímico que há décadas intriga pesquisadores: como uma única enzima consegue alternar, com precisão milimétrica, dois açúcares diferentes para construir o ácido hialurônico — molécula essencial para articulações, cicatrização e desenvolvimento embrionário.

A pesquisa, conduzida por cientistas da University of Virginia School of Medicine e do Howard Hughes Medical Institute, utilizou microscopia crioeletrônica de alta resolução para revelar, em detalhes estruturais inéditos, como a enzima hialuronano sintase do vírus da Chlorella (CvHAS) reconhece e seleciona seus substratos.

“O grande desafio era entender como um único sítio ativo consegue discriminar entre dois açúcares ativados por UDP e adicioná-los de forma alternada, milhares de vezes”, disse Jochen Zimmer, autor sênior do estudo e pesquisador da Universidade da Virgínia.

O ácido hialurônico é formado pela repetição alternada de dois blocos: N-acetilglucosamina (GlcNAc) e ácido glicurônico (GlcA). A enzima estudada pertence à chamada classe 1-NR de hialuronano sintases, que não apenas polimerizam a cadeia como também a secretam através da membrana celular.

Usando crio-EM de partícula única, a equipe identificou dois estados distintos de ligação do UDP-GlcA ao sítio ativo da enzima: um estado “de revisão” (proofreading) e outro “inserido”, pronto para a transferência do açúcar. No primeiro, o substrato é parcialmente acomodado e estabilizado por resíduos carregados positivamente, que reconhecem especificamente o grupo carboxilato do GlcA. No segundo, o açúcar é completamente inserido na cavidade catalítica, alinhado para a reação.

“Esse estado intermediário funciona como um ponto de checagem”, explicou o primeiro autor Zachery Stephens. “Ele ajuda a enzima a distinguir o UDP-GlcA de moléculas semelhantes, como o UDP-glicose, mais abundante na célula.”

Experimentos de calorimetria mostraram que a afinidade da enzima pelo UDP-GlcA aumenta na presença de um “primer” — uma molécula inicial de GlcNAc que serve como aceitora para a reação. O valor de dissociação (Kd) caiu de 69 ?M para 24 ?M quando o primer estava presente.

Sem esse iniciador, a enzima praticamente não hidrolisa UDP-GlcA. Já o UDP-GlcNAc, mais abundante, pode ser hidrolisado mesmo na ausência de aceitador, iniciando a síntese da cadeia.

“Isso reforça a ideia de que a iniciação da síntese ocorre via autoformação de um primer de GlcNAc”, afirmou Zimmer. “O GlcA, por si só, não consegue dar partida ao processo.”

Um achado inesperado surgiu quando os pesquisadores observaram que o detergente dodecil maltosídeo (DDM), usado na purificação da proteína, ocupava o sítio aceitador da enzima, bloqueando sua atividade.

A estrutura revelou que a porção maltosídica do DDM mimetiza a posição do dissacarídeo natural do ácido hialurônico. Isso levou os cientistas a testar se outros dissacarídeos poderiam servir como aceitadores alternativos.

O resultado: celobiose e quitobiose, em altas concentrações, foram capazes de receber a adição de GlcA, gerando produtos detectáveis por cromatografia em camada fina e autoradiografia com 14C.

“Isso demonstra uma surpreendente plasticidade do sítio ativo”, disse Stephens. “Embora a especificidade seja alta, há margem para explorar reações não canônicas.”

O ácido hialurônico é amplamente utilizado em terapias articulares, preenchimentos dérmicos e engenharia de tecidos. Entender os mecanismos finos de sua síntese pode abrir caminho para otimizar sua produção industrial e projetar enzimas capazes de gerar polímeros modificados.

Além disso, como a limitação de UDP-GlcA pode restringir a síntese do polímero em condições fisiológicas, a compreensão dos mecanismos de reconhecimento pode ajudar no desenvolvimento de estratégias metabólicas para aumentar sua produção.

“Estamos começando a entender como essa máquina molecular mantém a fidelidade da síntese ao longo de mais de 10 mil unidades repetidas”, afirmou Zimmer. “Esse tipo de controle é fundamental para a integridade estrutural da matriz extracelular.”

O estudo fornece, assim, um modelo mecanístico robusto para a seletividade dual da hialuronano sintase — um avanço que ecoa além da glicobiologia, iluminando princípios gerais de como enzimas processivas equilibram precisão e eficiência em processos repetitivos de longa duração.