Tecnologia Científica

Sintetizar um combustível alternativo para os músculos pode levar a avanços médicos
Os pesquisadores têm procurado uma fonte de energia alternativa para substituir a habitual do corpo, uma molécula chamada trifosfato de adenosina (ATP).
Por University of Massachusetts Amherst - 14/07/2020


Miosina com azoTP e ATP em seu site ativo. Crédito: UMass Amherst / Debold lab

Um químico e um cinesiologista entraram em um ônibus, mas este não é o cenário de uma piada. Em vez disso, o cinesiologista e principal autor Ned Debold e o químico Dhandapani Venkataraman, "DV", começaram a conversar em seu trajeto de ônibus para a Universidade de Massachusetts Amherst e descobriram seu interesse mútuo em como a energia é convertida de uma forma para outra - para Debold, nos músculos, tecido e para DV, em células solares.

Debold disse ao químico como os pesquisadores têm procurado uma fonte de energia alternativa para substituir a habitual do corpo, uma molécula chamada trifosfato de adenosina (ATP). Essa fonte pode controlar a atividade muscular e pode levar a novos tratamentos calmantes para espasmos musculares na paralisia cerebral, por exemplo, ou ativar ou melhorar a função muscular esquelética na EM, ALS e insuficiência cardíaca crônica .

Todos são altamente debilitantes porque o corpo não tem como corrigi-los, diz o fisiologista muscular Debold. Não possui bons mecanismos para controlar - inibir ou aumentar - a função da miosina , o motor molecular que aciona o movimento.

Como observa DV, a abordagem usual para buscar um novo composto é testar sistematicamente cada um entre milhões até parecer que vale a pena acompanhar - a abordagem clássica "agulha no palheiro". Ele diz: "A certa altura, sugeri a Ned: 'Por que nós mesmos não construímos a agulha?' Isso nos iniciou nesse projeto interessante que reúne pessoas que, de outra forma, nunca trabalhariam juntas ".

Os dois logo viram que precisariam de alguém para modelar interações entre as moléculas que o DV estava produzindo e as moléculas de miosina que Debold estava usando para testá-las. Eles convidaram o químico computacional Jianhan Chen.

Chen explica: "Fizemos modelagem computacional porque experimentalmente é difícil saber como a miosina pode estar usando as moléculas que o DV estava sintetizando. Podemos usar a simulação computacional para fornecer uma imagem detalhada no nível molecular para entender por que esses compostos podem ter certos efeitos. Isso pode fornecer informações não apenas sobre como a miosina interage com o conjunto atual de compostos, mas também fornece um roteiro para o DV usar para projetar novos compostos que são ainda mais eficazes na alteração da função da miosina ".

Este mês, os pesquisadores relatam no Biophysical Journal que eles fizeram uma série de compostos sintéticos para servir como fontes alternativas de energia para a proteína muscular miosina, e que a miosina pode usar essa nova fonte de energia para gerar força e velocidade. Mike Woodward, do laboratório Debold, é o primeiro autor do artigo e Xiaorong Liu, do laboratório Chen, fez a simulação por computador.

Ao usar diferentes isômeros - moléculas com átomos em diferentes arranjos - eles foram capazes de "efetivamente modular e até inibir a atividade da miosina", sugerindo que a alteração do isômero pode oferecer uma abordagem simples, porém poderosa, para controlar a função motora molecular. Com três isômeros do novo substituto do ATP, eles mostram que a capacidade de gerar força e movimento da miosina pode ser dramaticamente alterada. "Ao correlacionar nossos resultados experimentais com a computação, mostramos que cada isômero exerce controle intrínseco ao afetar etapas distintas no ciclo mecânico-químico da miosina".

DV recorda: "Meu laboratório nunca havia produzido esses tipos de compostos antes, tivemos que aprender uma nova química; meu aluno Eric Ostrander trabalhou na síntese". A nova química envolve colar três grupos fosfato em uma molécula sensível à luz, o azobenzeno, criando o que os pesquisadores agora chamam de trifosfato de azobenzeno, acrescenta ele.

A próxima etapa do trio será mapear o processo em vários pontos do ciclo bioquímico da miosina, diz Debold. "No campo da pesquisa muscular, ainda não entendemos completamente como a miosina converte o ganho de energia dos alimentos que ingerimos em trabalho mecânico. É uma questão que está no cerne de entender como os músculos se contraem. Ao alimentar a miosina com fontes de energia alternativas cuidadosamente projetadas , podemos entender como esse complexo motor molecular funciona. E, ao longo do caminho, provavelmente revelaremos novos alvos e abordagens para abordar uma série de doenças relacionadas aos músculos ".

 

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