Os cientistas descobrem o regulamento da enzima que catalisa o alongamento chain no caminho terpenoid

Os cientistas de Max Planck em Jena, Alemanha, descobriram um regulamento incomum das enzimas que catalisam o alongamento chain em um metabolismo secundário importante, o caminho terpenoid. Nos cochleariae de Phaedon do besouro de folha do armorácio uma única enzima pode provocar a produção de duas substâncias completamente diferentes segundo se está regulada por íons do cobalto, do manganês ou do magnésio: os iridoids, que são substâncias defensivas as larvas usam-se para repelir predadores, ou as hormonas juvenis, que controlam a revelação do insecto. As plantas desiguais dos insectos não têm um grande arsenal das proteínas chamadas sintases do diphosphate do isoprenyl. Conseqüentemente podem ter desenvolvido uma outra opção eficiente para canalizar metabolitos nos sentidos diferentes do metabolismo terpenoid usando íons do metal para o controle. (PNAS, edição adiantada, o 25 de fevereiro de 2013, DOI: 10.1073/pnas.1221489110)

Produtos naturais: 40.000 terpenos

Independentemente do metabolismo preliminar que produz as substâncias que asseguram a sobrevivência das pilhas, há uns caminhos biossintéticos adicionais em todos os organismos. Seus produtos podem ser menos importantes para uma única pilha, mas podem não obstante ser essenciais para o organismo inteiro. Estes caminhos são resumidos como o metabolismo secundário. Um deles é o caminho terpenoid: com mais de 40.000 estruturas conhecidas diferentes gera uma das classes as maiores de produtos naturais. As moléculas Terpenoid têm funções diversas e podem actuar como componentes em caminhos moleculars da sinalização, como toxinas, fragrâncias ou hormonas.

A unidade básica de todos os terpenos é uma molécula simples que contem cinco átomos de carbono que podem ser juntados às correntes do comprimento diferente. Há monoterpenes (unidades C10, 2 x C5), sesquiterpenes (C15, 3 x C5), e mesmo polímeros, tais como a borracha natural, que compreende várias centenas unidades C5. As enzimas especiais negociam o alongamento chain. Estas enzimas atraíram a curiosidade dos cientistas no Max Planck Institute para a ecologia química, o Jena, e o instituto de Leibniz para a bioquímica da planta em Halle. Estudaram alternativas mecanicistas de como o alongamento da corrente é regulado.

Íons do metal em vez das enzimas especializadas

As enzimas envolvidas no alongamento chain pertencem ao grupo de sintases do diphosphate do isoprenyl. Tal enzima foi isolada das larvas dos cochleariae de Phaedon do besouro de folha do armorácio. Levantou o interesse de Antje Burse, líder do grupo de projecto no departamento da química de Bioorganic no Max Planck Institute para a ecologia química.

As experiências com as larvas em que o gene da codificação da enzima foi silenciado mostraram que a proteína estêve envolvida na formação do monoterpene C10 chrysomelidial que as larvas produzem para defender elas mesmas contra predadores. As larvas acumulam este monoterpene nas glândulas especiais e liberam-no como uma secreção defensiva quando são atacadas por seus inimigos, tais como formigas.

Contudo, os resultados surpreendentes emergiram após a caracterização bioquímica detalhada da enzima. “Depois que nós tínhamos conduzido in vitro uma análise da proteína, incluindo medidas da formação do produto na presença dos íons diferentes do metal como cofactor, nós fomos surpreendidos descobrir que somente o diphosphate geranyl (C10), um precursor para a substância defensiva chrysomelidial, estêve produzido após a adição de íons do cobalto e do manganês. Por outro lado, adicionar íons do magnésio conduziu à formação do diphosphate do farnesyl (C15), um precursor potencial para hormonas juvenis, que fosse 5 átomos de carbono mais por muito tempo,” diz o cientista. Todos os três metais foram encontrados no tecido larval, conduzindo à suposição que a catálise da enzima está dirigida pelos cofactor diferentes do metal nas larvas, qualquer é predominante em uma quantidade: Para o − da toxina ou da hormona physiologically uma diferença principal.

As comparações da seqüência não podem substituir uma análise bioquímica completa

Como os íons diferentes do metal alteram a gama de produtos da enzima é ainda obscura. É muito provável que os raios atômicos de variação dos íons do metal envolvidos no efeito da catálise mudam na estrutura espacial da enzima, que impedem ou permitem a admissão de uma terceiros unidade C5 e daqui resultado na produção das moléculas C10 ou C15.

“Nossas experiências fornecem dois resultados importantes,” diz Wilhelm Boland, director no Max Planck Institute. “Primeiramente, a influência de direcção de íons do metal na formação do produto de sintases do diphosphate do isoprenyl é “um elemento de controle novo” no regulamento do metabolismo do terpeno que deve ser incluído nos ajustes experimentais futuros. E em segundo lugar: A diversidade de moléculas terpenoid não pode ser atribuída unicamente à especificidade larga da carcaça de algumas enzimas nas últimas etapas do caminho metabólico, mas é de facto já inerente em etapas biossintéticas adiantadas.” A natureza continua a dar respostas interessantes à pergunta como os organismos controlam produzir dez dos milhares de metabolitos secundários diferentes.