O ATP é uma força motriz vital na célula. O estudo é publicado na revista Science Advances.
“A nossa descoberta pode ter um amplo impacto para a compreensão de uma variedade de processos biológicos porque a molécula de ATP está envolvida em tudo, desde o trabalho muscular e transporte para dentro e para fora das células até infeções bacterianas”, diz Magnus Wolf-Watz, Professor no Departamento de Química da Universidade de Umeå.
Para que a vida biológica exista, as células estão em constante necessidade de acesso contínuo e amplo ao seu combustível e molécula de sinalização, o ATP. Um dos sistemas bioquímicos que produz ATP é a enzima essencial adenilato quinase, que catalisa a produção de ATP a partir dos blocos de construção ADP e AMP.
A enzima é dependente do metal magnésio para ser capaz de produzir grandes quantidades de ATP. Já se sabe que o magnésio cataliza as reações químicas da molécula de ATP através de efeitos eletrostáticos, mas isso não é suficiente para que as reações químicas envolvendo ATP ocorram com rapidez suficiente. A velocidade é extremamente importante.
Agora, uma equipa de investigação internacional liderada por Magnus Wolf-Watz no Departamento de Química da Universidade de Umeå desenvolveu um método para descobrir aspetos anteriormente desconhecidos da influência do magnésio na molécula de ATP.
Para que a reação química que forma ATP ocorra, os blocos de construção AMP e ADP devem ser colocados em geometria precisa um em relação ao outro no local ativo da enzima adenilato quinase. A equipa de investigação descobriu que a reação ocorre de forma ideal quando o átomo de magnésio gira um ângulo nas moléculas para que elas acabem na configuração certa.
“O resultado é surpreendente! Mostra que diferenças muito pequenas nas moléculas podem dar origem a um efeito catalítico dramático. Agora sabemos exatamente como o magnésio acelera a química para formar a molécula de energia ATP da célula”, diz Magnus Wolf-Watz.
As mudanças de ângulo puderam ser observadas através de estruturas cristalográficas que foram produzidas experimentalmente por Elisabeth Sauer-Eriksson, Professora no Departamento de Química da Universidade de Umeå.
Os investigadores foram um passo mais longe. Usando química computacional no laboratório de Kwangho Nam na Universidade do Texas em Arlington, eles foram capazes de mostrar que as mudanças nos ângulos estavam ligadas a mudanças maiores na estrutura da enzima. Esta conexão é um link há muito procurado entre a estrutura das enzimas e o seu efeito catalítico.
A investigação foi realizada em colaboração entre a Universidade de Umeå e a Universidade do Texas e a Universidade de Constança. Na Universidade de Umeå, foi utilizada a infraestrutura de investigação para RMN, que foi financiada, entre outros, pelas Kempestiftelserna.
A descoberta de como o magnésio influencia a geometria precisa das moléculas AMP e ADP no local ativo da enzima adenilato quinase tem implicações de longo alcance. O ATP está envolvido em inúmeros processos biológicos, desde a contração muscular até à sinalização celular e transporte através das membranas celulares.
Compreender os mecanismos moleculares por trás da produção eficiente de ATP pode abrir novas possibilidades para a investigação em várias áreas, como medicina, biologia celular e biotecnologia. Por exemplo, perturbações na produção de ATP estão ligadas a várias doenças, e esta descoberta pode eventualmente levar a novas abordagens terapêuticas.
Além disso, o estudo destaca a importância de técnicas avançadas, como cristalografia e química computacional, para desvendar os segredos dos processos bioquímicos a nível molecular. A colaboração internacional também demonstra o valor da partilha de conhecimentos e recursos na condução de investigação científica inovadora.

Bibliografia: Kwangho Nam et al: Magnesium induced structural reorganization in the active site of adenylate kinase. Vol 10, Issue 32. (2024). Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.ado5504
HN/Alphagalileo