Pela primeira vez, pesquisadores filmaram em tempo real o desmontamento do DNA em escala atômica. Esta separação das fitas é o primeiro passo da replicação do DNA. Este avanço, publicado na
Nature, esclarece um processo fundamental da vida e abre perspectivas médicas inéditas.
A equipe internacional utilizou a microscopia crioeletrônica para observar uma helicase, uma enzima essencial para a replicação do DNA. Estes trabalhos revelam um mecanismo muito mais sutil do que se imaginava, com implicações potenciais para o tratamento de infecções virais e cânceres.
O funcionamento inédito da helicase
Ao contrário das hipóteses anteriores, a helicase não separa instantaneamente as fitas de DNA. Ela age mais como um motor molecular de seis pistões, consumindo ATP para liberar gradualmente a tensão entre as fitas.
Este mecanismo permite um desenrolamento natural do DNA, comparável ao relaxamento de uma mola comprimida. Os pesquisadores também descobriram que duas helicases cooperam para formar "forquilhas de replicação", garantindo uma cópia simultânea das duas fitas.
O estudo mostra que este processo é universal, desde vírus até humanos. Esta conservação evolutiva sugere que bloquear especificamente a helicase viral poderia ser uma estratégia antiviral promissora, especialmente contra os papilomavírus cancerígenos.
Aplicações médicas e tecnológicas
As helicases de vírus como a varíola ou alguns cânceres exploram o mesmo mecanismo que as das células humanas. Ao direcionar precisamente seu funcionamento, poderiam ser desenvolvidos tratamentos que bloqueiam sua replicação sem afetar o DNA saudável.
Além da medicina, esta descoberta inspira a concepção de nanomáquinas sintéticas. Sua eficiência energética, baseada em princípios similares, poderia revolucionar as tecnologias em escala molecular.
Graças à microscopia crioeletrônica, este estudo marca uma etapa chave na biologia estrutural. Ela demonstra como ferramentas de ponta permitem agora visualizar processos celulares com uma precisão sem precedentes.
Para ir mais longe: Como o ATP alimenta as máquinas moleculares?
O adenosina trifosfato (ATP) age como a "moeda energética" universal das células. Sua estrutura química contém ligações fosfato ricas em energia, que liberam cerca de 7,3 kcal/mol quando são rompidas. Esta energia é utilizada pelas proteínas motoras como as helicases para realizar trabalho mecânico em escala nanométrica.
Quando o ATP se fixa na helicase, ele induz uma mudança de conformação da enzima. Este movimento é amplificado pela hidrólise do ATP em ADP (adenosina difosfato), que libera um fosfato inorgânico. Cada ciclo de fixação/hidrólise/desprendimento do ATP faz a helicase avançar um "passo" ao longo do DNA, como um pistão molecular.
Este mecanismo é notavelmente eficiente: uma única molécula de ATP permite separar 1 a 2 pares de bases do DNA. As seis subunidades da helicase agem de forma coordenada, criando um movimento rotativo que lembra o de um motor a combustão interna, mas com precisão atômica.
Estudos em biofísica mostram que este sistema converte cerca de 50% da energia química em trabalho mecânico – uma eficiência bem superior à dos motores macroscópicos. Este desempenho explica por que este mecanismo foi conservado pela evolução desde as bactérias até os humanos.
Autor do artigo: Cédric DEPOND
Fonte: Nature