A resposta está nos terpenos, um grupo diversificado de compostos orgânicos aromáticos produzidos por plantas, bactérias e fungos.
Esses compostos são responsáveis por uma ampla gama de cores e fragrâncias na natureza. Num estudo recente, o professor Dan Major e a sua equipa de pesquisa do Departamento de Química e do Instituto de Nanotecnologia da Universidade Bar-Ilan resolveram um dos enigmas relacionados com a produção de terpenos.
Os terpenos e os seus homólogos ligeiramente modificados, os terpenóides, desempenham papéis cruciais na sobrevivência dos organismos que os produzem. Eles servem principalmente como mecanismo de defesa, seja repelindo pragas ou atraindo seus predadores. Além disso, os terpenos estão envolvidos na comunicação, sinalizando a presença de alimentos, parceiros e inimigos para outros membros da espécie e seus parceiros simbióticos. Muitos terpenos e terpenóides são bem conhecidos pelos humanos como óleos essenciais e têm várias propriedades medicinais, como efeitos antiinflamatórios, antibióticos, reguladores do humor e até anticancerígenos.
As enzimas terpeno sintase (TPS) conduzem a primeira etapa na produção de terpenóides a partir de unidades chamadas isoprenóides, criando estruturas complexas e intrincadas. Embora todos os terpenos sejam compostos pelos mesmos blocos de construção, eles diferem uns dos outros porque são sintetizados por diferentes TPSs, que evoluíram para produzir compostos distintos.
O grupo de pesquisa do Professor Major concentrou-se no sítio ativo do TPS e caracterizou pela primeira vez diferenças significativas na síntese química de terpenos. Os investigadores sugerem que as principais diferenças na síntese de terpenos surgem da origem evolutiva do TPS – quer venham de plantas, bactérias ou fungos.
Para caracterizar essas diferenças, os pesquisadores empregaram uma série de ferramentas computacionais das áreas de biologia computacional (comparando sequências de proteínas e identificando motivos recorrentes) e química computacional (prevendo a geometria do material de partida a partir do qual os terpenos são sintetizados na enzima produtora). Uma das ferramentas desenvolvidas no laboratório dos pesquisadores é um software de docking adaptado especificamente para problemas complexos desse tipo. O software de acoplamento é um método computadorizado que vem evoluindo desde a década de 1980 e é usado para prever a "pose" de ligação de moléculas e a energia de ligação de uma molécula pequena (ligante) a uma macromolécula como uma proteína. O software utiliza equações físicas e supercomputadores para prever a organização espacial das moléculas, reduzindo a necessidade de testes experimentais caros e tediosos do material de interesse.
A ferramenta desenvolvida no laboratório de Major prevê como, geometricamente, os blocos de construção – o substrato, o material inicial sobre o qual a enzima TPS atua – se posicionarão no sítio ativo da enzima para serem transformados em terpeno (ou qualquer outro produto). no final do processo.
Esta investigação poderá apoiar futuras tentativas de produzir terpenos com precisão e em grande escala para uma variedade de aplicações medicinais e industriais. Ao compreender os mecanismos por trás da síntese de terpenos, os cientistas podem potencialmente projetar organismos para criar terpenos específicos com propriedades desejadas, abrindo novos caminhos para a descoberta e desenvolvimento de medicamentos.
O estudo, de autoria de Renana Schwartz, Shani Zeev e professor Dan Major, foi publicado recentemente na prestigiada revista Angewandte Chemie. As suas descobertas lançam luz sobre o fascinante mundo dos terpenos e das enzimas responsáveis pela sua produção, abrindo caminho para futuros avanços neste campo. À medida que continuamos a desvendar os mistérios dos blocos de construção da natureza, aproximamo-nos cada vez mais do aproveitamento do seu potencial em benefício da humanidade.