Um sensor de nitrogênio poderia estar escondido atrás da extensão de uma enzima para a quebra do amido. Se este sensor detectar um alto nível de nitrogênio, o crescimento de algas muda para o modo turbo.
Os organismos vivos consistem em grande parte em compostos de carbono (C) e nitrogênio (N). Estes devem ser ingeridos com alimentos ou, no caso das plantas, produzidos através da fotossíntese. Uma extensão anteriormente misteriosa de uma enzima que degrada o amido nas algas poderia ser uma espécie de sensor para determinar a quantidade de nitrogênio disponível atualmente. Se houver bastante, as células das algas liberam rapidamente muitos blocos de construção para o seu crescimento. A equipe de pesquisa liderada pela Dra. Anja Hemschemeier e pela Dra. Lisa Scholtysek do Grupo de Fotobiotecnologia da Ruhr University Bochum, Alemanha, relata na revista Plant Direct de 20 de junho de 2024.
Um biocatalisador que degrada o amido como sensor de nitrogênio
A composição ideal de uma célula viva é composta por uma certa proporção de C e N, mas as quantidades destes elementos na nossa dieta e no ambiente das plantas e algas geralmente não são tão perfeitamente equilibradas. Portanto, os organismos vivos devem ajustar o seu metabolismo e composição química à disponibilidade destes – e de outros – blocos de construção químicos.
Em organismos semelhantes a plantas, moléculas contendo C que não são imediatamente utilizadas são armazenadas como amido. Vários tipos de biocatalisadores – também denominados enzimas – liberam esqueletos C do amido quando são necessários como blocos de construção ou como fonte de energia. Uma dessas enzimas é a alfa-amilase, que a equipe de pesquisa de Anja Hemschemeier investigou a partir da microalga Chlamydomonas reinhardtii.
No processo, a equipe fez uma descoberta surpreendente: “A enzima tem uma extensão que não é necessária para a degradação do amido”, explica Anja Hemschemeier, que liderou o estudo. “Essa parte proteica já foi descoberta de forma semelhante em muitas enzimas diferentes, onde geralmente regula a função do biocatalisador. Normalmente, essa parte proteica detecta pequenos compostos que desempenham um papel na via metabólica correspondente, de modo que sua velocidade pode ser ajustado e coordenado com outros caminhos.”
Lisa Scholtysek, principal autora do estudo, testou o efeito de muitas substâncias diferentes na atividade desta amilase. Finalmente, ela identificou um que aumentava visivelmente a atividade da enzima, nomeadamente o aminoácido glutamina. Este composto contendo N é um bloco de construção de proteínas. Em muitos organismos, a glutamina é também o primeiro produto da assimilação de N e serve tanto como fonte primária de N quanto como um sinal de quanto N está disponível para as vias biossintéticas.
Uma alfa-amilase como impulsionador do crescimento?
Até o momento, esta combinação de enzima degradadora de amido e sensor de glutamina não foi descrita na literatura. Ainda assim, com base em análises bioinformáticas realizadas pelos investigadores, muitas microalgas parecem possuir esta combinação específica. “Nossa pesquisa ainda está no início”, diz Anja Hemschemeier. “Até agora, estudamos este efeito apenas ao nível do biocatalisador isolado de Chlamydomonas. Um próximo passo importante é estudá-lo em algas vivas.”
No entanto, os investigadores têm uma hipótese: “É concebível que esta alfa-amilase se registe quando há muito azoto presente. Em seguida, acelera a libertação de estruturas C do amido para a produção de componentes celulares contendo N e C. ” Isto poderia otimizar o crescimento celular quando as algas encontrassem condições ideais.
Lisa Scholtysek, Ansgar Poetsch, Eckhard Hofmann, Anja Hemschemeier: A ativação de Chlamydomonas reinhardtii Alfa Amilase 2 da Glutamina Requer seu Domínio N-terminal Aspartato Quinase-Corismato Mutase-tyrA (ACT), em: Plant Direct 2024, DOI: 10.1002/pld3.609
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