Colágeno, uma proteína encontrada em ossos e tecido conjuntivo, foi encontrado em fósseis de dinossauros com até 195 milhões de anos. Isso excede em muito a meia-vida normal das ligações peptídicas que mantêm as proteínas unidas, que é de cerca de 500 anos.

Um novo estudo do MIT oferece uma explicação de como o colágeno pode sobreviver por muito mais tempo do que o esperado. A equipe de pesquisa descobriu que uma interação especial em nível atômico defende o colágeno do ataque de moléculas de água. Essa barricada impede que a água quebre as ligações peptídicas por meio de um processo chamado hidrólise.

“Nós fornecemos evidências de que essa interação impede que a água ataque as ligações peptídicas e as quebre. Isso simplesmente vai contra o que acontece com uma ligação peptídica normal, que tem uma meia-vida de apenas 500 anos”, diz Ron Raines, o Professor Firmenich de Química no MIT.

Raines é o autor sênior do novo estudo, que aparece hoje na ACS Central Science . O pós-doutorado do MIT Jinyi Yang PhD '24 é o autor principal do artigo. O pós-doutorado do MIT Volga Kojasoy e o aluno de pós-graduação Gerard Porter também são autores do estudo.

O colágeno é a proteína mais abundante em animais, e é encontrado não apenas nos ossos, mas também na pele, músculos e ligamentos. É feito de longas cadeias de proteína que se entrelaçam para formar uma tripla hélice resistente.

Na última década, paleobiólogos encontraram evidências de colágeno preservado em fósseis de dinossauros, incluindo um fóssil de Tiranossauro rex de 80 milhões de anos e um fóssil de sauropodomorfo de quase 200 milhões de anos.

Nos últimos 25 anos, o laboratório de Raines tem estudado o colágeno e como sua estrutura permite sua função. No novo estudo, eles revelaram por que as ligações peptídicas que mantêm o colágeno unido são tão resistentes à quebra pela água.

Ligações peptídicas são formadas entre um átomo de carbono de um aminoácido e um átomo de nitrogênio do aminoácido adjacente. O átomo de carbono também forma uma ligação dupla com um átomo de oxigênio, formando uma estrutura molecular chamada grupo carbonila. Este oxigênio carbonil tem um par de elétrons que não formam ligações com nenhum outro átomo. Esses elétrons, os pesquisadores descobriram, podem ser compartilhados com o grupo carbonila de uma ligação peptídica vizinha.

Como esse par de elétrons está sendo inserido nessas ligações peptídicas, as moléculas de água não conseguem entrar na estrutura e romper a ligação.

Para demonstrar isso, Raines e seus colegas criaram dois imitadores interconversores de colágeno — um que geralmente forma uma hélice tripla, que é conhecido como trans, e outro no qual os ângulos das ligações peptídicas são rotacionados para uma forma diferente, conhecida como cis. Eles descobriram que a forma trans do colágeno não permitia que a água atacasse e hidrolisasse a ligação. Na forma cis, a água entrava e as ligações eram quebradas.

“Uma ligação peptídica é cis ou trans, e podemos mudar a proporção de cis para trans. Ao fazer isso, podemos imitar o estado natural do colágeno ou criar uma ligação peptídica desprotegida. E vimos que, quando estava desprotegido, não durava muito para o mundo”, diz Raines.

“Este trabalho se baseia em um esforço de longo prazo no Raines Group para classificar o papel de uma interação fundamental há muito negligenciada na estrutura da proteína”, diz Paramjit Arora, professor de química na New York University, que não estava envolvido na pesquisa. “O artigo aborda diretamente a descoberta notável de colágeno intacto nas costelas de um fóssil de dinossauro de 195 milhões de anos e mostra que a sobreposição de orbitais preenchidos e vazios controla a estabilidade conformacional e hidrolítica do colágeno.”

Esse compartilhamento de elétrons também foi visto em estruturas proteicas conhecidas como hélices alfa, que são encontradas em muitas proteínas. Essas hélices também podem ser protegidas da água, mas as hélices são sempre conectadas por sequências proteicas que são mais expostas, que ainda são suscetíveis à hidrólise.

“O colágeno é todo hélice tripla, de uma ponta à outra”, diz Raines. “Não há elo fraco, e é por isso que acho que ele sobreviveu.”

Anteriormente, alguns cientistas sugeriram outras explicações para o motivo pelo qual o colágeno poderia ser preservado por milhões de anos, incluindo a possibilidade de que os ossos estivessem tão desidratados que nenhuma água conseguia atingir as ligações peptídicas.

“Não posso desconsiderar as contribuições de outros fatores, mas 200 milhões de anos é muito tempo, e acho que é preciso algo no nível molecular, no nível atômico, para explicar isso”, diz Raines.

A pesquisa foi financiada pelos Institutos Nacionais de Saúde e pela Fundação Nacional de Ciências.