O trabalho pode ajudar os especialistas a desenvolver tratamentos baseados em MnSOD e criar drogas terapaªuticas que imitem seu comportamento antioxidante. O estudo de naªutrons também abre um caminho para estudar outras enzimas que utilizam transferaªncias de elanãtrons e pra³tons.

"Usando naªutrons, fomos capazes de ver as caracteri­sticas do MnSOD que eram completamente inesperadas e acreditamos que isso vai revolucionar a forma como as pessoas pensam que essa enzima e outras enzimas semelhantes funcionam", disse Gloria Borgstahl, professora da UNMC e autora correspondente do novo estudo.

O MnSOD atua visando o supera³xido, uma molanãcula reativa que vaza do processo de produção de energia mitocondrial e éo precursor qua­mico de outras ROS prejudiciais. O sa­tio ativo da enzima transforma o supera³xido em produtos menos ta³xicos, usando seu a­on manganaªs para mover elanãtrons de e para a molanãcula reativa. O a­on manganaªs écapaz de roubar um elanãtron de uma molanãcula de supera³xido, convertendo-o em oxigaªnio. Este elanãtron roubado pode então ser dado a outro supera³xido para fazer pera³xido de hidrogaªnio.

Para que essa reação bioquímica funcione, uma sanãrie de movimentos de pra³tons precisam ocorrer entre os aminoa¡cidos da enzima e outras moléculas em seu sa­tio ativo. Os pra³tons atuam como instrumentos que permitem que os elanãtrons se movam. Atéagora, a sequaªncia da enzima de transferaªncia de elanãtrons e pra³tons, também conhecida como seu mecanismo catala­tico, não havia sido definida nonívelata´mico por causa dos desafios em rastrear como os pra³tons são transportados entre as molanãculas. Uma compreensão fundamental deste processo catala­tico pode informar as abordagens terapaªuticas que aproveitam as capacidades antioxidantes desta enzima.

As transferaªncias de pra³tons não são vistas facilmente porque ocorrem na forma de hidrogaªnio ata´mico, que os raios X e outras técnicas de observação de a¡tomos tem dificuldade em detectar. Os naªutrons, por outro lado, são sensa­veis a elementos mais leves como o hidrogaªnio e, portanto, podem localizar os movimentos dos pra³tons. Os naªutrons também são adequados para essa pesquisa porque não interagem com os elanãtrons, ao contra¡rio de outras técnicas de visualização de a¡tomos. Assim, eles podem ser usados ​​para estudar o funcionamento interno das enzimas de transferaªncia de elanãtrons sem perturbar seu estado eletra´nico.

"Como os naªutrons sãopartículas que não interagem com a carga, eles não interferem nas propriedades eletra´nicas dos metais, o que os torna uma sonda ideal para analisar enzimas contendo metais, como MnSOD", disse Leighton Coates, cientista de espalhamento de naªutrons do ORNL envolvidos neste estudo. "Além disso, os naªutrons não causam danos por radiação aos materiais, o que nos permite coletar vários instanta¢neos da mesma amostra enquanto ela muda entre os estados eletra´nicos."

Usando o MaNDi, o difrata´metro macromolecular de naªutrons na Spallation Neutron Source (SNS) do ORNL, a equipe de pesquisa foi capaz de mapear toda a estrutura atômica do MnSOD e rastrear como os pra³tons da enzima mudam quando ela ganha ou perde um elanãtron. Ao analisar os dados de naªutrons, os cientistas trazram os caminhos dos pra³tons conforme eles se moviam ao redor do sa­tio ativo. Usando essas informações, a equipe construiu um modelo de um mecanismo catala­tico proposto, detalhando como as transferaªncias de elanãtrons e pra³tons permitem que o MnSOD regule os na­veis de supera³xido.

A análise sugere que a cata¡lise envolve duas transferaªncias internas de pra³tons entre os aminoa¡cidos da enzima e duas transferaªncias externas de pra³tons que se originam de moléculas de solvente. Embora os resultados deste estudo confirmem algumas previsaµes anteriores da natureza bioquímica da enzima, vários aspectos foram inesperados e desafiam crena§as anteriormente sustentadas.

Por exemplo, a equipe descobriu transferaªncias de pra³tons ca­clicos que ocorrem entre um aminoa¡cido glutamina e uma molanãcula de solvente ligada ao manganaªs. Essa interação éuma parte central do processo catala­tico, pois permite que a enzima faz um ciclo entre seus dois estados eletra´nicos. Os pesquisadores também descobriram que os movimentos do pra³ton dentro do sa­tio ativo eram incomuns, já que vários aminoa¡cidos não tinham um pra³ton onde normalmente teriam. O estudo demonstra os efeitos drama¡ticos de um metal na química do sa­tio ativo que geralmente não écontabilizado.

"Nossos resultados sugerem que este mecanismo émais complexo e ata­pico do que os estudos anteriores teorizaram", disse Jahaun Azadmanesh, pesquisador da UNMC e coautor do estudo.

Como uma próxima etapa do projeto, os pesquisadores agora planejam examinar a estrutura da enzima quando ela estãoligada a um substrato supera³xido. Eles também tem como objetivo estudar os componentes mutantes do MnSOD para obter mais detalhes sobre como cada aminoa¡cido influencia a cata¡lise. Outro objetivo da pesquisa éexpandir sua análise de naªutrons para outras enzimas que dependem de transferaªncias de elanãtrons e pra³tons para realizar tarefas celulares.

"Mais de um quarto de todas as atividades enzima¡ticas conhecidas envolvem transferaªncias de elanãtrons e pra³tons", disse Azadmanesh. "MnSOD éapenas uma enzima em um mar de muitas outras, e com naªutrons, podemos estudar seus mecanismos catala­ticos em umnívelde detalhe que não era possí­vel antes."