Chaperona

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As proteínas auxiliares foram descobertas em experimentos em que células eram submetidas a altas temperaturas, cerca de 42°C para células que vivem a 37°C, na presença de um aminoácido marcado radioativamente (metionina-35S). Depois tinham o perfil de proteínas analisado por eletroforese e autorradiografia. Em temperaturas mais altas, a quantidade total de proteínas sintetizada era maior do que na temperatura normal, no mesmo período, o que já era esperado. Mas a surpresa é que havia um grupo de proteínas que antes nem era perceptível, mas depois do choque térmico aparecia em quantidade maior. Essas proteínas foram identificadas, analisadas e tiveram sua função determinada. Eram proteínas que hidrolisavam ATP e estavam sempre associadas a outras proteínas, algumas também recém-sintetizadas, ajudando no enovelamento delas. Elas ficaram conhecidas como proteínas de choque térmico ou HSP (do inglês heat shock proteins). Depois de conhecer sua função, ficou fácil compreender porque aumentavam tanto de quantidade no choque térmico: se mais proteínas estavam sendo sintetizadas e mais depressa, é provável que precisassem de mais ajuda.

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As hsp70 têm duas tarefas importantes: ajudar o enovelamento e impedir que várias proteínas malformadas, com sequências hidrofóbicas expostas, formem agregados, que além de inúteis podem ser muito nocivos. Ela ajuda proteínas que estejam sendo sintetizadas em ribossomos livres no citoplasma ou proteínas que foram transferidas através do translocon para o retículo endoplasmático. Nesse caso, entra em ação outro conjunto de chaperonas do grupo hsp70, que mora dentro do retículo; a mais conhecida delas é a BIP, que é considerada marcadora do retículo endoplasmático. Nem sempre esse tipo de chaperona age em cadeias proteicas que estão sendo sintetizadas. Um bom exemplo é a transferência de proteínas que são feitas no citossol; lá ficam prontas, mas devem funcionar na mitocôndria. Para entrar na mitocôndria, ela precisa ser desenovelada, transportada e depois reenovelada dentro da mitocôndria. Certamente, as chaperonas ajudam a direcionar a cadeia para dentro da mitocôndria, o que equivale a tentar guardar um novelo de lã dentro de um armário fechado, passando-o pelo buraco da fechadura: quanto mais longa a proteína, mais complicado fica passar toda a sua extensão para dentro.

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As chaperonas do grupo hsp60 agem sempre sobre uma proteína já pronta que tenha um erro na configuração terciária. O erro aparece sempre como uma sequência de aminoácidos hidrofóbicos que ficam expostos e são reconhecidos pelas chaperonas (aliás, todas as chaperonas reconhecem e se ligam a sequências hidrofóbicas de aminoácidos). Uma vez detectado o erro, as hsp60 se ligam à proteína, aprisionando-a dentro de uma reentrância da própria chaperona, formando um ambiente separado do citossol, propício para que a energia do ATP, que a chaperona hidrolisou, consiga modificar o enovelamento da proteína. As chaperonas do grupo das hsp60 parecem um pequeno barril.

Imagem: Pavel Aprikian, Gianluca Interlandi, Brian A. Kidd, Isolde Le Trong, Veronika Tchesnokova, Olga Yakovenko, Matt J. Whitfield, Esther Bullitt, Ronald E. Stenkamp, Wendy E. Thomas, Evgeni V. Sokurenko · BY · Openverse

E se as chaperonas não conseguirem consertar as proteínas mal-enoveladas? Na verdade, elas tentam várias vezes, mas, ainda assim, nem sempre conseguem. Se não for possível consertar a proteína, as chaperonas encaminham essa proteína para degradação. Se você acha que a degradação de proteínas dentro de uma célula só pode ocorrer dentro dos lisossomos, saiba que durante muitos anos essa era a ideia em vigor. Depois, através de experimentos de fracionamento celular e, mais tarde, de Biologia Molecular, descobriu-se que existem enzimas que degradam proteínas (enzimas proteolíticas) no citossol também. Eram enzimas que funcionavam muito bem em pH 7,0. A descoberta surpreendeu muito, já que se achava que as enzimas proteolíticas não saíam degradando tudo porque estavam presas aos lisossomos. Mas o fato é que elas não saem degradando tudo! Como explicar? A resposta veio do fato de as enzimas proteolíticas citossólicas não estarem dispersas, e sim arranjadas em conjuntos enzimáticos chamados proteassomas.

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Além da vantagem óbvia de evitar o acúmulo de proteínas malformadas e, portanto, inúteis, a importância do trabalho das chaperonas e dos proteassomas fica mais evidente quando examinamos as consequências do acúmulo de proteínas malformadas. É comum que proteínas malformadas tenham sequências hidrofóbicas indevidamente expostas. Esta exposição leva a uma tendência de agregação. Os agregados proteicos só se formam se o sistema de degradação não funcionar, mas, uma vez iniciada a agregação, a atividade das proteases fica difícil porque as proteases não têm acesso às proteínas e eles (os agregados) também não entram nos proteassomas. Um agregado proteico que cresça muito pode levar a célula à morte, ou, se a célula conseguir expeli-lo, causar enorme prejuízo ao tecido, acumulando-se no meio extracelular. Um tipo particular de agregado proteico é formado quando regiões β-pregueadas anormalmente expostas em várias proteínas provocam o empilhamento dessas proteínas, formando o que se chama placa β−amilóide . As placas β-amilóides são marcantes em algumas doenças neurodegenerativas, como o mal de Alzheimer e a doença de Huntington, embora não se possa atribuir a essas placas a causa das doenças.

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Existem muitas diferentes famílias de chaperonas; cada família age na assistência a dobra proteica de uma forma diferente. Em procariontes como E. coli, muitas destas proteínas são altamente expressivas sob condições de alta criticidade, por exemplo, quando colocado em altas temperaturas. Por esta razão, o termo "heat shock protein" foi historicamente usado para nomear estas chaperonas. O prefixo "Hsp" designa como uma proteína heat shock.