RuBisCO – Estruturando a Plataforma da Vida

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Assim como cada sistema complexo e organismo tem seu limiar de irredutibilidade, da mesma forma o ecossistema apresenta um esquema final. Estruturando os fundamentos da vida terrestre o RuBisCO é responsável pela manutenção de boa parte da biosfera. Nosso amigo Angelo Grasso preparou uma abordagem geral e postou em fóruns. Resolvi trazer para o blog esse texto sobre essa importante molécula que sustenta também nossa existência.

Um texto mais detalhado em inglês pode ser encontrado aqui.


Por Angelo Grasso

Virtualmente todo o carbono orgânico na biosfera deriva, em última análise, do dióxido de carbono que o Rubisco fixa a partir da atmosfera. Sem ela, a vida avançada no planeta terra não seria possível. E nós não seriamos capazes de debater nossas origens. Toda investigação e busca sobre se somos ultimamente o resultado de agência inteligente ou apenas de reações químicas naturais aleatórias e suas propriedades emergentes da matéria inanimada, se a biodiversidade é devida à evolução ou configura design inteligente. Isso envolve a pergunta de como o Rubisco surgiu.

 

RuBisCO (abreviatura de ribulose-1,5-bisfosfato carboxilase oxigenase) é a enzima mais abundante nas plantas e por conseguinte a proteína mais abundante no planeta.

Através da minha pesquisa eu ganhei entendimento sobre a estrutura complexa de Rubisco, seu funcionamento e processo de síntese, quantas partes de células, enzimas, proteínas e vias estão envolvidas e necessárias para montá-lo, modificações como as sub unidades não concluídas que requerem co e pós manipulação mediante proteínas específicas que ajudam como robôs de montagem no processo de fabricação, caminhos e mecanismos sofisticados de importação de proteínas e de segmentação nos cloroplastos através de grandes complexos translocon multiprotéicos no estroma (os portões moleculares de entrada, no nosso caso, do cloroplasto para o estroma), e sistemas de comunicação e de informação avançada de proteínas.

Tudo isso é de complexidade desconcertante, em que são necessárias dezenas de peças interligadas e afinadas individualmente, uma teia de máquinas moleculares interligadas avançadas extremamente complexas, onde se alguma falta, nada funciona, o que desafia a inteligência dos melhores cientistas há décadas para descobrir sua estrutura, mecanismos e funções. Tudo isso pode ser devido a processos naturais? Vamos ver se seria possível.

RuBisCO é uma proteína vegetal de multi-subunidade essencial para a fotossíntese. Ela catalisa a reação química primária pelo qual o carbono inorgânico entra na biosfera. Na via de C3, RuBisCO é responsável pelo início do primeiro passo de fixação do dióxido de carbono, um processo pelo qual o dióxido de carbono atmosférico é convertido pelas plantas para moléculas ricas em energia, tal como glucose. Este passo do Ciclo de Calvin desempenha um papel crucial no fornecimento de energia para a célula.

Rubisco também é a enzima mais abundante na Terra. Ela está presente em todas as plantas e organismos fotossintéticos, desde as mais pequenas cianobactérias e plâncton até palmeiras e sequóias gigantes. Rubisco é um complexo composto por oito subunidades grandes e oito subunidades pequenas.

Sintetizado RuBisCO não tem um lugar ativo totalmente funcional. Ele tem de ser ativado por uma molécula de CO2 que “carbamila” sua Lisina catalítica para se ligar ao (cofator) Mg2 + que completa o processo de ativação. A carboxilação envolve pelo menos quatro, talvez cinco passos discretos e, pelo menos, três estados de transição;

A origem destas etapas altamente específicas, reguladas e coordenadas, que são essenciais para a ativação de Rubisco, são melhor explicadas através de uma mente e planejamento, que configurou tudo isso. É extremamente improvável que mecanismos naturais sejam capaz de produzir estas vias metabólicas sofisticadas de várias etapas e linhas de montagem para fazer produção do Rubisco. Não é de se surpreender que não existam trabalhos científicos convencionais capazes de fornecer cenários evolutivos convincentes. Contanto que a enzima não é totalmente funcional a vida “avançada” na Terra não seria possível. Como surgiu a inserção correta do cátion metálico (Mg2 +) cercado por três moléculas H2O/OH? Múltiplas tentativas até conseguir a configuração correta?

O genoma precisa a informação certa, a fim de obter o material certo, a forma certa e a quantidade de cada subunidade e co-fatores e clusters metálicos, a informação como posicioná-los no ponto ativo certo, e como montar essas peças na ordem correta. Isso parece-me ser unicamente explicado de forma convincente pelo planejamento prudente de um engenheiro super inteligente, que soube inventar e construir esta máquina altamente sofisticada e complexa e torná-la totalmente funcional a partir do zero. Um surgimento lento, passo a passo, não guiado, parece ser um mecanismo extremamente improvável. A explicação mais convincente é o resultado de uma inteligência, que define tudo através do poder, vontade e informações.

As oito subunidades grandes de rubisco são codificadas pelo DNA no cloroplasto, e as oito subunidades pequenas de DNA no nucleo da célula. A pequena subunidade de Rubisco e todas as outras enzimas do ciclo de Calvin são codificadas por genes nucleares e tem de ser transportadas ao local do cloroplasto após a sua síntese no citosol (o líquido que preenche o citoplasma, espaço entre a membrana plasmática e o núcleo das células vivas).

RuBisCO sendo montado e os moldes(verde) sendo descartados no final.

As formas precursoras de tais proteínas do estroma ( o fluido aquoso dentro do cloroplasto) contêm uma sequência de importação N-terminal. Este péptido de trânsito permite o direcionamento e transferência das subunidades pequenas sintetizadas no citosol, atravessando o cloroplasto para o estroma por complexos de envelope chamados translocon. Estes são portões moleculares altamente complexos na membrana interna e externa dos cloroplastos, os quais filtram quais moléculas são permitidas a entrar.

Depois do precursor desdobrado entrar no espaço do estroma, liga-se transientemente a um chaperona Hsc70 e a sequência N terminal é clivada. Dobrar as pequenas e grandes proteínas de subunidade Rubisco é mediada pelo sistema incrível chamado chaperonin GroEL-GroES. O dobramento é o processo pelo qual as cadeias recém-sintetizadas polipeptídicas adquirem as estruturas tridimensionais necessárias para a função biológica. Durante muitos anos, o dobramento de proteínas foi acreditado que ocorresse espontaneamente. Mas tornou-se evidente que as proteínas grandes freqüentemente não conseguem atingir o estado nativo, formando em vez disso agregados não-funcionais . Eles precisam da ajuda destas proteínas sofisticadas em forma de barril .

Isso levanta questões interessantes: Como deveria e poderiam mecanismos naturais não guiados saber de antemão a necessidade de proteínas acompanhantes durante a translocação, a fim de conseguir no momento certo um objetivo específico, que é dobrar de forma correta tridimensionalmente, resultando em proteínas funcionais para fazer organismos vivos? Matéria inanimada não tem o propósito ou objetivo de tornar-se viva. A composição de proteínas para criar vida no entanto, é um processo de múltiplos passos de muitos processos metabólicos complexos agindo paralelamente como em uma linha de produção; processos para a produção de proteínas e outros produtos essenciais para a vida, como nucleótidos, aminoácidos, hidratos de carbono, lípidos, ATP para geração de energia, essencial para qualquer processo metabólico etc. A dobragem correta de proteínas apenas um de vários outros processos essenciais de modo a obter uma proteína funcional.

Mas uma proteína funcional por si só não tem nenhuma função, a não ser corretamente incorporada através da seqüência de montagem no local de funcionamento correto. Oito subunidades pequenas se combinam com os oito subunidades grandes, para se obter a enzima rubisco ativa. Pelo menos três proteínas de membrana externa dos cloroplastos, incluindo um receptor que se liga a sequência de importação da proteína em trânsito, uma proteína de canal de translocação (que permite a entrada do cloroplasto para o estroma), e cinco proteínas interiores da membrana são conhecidas por serem essenciais para dirigir proteínas para o estroma. A importação para o estroma depende de hidrólise de ATP catalisada por uma chaperona Hsc70 acompanhante. Cloroplastos não podem gerar um gradiente eletroquímico (força motriz protónica) através de sua membrana interna. Assim a importação de proteínas para o estroma do cloroplasto é alimentado exclusivamente pela hidrólise de ATP. Dentro do estroma, as subunidades pequenas sofrem mais modificações pós-tradução (péptido de trânsito de clivagem, Met-1 An- metilação) antes da montagem em complexos finais de Rubisco. Como é que os processos evolutivos naturais descobriram como fazê-lo? Tentativa de erro e acerto?

A fim de produzir e montar de Rubisco, pelo menos 25 partes, a maioria deles essenciais e irredutívelmente complexos, são diretamente envolvidas na função de Rubisco, ativação, e síntese.

Poderiam estas peças, proteínas enzimas etc., evoluír separadamente e gradualmente? E a RbcX Chaperone de montagem, especificamente usada como ferramenta de montagem de Rubisco? E as chaperoninas GroEL / GroES em forma de barril, que desempenham sua função com simplicidade e elegância extremamente impressionante, ajudando mais de 100 proteínas diferentes para entrar em sua forma e forma correta, essenciais para função? (No nosso caso, ajudando as subunidades Rubisco RbCl para obter a sua forma 3d de dobramento correta ?) Ou como é que os defensores da evolução explicam como a seleção natural teria favorecido o surgimento de chaperonas Hsp70, componentes centrais da rede celular, proteínas que ajudam uma grande variedade de proteínas em processos na célula por associação transiente do seu domínio de ligação ao substrato, com segmentos de péptidos hidrofóbicos curtas dentro das suas proteínas de substrato? Isso é, no nosso caso, a sua função era de evitar que uma subunidade pequena de Rubisco, ainda inútil, dobrasse fora do cloroplasto.

Eles são feitos, utilizado durante o processo de síntese, e uma vez que a montagem de Rubisco for concluída, estas enzimas são descartadas. Este é como um processo de produção de linha de montagem de fábrica, utilizando nano-robôs totalmente automatizados e programados como máquinas moleculares, ou seja, enzimas. A maioria das peças, se ausente, tornam impossível a montagem do Rubisco ou o tornam inútil. Ao lado das enzimas que têm uso em outros sistemas biológicos, não haveria nenhuma razão para produzi-las, a menos que todas as outras partes estivessem lá também, e também as instruções de montagem de Rubisco.

Como uma analogia, se você tivesse que fazer a implementação de uma fábrica de automóveis, por que você iria criar uma cadeia de montagem de um pistão, se você não tem todas as instruções precisas para fazer:

1. o carro como um todo, e
2. a instruções de a forma exata e os materiais necessários para o pistão, em particular, e como a montá-lo no motor?

Isso é precisamente o que acontece na célula. A evolução não tem consciência, e nem conhecimento antecipado, e nem inteligência. Mas, precisamente o que é necessário para o planejamento e fazer as plantas de projeto. Eu não posso criar uma máquina sem o desenho de projeto e informação precisa com antecedência, o que é necessário para fazer primeiro as ferramentas de montagem, segundo , as subpartes, e terceiro, toda a máquina.

O RuBisCO capta o dióxido de carbono procedente do ar e um açúcar existente na célula sendo assim responsável pelo importante primeiro passo do ciclo de Calvin e em concreto pela fixação do dióxido de carbono na sua forma orgânica.

Como os defensores da evolução explicam como a seleção natural teria favorecido um complexo de proteínas cuja função era evitar uma subunidade pequena ainda inútil de Rubisco de dobrar fora do cloroplasto? Antes que a célula tivesse evoluído uma maneira de transportar a proteína para dentro no estroma, não haveria nenhum benefício de mante-la desenrolava do lado de fora. Como poderia o mero acaso ‘saber’ que precisava produzir o dobramento 3D correto de grandes subunidades de polipeptídeos no momento certo, e preveni-los de dobrar na conformação “correta” antes da hora? E a evolução teria de ser inteligente na verdade para modificar quimicamente algo ainda não útil para que pudesse ser dobrado ‘corretamente’ mesmo quando o polipeptídeo ‘corretamente’ dobrado ainda não se tornaria útil.

Apenas um designer saberia porque seria necessário produzir proteases especializadas, destiná-las para o cloroplasto e programá-las para cortar a seqüência específica da subunidade pequena no lugar certo. E por que mecanismos naturais montariam uma coleção de peças Rubisco sem sentido em apenas uma determinada maneira especifica? A fim de projetar um conjunto sofisticado de ferramentas para fazer algo mais útil no futuro que tem, até agora, nenhuma função. A evolução (como um ‘designer’) teria que ter conhecimento detalhado da futura utilidade da proteína. Se a evolução conseguiu gerar qualquer um destes complexos de proteínas de chaperonas (e ela não conseguiria), ele ainda seria inútil para a geração do Rubisco, a menos que todas as outras proteínas acompanhantes estivessem presentes. Sem qualquer um deles, o complexo de dezesseis unidades não poderia ser gerado.


As fontes podem ser encontradas no original em inglês
Angelo Grasso: Rubisco’s amazing evidence of design.

 


Junior D. Eskelsen
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Responsável pelo portal tdibrasil.org e pela página Teoria do Design Inteligente no Facebook. Colabora com as atividades do movimento do Design Inteligente no Brasil.

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