Portugueses revelam à escala atómica um canal de potássio das células

Foto
Em cima, a estrutura molecular da proteína que faz de canal de potássio, com 20 mil átomos; ao lado, a proteína com a parte mais clara embutida na membrana celular, onde está o canal, e a mais escura dentro da célula Fotos: IBMC

Trabalho desvenda a estrutura de uma minúscula passagem na membrana das células. É uma nanomáquina que se abre e fecha consoante a salinidade no exterior. Um dia pode ajudar as plantas a resistir ao sal a mais

Viajemos até ao mundo das células e, uma vez aí chegados, paremos na membrana, a fronteira entre o interior e exterior celular, para dizer que há aí minúsculos canais a transportar coisas para dentro e para fora. Um desses canais deixa entrar potássio - mas, como funciona ao certo? Em busca da resposta, uma equipa portuguesa prosseguiu viagem, avançando para uma escala ainda mais pequena, como se de um zoom nas paredes da membrana celular se tratasse. E conseguiu chegar ao destino, os átomos que compõem esse canal.

É na última edição da revista Nature que a equipa liderada por João Morais Cabral, do Instituto de Biologia Molecular e Celular (IBMC) da Universidade do Porto, revela a estrutura molecular desse canal, que é uma proteína, com o nome KtrAB. Já se sabia ter a função de transportador de potássio para dentro das células, mas perceber como o fazia implicava desvendar a sua estrutura molecular, determinando a posição de cada um dos seus átomos.

A tarefa foi tudo menos fácil tecnicamente. Antes de mais, a proteína que serve de canal está numa nanoescala: tem apenas dez nanómetros, o que é dez vezes mais pequeno do que as partículas de fumo. Portanto, uma nanomáquina. "As proteínas que estão inseridas nas membranas têm características que as tornam mais difíceis de estudar e de entender como funcionam", refere Ricardo Vieira Pires, o primeiro autor do artigo, assinado ainda pelo húngaro Andras Szollosi, ambos do IBMC.

Como chegaram então à estrutura deste canal? Existente na bactéria Bacillus subtilis, usada como modelo de estudo, ele é semelhante a outros presentes em fungos e plantas, daí um interesse mais alargado. Enquanto aqui a sua função é a de resistência à salinidade, nos humanos os canais de potássio têm funções diferentes. A mais importante relaciona-se com a actividade eléctrica das células, essencial para a contracção do coração e a comunicação dos neurónios.

Depois de produzirem em laboratório a proteína que serve de canal em grande quantidade, os cientistas purificaram-na com detergentes especiais e transformaram-na em cristais - que, em seguida, submeteram a raios X intensos, em França.

Foram milhares os cristais submetidos a radiação e, de cada cristal, obtiveram-se centenas ou milhares de dados. Daqui resultou uma quantidade inimaginável de imagens, cada uma cheia de pontinhos. Cada um dos pontos corresponde à passagem de um feixe de raios X pelo cristal da proteína. Como cada feixe é muito intenso, ao incidir no cristal, dividiu-se em múltiplos feixes, que por sua vez foram captados por um detector registando-os como pontos de intensidades diferentes. E é isso que se vê em cada uma dessas radiografias.

Seguiram-se muitos cálculos. "Utilizámos as intensidades de todos os pontos em centenas de imagens para calcular matematicamente um mapa tridimensional da estrutura molecular. Nessa estrutura estão as posições de todos os átomos que compõem a proteína", explica Morais Cabral.

Dez anos depois de ter iniciado este projecto na Universidade de Yale, nos EUA, Morais Cabral concluiu-o em Portugal, onde regressou em 2008 para criar o seu grupo no IBMC e onde o recomeçou do zero. Determinada que estava a posição dos cerca de 20 mil átomos - de carbono, oxigénio, azoto e enxofre - que constituem este canal de potássio, a equipa chegou por fim à estrutura.

Retomemos a viagem, para perceber a importância do estudo. Há sempre mais potássio (um sal) dentro das células do que fora, enquanto com o sódio (outro sal) ocorre o inverso. "Esta proteína faz parte do mecanismo que mantém essa assimetria essencial e continua a transportar potássio para dentro da célula."

Quando há sódio e sais no exterior em quantidades elevadas, a célula perde água através da membrana, que, no entanto, é pouco permeável à passagem dos sais. O movimento da água faz-se sempre do meio com menor concentração de sais (o interior da célula) para o que tem a maior concentração (o exterior da célula). Por isso, ela começa a perder volume e a contrair-se e é então que este mecanismo é activado como protecção. "Este é o primeiro processo de resistência [da bactéria] a um choque de salinidade ou quando há alterações das concentrações de sais no exterior."

Para que as coisas não fiquem tão desequilibradas, com excesso de sais no exterior que fazem a célula perder água, a membrana abre um canal - um poro - e deixa entrar potássio, que não é tóxico para ela como o sódio. Para explicar como tudo funciona, é preciso dizer que a proteína que serve de canal tem duas partes: uma embutida na membrana da célula e que constitui o próprio poro; e outra já dentro da célula, que controla a abertura e o fecho do poro, mudando de configuração na presença de duas outras moléculas (uma que activa o poro, outra que o desactiva).

Sem aplicações imediatas, a revelação da estrutura deste canal poderá um dia traduzir-se em biotecnologias que tornem as plantas mais resistentes ao sal. Mas o objectivo não era resolver este problema dos solos agrícolas. "Ao percebermos todos os mecanismos usados na natureza para resistir à hipersalinidade, podemos desenvolver estratégias que podem aplicar-se na criação de variedades de plantas que cresçam em solos com hipersalinidade. Muitas plantas não sobrevivem nessas condições", diz Morais Cabral. "Se criarmos variedades mais resistentes à salinidade, poderíamos usar esses solos."

O que faz correr este cientista de 48 anos é outra coisa. "A descoberta intelectual é que me deixa empolgado." O que o fez regressar a Portugal após 20 anos fora, num vaivém entre a Grã-Bretanha e os EUA? "Apareceu a oportunidade e o sistema [científico] português tinha evoluído drasticamente. Tem sido fantástico trabalhar cá, apesar das dificuldades."

Fim da viagem a esta nanomáquina da célula? Nada disso. "Agora vamos explorar os detalhes do canal."