Supercomputador do LNCC/MCTI ajuda pesquisadores a desvendar mistério da "usina de energia" das células

Petrópolis, RJ – Dentro de cada célula do nosso corpo existem pequenas estruturas chamadas mitocôndrias. Pense nelas como se fossem usinas de energia trabalhando sem parar. É lá dentro que acontece um processo fundamental para a vida: a transformação dos alimentos que comemos em energia que nossas células conseguem usar.

No centro dessas usinas, existe uma máquina molecular chamada Complexo Respiratório I. Ela é a peça que dá o pontapé inicial em toda a produção de energia. Funciona assim: uma molécula chamada ubiquinona (ou coenzima Q10) entra nessa máquina como um mensageiro que vai entregar uma carga. Ao receber essa carga, o Complexo I bombeia prótons (partículas minúsculas) de um lado para o outro da membrana da mitocôndria. Esse bombeamento cria um estoque de energia. Quando o estoque é liberado, forma-se a molécula de ATP, que é o combustível que a célula usa para tudo: fazer o coração bater, o cérebro pensar e os músculos se moverem.

Durante muito tempo, os cientistas sabiam que o Complexo I era essencial para a vida, mas não conseguiam enxergar com clareza o que acontecia no primeiro passo da produção de energia. Era como saber que uma máquina funciona, mas não entender o que acontece quando você aperta o botão "ligar".

Com a ajuda do supercomputador Santos Dumont, instalado no Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC/MCTI), em Petrópolis, um grupo de pesquisadores conseguiram observar, em nível atômico, exatamente o que ocorre nesse momento crucial.

"O estudo revelou de forma detalhada como começa e termina a reação de transferência de carga da ubiquinona (Q) catalisada pelo Complexo Respiratório I, responsável pela transformação de metade da energia usada em uma célula. Assim, começamos a entender melhor como este Complexo converte energia química em gradiente de prótons nas mitocôndrias", explica o professor Guilherme Menegon Arantes, do Laboratório de Bioquímica Computacional da Universidade de São Paulo (USP), um dos pesquisadores que coordenou este trabalho.

Em outras palavras: os cientistas conseguiram enxergar, com um nível de detalhe jamais alcançado, o momento em que o "mensageiro" (ubiquinona) entra na máquina (Complexo I), entrega sua carga e desencadeia todo o processo que vai resultar na produção de energia para a célula. "Ainda não estava claro exatamente como o substrato ubiquinona se liga, é reduzido e inicia o processo que leva ao bombeamento de prótons. O estudo buscou esclarecer essas etapas mecanísticas da reação e como o movimento do substrato está ligado ao transporte de prótons na proteína", detalha Arantes.

Para alcançar esse nível de observação, a equipe recorreu a simulações de dinâmica molecular, uma técnica computacional que recria, passo a passo, o movimento de cada átomo envolvido no processo. Essas simulações são extremamente complexas. O sistema estudado tem um número gigante de partículas, o que exige um computador com capacidade muito acima dos convencionais. O supercomputador Santos Dumont, o maior da América Latina destinado à pesquisa científica, foi essencial para tornar essa análise possível.

"As simulações de dinâmica molecular foram usadas para analisar os estados de carga de resíduos da proteína e a estabilidade das diferentes posições da ubiquinona no sítio ativo. Essas simulações foram possíveis apenas com recursos do supercomputador Santos Dumont, já que o sistema estudado possui mais de 1 milhão de átomos representando o Complexo I, que é a maior proteína de membrana assimétrica conhecida", destaca o pesquisador.

A compreensão detalhada desse mecanismo tem implicações que vão além da biologia básica. Quando o Complexo I não funciona corretamente, todo o organismo pode ser afetado. "O Complexo I é essencial para a produção de energia nas células e está relacionado ao dano causado por isquemia-reperfusão cardíaca (digamos, após um infarto) e a diversas doenças metabólicas e neurodegenerativas quando funciona de forma incorreta. Entender seu mecanismo em detalhe ajuda a explicar como as células produzem energia e pode orientar o desenvolvimento de terapias ou estratégias para tratar estas disfunções", afirma Arantes.

Doenças como Parkinson, Alzheimer e certos problemas cardíacos estão ligadas a falhas no funcionamento das mitocôndrias. Quanto mais os cientistas entenderem como essa máquina funciona, maiores as chances de, no futuro, desenvolverem remédios ou tratamentos.

O trabalho é fruto dos pesquisadores Caroline S. Pereira, Guilherme M. Arantes da Universidade de São Paulo (USP) e de Injae Chung, John J. Wright, Judy Hirst da Universidade de Cambridge. Os resultados da pesquisa foram publicados na Nature Communications, uma das revistas científicas mais respeitadas do mundo. Acesse: https://www.nature.com/articles/s41467-026-70030-0

Saiba mais sobre o grupo: http://gaznevada.iq.usp.br/

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