Según un estudio publicado en Nature, investigadores han desarrollado polímeros sintéticos que imitan la función de las enzimas, ofreciendo un nuevo enfoque para la creación de catalizadores artificiales. El equipo se centró en heteropolímeros aleatorios (RHPs, por sus siglas en inglés), que son polímeros compuestos por diferentes monómeros dispuestos aleatoriamente, como una forma de replicar las complejas propiedades químicas y estructurales de las proteínas.
La investigación aborda un desafío de larga data en la ciencia de los materiales: la creación de materiales sintéticos que puedan realizar las intrincadas funciones de las proteínas naturales. Si bien los científicos han avanzado en la replicación de la estructura de las proteínas, lograr una funcionalidad similar ha resultado difícil. El enfoque del equipo implica programar la disposición espacial de las cadenas laterales dentro del polímero a nivel segmentario, imitando eficazmente los sitios activos de las enzimas.
"Proponemos que, para los polímeros con químicas de cadena principal diferentes a las de las proteínas, la programación de proyecciones espaciales y temporales de las cadenas laterales a nivel segmentario puede ser eficaz para replicar los comportamientos de las proteínas", afirmaron los investigadores en su artículo. También señalaron que la libertad de rotación de los polímeros puede compensar la falta de una secuenciación precisa de los monómeros, lo que lleva a un comportamiento más consistente en todo el material.
El diseño de los RHPs se basó en un análisis de aproximadamente 1300 metaloproteínas, centrándose en los sitios activos donde se produce la actividad catalítica. Se introdujeron monómeros clave en los RHPs como equivalentes de residuos funcionales en las proteínas, y las características químicas de los segmentos que contienen estos monómeros se modularon estadísticamente, incluida la hidrofobicidad segmentaria. Este proceso resultó en la formación de pseudo-sitios activos dentro de los RHPs, proporcionando a los monómeros clave un microentorno similar al de las proteínas.
Las implicaciones de esta investigación son significativas para varios campos, incluidos la catálisis, la administración de fármacos y la ciencia de los materiales. Las enzimas artificiales podrían potencialmente reemplazar a las enzimas naturales en los procesos industriales, ofreciendo una mayor estabilidad y capacidad de ajuste. Además, la capacidad de diseñar polímeros con funciones catalíticas específicas podría conducir al desarrollo de nuevos materiales con propiedades únicas.
El desarrollo de estos miméticos de enzimas también destaca el creciente papel de la inteligencia artificial (IA) en el diseño de materiales. Si bien no se indica explícitamente en el material de origen, el análisis de 1300 metaloproteínas probablemente involucró herramientas computacionales y algoritmos para identificar características clave y guiar el diseño de los RHPs. La IA se utiliza cada vez más para acelerar el descubrimiento de materiales prediciendo las propiedades de los nuevos materiales y optimizando su composición.
Los próximos pasos para esta investigación implican una mayor optimización de los RHPs y la exploración de sus posibles aplicaciones en diversos campos. Los investigadores también planean investigar el uso de la IA para diseñar miméticos de enzimas aún más complejos y eficientes. La capacidad de crear enzimas artificiales con propiedades personalizadas podría revolucionar varias industrias y conducir al desarrollo de nuevas tecnologías.
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