Pesquisadores desenvolveram polímeros sintéticos que imitam a função de enzimas, oferecendo uma nova abordagem para a criação de catalisadores artificiais, de acordo com um estudo publicado na Nature. A equipe se concentrou em heteropolímeros aleatórios (RHPs), que são polímeros compostos de diferentes monômeros dispostos aleatoriamente, como uma forma de replicar as complexas propriedades químicas e estruturais das proteínas.

A pesquisa aborda um desafio de longa data na ciência dos materiais: criar materiais sintéticos que possam desempenhar as intrincadas funções das proteínas naturais. Embora os cientistas tenham feito progressos na replicação da estrutura das proteínas, alcançar funcionalidade semelhante tem se mostrado difícil. A abordagem da equipe envolve programar o arranjo espacial das cadeias laterais dentro do polímero em nível segmentar, imitando efetivamente os sítios ativos das enzimas.

"Propomos que, para polímeros com químicas de cadeia principal diferentes da das proteínas, programar projeções espaciais e temporais de cadeias laterais no nível segmentar pode ser eficaz na replicação de comportamentos de proteínas", afirmaram os pesquisadores em seu artigo. Eles também observaram que a liberdade rotacional dos polímeros pode compensar a falta de sequenciamento preciso de monômeros, levando a um comportamento mais consistente em todo o material.

O design dos RHPs foi informado por uma análise de aproximadamente 1.300 metaloproteínas, com foco nos sítios ativos onde ocorre a atividade catalítica. Monômeros-chave foram introduzidos nos RHPs como equivalentes de resíduos funcionais em proteínas, e as características químicas de segmentos contendo esses monômeros foram estatisticamente moduladas, incluindo a hidrofobicidade segmentar. Este processo resultou na formação de pseudo-sítios ativos dentro dos RHPs, fornecendo aos monômeros-chave um microambiente semelhante ao de proteínas.

As implicações desta pesquisa são significativas para vários campos, incluindo catálise, administração de medicamentos e ciência dos materiais. Enzimas artificiais poderiam potencialmente substituir enzimas naturais em processos industriais, oferecendo maior estabilidade e ajustabilidade. Além disso, a capacidade de projetar polímeros com funções catalíticas específicas pode levar ao desenvolvimento de novos materiais com propriedades únicas.

O desenvolvimento desses mímicos de enzimas também destaca o crescente papel da inteligência artificial (IA) no design de materiais. Embora não esteja explicitamente declarado no material de origem, a análise de 1.300 metaloproteínas provavelmente envolveu ferramentas computacionais e algoritmos para identificar características-chave e orientar o design dos RHPs. A IA está sendo cada vez mais utilizada para acelerar a descoberta de materiais, prevendo as propriedades de novos materiais e otimizando sua composição.

Os próximos passos para esta pesquisa envolvem a otimização adicional dos RHPs e a exploração de suas potenciais aplicações em vários campos. Os pesquisadores também planejam investigar o uso de IA para projetar mímicos de enzimas ainda mais complexos e eficientes. A capacidade de criar enzimas artificiais com propriedades personalizadas pode revolucionar vários setores e levar ao desenvolvimento de novas tecnologias.