Pesquisadores projetaram com sucesso heteropolímeros aleatórios (RHPs) que imitam enzimas, oferecendo uma nova abordagem para a criação de materiais sintéticos com funções semelhantes às das proteínas, de acordo com um estudo publicado na Nature. A equipe, inspirada nos sítios ativos de aproximadamente 1.300 metaloproteínas, desenvolveu esses RHPs por meio de uma síntese "one-pot", introduzindo monômeros específicos que atuam como equivalentes aos resíduos funcionais encontrados em proteínas.
A chave para esta inovação reside na modulação estatística das características químicas de segmentos que contêm esses monômeros-chave, particularmente a hidrofobicidade segmentar. Este processo permite que os RHPs formem pseudo-sítios ativos, fornecendo aos monômeros-chave um microambiente semelhante ao encontrado em proteínas, permitindo-lhes catalisar reações.
"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 explicaram ainda que aproveitar a liberdade rotacional dos polímeros pode compensar as limitações na especificidade da sequência monomérica, levando a um comportamento uniforme no nível do conjunto.
O desenvolvimento desses mimetizadores de enzimas representa um avanço significativo na ciência dos materiais bioinspirados. Embora a replicação da complexa estrutura hierárquica das proteínas tenha sido um desafio de longa data, esta pesquisa sugere que focar no arranjo espacial e temporal das cadeias laterais dentro dos polímeros pode replicar efetivamente os comportamentos das proteínas. Esta abordagem evita a necessidade de sequenciamento preciso de monômeros, o que muitas vezes é difícil de alcançar sinteticamente.
As implicações desta pesquisa estendem-se a vários campos, incluindo catálise, administração de fármacos e ciência dos materiais. Os mimetizadores de enzimas podem potencialmente substituir as enzimas naturais em processos industriais, oferecendo maior estabilidade e ajustabilidade. Eles também podem ser usados para desenvolver novos sistemas de administração de fármacos que visam células ou tecidos específicos, ou para criar novos materiais com propriedades aprimoradas.
O uso de IA desempenhou um papel crucial nesta pesquisa, particularmente na análise dos sítios ativos de metaloproteínas. Algoritmos de aprendizado de máquina foram usados para identificar características e padrões-chave nesses sítios ativos, que então informaram o projeto dos RHPs. Isso destaca a crescente importância da IA na descoberta e projeto de materiais, permitindo que os pesquisadores explorem vastos espaços químicos e identifiquem candidatos promissores para novos materiais.
As próximas etapas desta pesquisa envolvem otimizar ainda mais o projeto de RHPs e explorar suas aplicações potenciais em vários campos. Os pesquisadores também planejam investigar o uso de diferentes monômeros e técnicas de polimerização para criar uma gama mais ampla de mimetizadores de enzimas com propriedades personalizadas. Este trabalho pode abrir caminho para uma nova geração de materiais sintéticos com funções semelhantes às das proteínas, oferecendo uma ampla gama de benefícios potenciais para a sociedade.
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