Pesquisadores desenvolveram polímeros sintéticos que imitam a função das enzimas, um avanço que pode revolucionar a catálise industrial e o desenvolvimento de fármacos. O estudo, publicado na Nature, detalha como heteropolímeros aleatórios (RHPs) foram projetados para replicar os sítios ativos de metaloproteínas, alcançando microambientes semelhantes aos de proteínas para monômeros-chave.
A equipe, guiada pela análise de aproximadamente 1.300 sítios ativos de metaloproteínas, empregou um método de síntese "one-pot" para criar esses RHPs. Monômeros-chave, atuando como equivalentes de resíduos funcionais em proteínas, foram estatisticamente modulados para controlar características químicas como a hidrofobicidade segmentar. Essa abordagem permitiu que os pesquisadores criassem pseudo-sítios ativos dentro dos polímeros, fornecendo um ambiente semelhante ao de proteínas para os monômeros-chave.
"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 sua publicação. Eles acrescentaram que a liberdade rotacional da cadeia principal do polímero ajuda a superar as limitações na especificidade da sequência de monômeros, levando a um comportamento uniforme em todo o conjunto de polímeros.
Enzimas são catalisadores biológicos que aceleram as reações químicas dentro das células. Sua eficiência e especificidade são incomparáveis, mas sua fragilidade e altos custos de produção limitam seu uso em aplicações industriais. Criar mímicos sintéticos de enzimas tem sido um objetivo de longa data na química, com tentativas anteriores focadas na replicação da complexa estrutura tridimensional das proteínas. Esta nova abordagem, no entanto, concentra-se em imitar o ambiente químico do sítio ativo, em vez de toda a estrutura da proteína.
As implicações desta pesquisa são de grande alcance. Na catálise industrial, esses RHPs podem oferecer uma alternativa mais robusta e econômica às enzimas tradicionais. Eles também podem ser usados no desenvolvimento de fármacos para criar novos catalisadores para sintetizar moléculas complexas. Além disso, os princípios de design usados neste estudo podem ser aplicados para criar outros materiais funcionais com propriedades semelhantes às das proteínas.
O desenvolvimento desses mímicos de enzimas também destaca o papel crescente da inteligência artificial na ciência dos materiais. Os pesquisadores usaram IA para analisar os sítios ativos de milhares de proteínas, identificando características-chave que foram então incorporadas ao design dos RHPs. Essa abordagem demonstra como a IA pode acelerar a descoberta de novos materiais, identificando padrões e relacionamentos que seriam difíceis para os humanos discernirem.
Embora o estudo atual tenha se concentrado em imitar metaloproteínas, os pesquisadores acreditam que a mesma abordagem poderia ser usada para imitar outros tipos de enzimas. Pesquisas futuras se concentrarão em expandir a gama de reações que podem ser catalisadas por esses RHPs e em melhorar sua eficiência e estabilidade. A equipe também planeja explorar o uso de IA para otimizar ainda mais o design desses mímicos de enzimas.
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