Pesquisadores desenvolveram heteropolímeros aleatórios (RHPs) que imitam enzimas, potencialmente revolucionando a catálise industrial e o desenvolvimento de fármacos, de acordo com um estudo publicado na Nature. A equipe, inspirada nos sítios ativos de aproximadamente 1.300 metaloproteínas, projetou esses RHPs usando um método de síntese "one-pot", criando efetivamente enzimas artificiais.

O estudo aborda um desafio de longa data na ciência dos materiais: replicar as funções complexas das proteínas usando materiais sintéticos. Embora os cientistas tenham feito progressos na imitação da hierarquia estrutural das proteínas, alcançar a similaridade funcional tem se mostrado difícil. Os pesquisadores propõem que, ao controlar cuidadosamente o arranjo espacial e temporal das cadeias laterais nos polímeros, eles podem replicar os comportamentos das proteínas, mesmo com químicas de cadeia principal diferentes das das proteínas.

"Introduzimos monômeros-chave como os equivalentes dos resíduos funcionais da proteína e modulamos estatisticamente as características químicas de segmentos contendo monômeros-chave, como a hidrofobicidade segmentar", afirmaram os pesquisadores em seu artigo. Essa abordagem permite que os RHPs formem pseudo-sítios ativos, fornecendo aos monômeros-chave microambientes semelhantes aos das proteínas. A liberdade rotacional das cadeias poliméricas ajuda a compensar a falta de sequenciamento preciso dos monômeros, alcançando um comportamento uniforme em todo o conjunto de moléculas.

As implicações desta pesquisa são significativas. As enzimas são catalisadores cruciais em uma ampla gama de processos industriais, desde a produção de produtos farmacêuticos até a síntese de biocombustíveis. No entanto, as enzimas naturais podem ser caras para produzir e muitas vezes exigem condições específicas para funcionar de forma otimizada. Os mimetizadores de enzimas, como esses RHPs, oferecem uma alternativa potencialmente mais barata e robusta.

O design desses RHPs foi guiado pela análise dos sítios ativos de metaloproteínas, que são proteínas que contêm íons metálicos. Esses íons metálicos geralmente desempenham um papel crítico na atividade catalítica da enzima. Ao entender o ambiente químico ao redor desses íons metálicos, os pesquisadores foram capazes de projetar RHPs que pudessem replicar esse ambiente e promover reações catalíticas semelhantes.

O uso de IA na análise da vasta quantidade de dados sobre estruturas e funções de proteínas foi crucial para o sucesso deste projeto. Os algoritmos de IA podem identificar padrões e relacionamentos que seriam difíceis ou impossíveis para os humanos detectarem, acelerando o processo de design. Isso destaca o papel crescente da IA na ciência dos materiais e na descoberta de fármacos.

"Aproveitar a liberdade rotacional do polímero pode mitigar deficiências na especificidade da sequência monomérica e alcançar a uniformidade do comportamento no nível do conjunto", observaram os pesquisadores, enfatizando a importância da dinâmica do polímero para alcançar um comportamento semelhante ao da enzima.

O desenvolvimento desses mimetizadores de enzimas representa um avanço significativo no campo dos materiais bioinspirados. Embora mais pesquisas sejam necessárias para otimizar seu desempenho e explorar todo o seu potencial, esses RHPs são promissores para uma ampla gama de aplicações, desde a catálise industrial até a remediação ambiental. Os próximos passos envolvem testar esses RHPs em várias reações catalíticas e explorar seu potencial para uso na administração de medicamentos e outras aplicações biomédicas.