Pesquisadores desenvolveram polímeros sintéticos que imitam a função de enzimas, potencialmente revolucionando a catálise industrial e o desenvolvimento de fármacos, de acordo com um estudo publicado na Nature. A equipe se concentrou na criação de heteropolímeros aleatórios (RHPs) capazes de replicar os sítios ativos de metaloproteínas, que são proteínas contendo íons metálicos que desempenham papéis cruciais em processos biológicos.

A pesquisa 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 uma complexidade funcional semelhante permaneceu difícil. A abordagem da equipe envolveu a concepção de RHPs com características químicas específicas, guiada pela análise de mais de 1.300 sítios ativos de metaloproteínas. Eles introduziram monômeros-chave, atuando como equivalentes de resíduos de aminoácidos funcionais em proteínas, e modularam estatisticamente as propriedades químicas de segmentos contendo esses monômeros, como a hidrofobicidade segmentar, ou propriedades de repelência à água.

"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. Os RHPs resultantes formam pseudo-sítios ativos, fornecendo aos monômeros-chave microambientes semelhantes aos de proteínas, permitindo que desempenhem funções catalíticas.

A importância deste desenvolvimento reside em seu potencial para superar as limitações associadas às enzimas naturais. As enzimas naturais são frequentemente caras de produzir, sensíveis às condições ambientais e difíceis de modificar para aplicações específicas. Os mímicos de enzimas sintéticas, por outro lado, podem ser projetados e sintetizados mais facilmente, são frequentemente mais robustos e podem ser adaptados a necessidades específicas.

O design desses RHPs aproveita a liberdade rotacional dos polímeros para compensar a falta de sequenciamento preciso de monômeros encontrado em proteínas. Isso permite a criação de materiais com comportamento uniforme no nível do conjunto, mesmo sem controle de sequência perfeito. Os pesquisadores usaram um método de síntese "one-pot", simplificando o processo de produção e tornando-o mais escalável.

As implicações desta pesquisa se estendem a vários campos. Na catálise industrial, os RHPs poderiam substituir ou aumentar os catalisadores metálicos tradicionais, levando a processos químicos mais eficientes e sustentáveis. No desenvolvimento de fármacos, eles poderiam ser usados para criar novos agentes terapêuticos ou sistemas de administração de fármacos. O desenvolvimento também destaca o papel crescente da inteligência artificial (IA) na ciência dos materiais. A análise de sítios ativos de metaloproteínas, que orientou o design dos RHPs, envolveu o uso de ferramentas computacionais e bancos de dados, demonstrando como a IA pode acelerar a descoberta de novos materiais.

Olhando para o futuro, os pesquisadores planejam refinar ainda mais o design dos RHPs e explorar suas aplicações em diferentes áreas. Eles também pretendem desenvolver métodos orientados por IA para prever as propriedades dos RHPs, o que poderia acelerar ainda mais o processo de descoberta. A capacidade de criar mímicos de enzimas sintéticas com propriedades personalizadas abre novas possibilidades para enfrentar desafios em vários campos, desde energia e meio ambiente até medicina e manufatura.