Pesquisadores desenvolveram heteropolímeros aleatórios (RHPs) que imitam a função de enzimas, oferecendo uma nova abordagem para a criação de materiais sintéticos com comportamentos semelhantes aos de proteínas. O estudo, publicado na Nature, detalha como esses RHPs foram projetados usando insights dos sítios ativos de aproximadamente 1.300 metaloproteínas.

A equipe se concentrou em programar o arranjo espacial e temporal das cadeias laterais no nível segmentar dos polímeros, que possuem químicas de cadeia principal diferentes das proteínas. Essa estratégia permite que os polímeros repliquem os comportamentos das proteínas de forma eficaz. Ao aproveitar a liberdade rotacional inerente aos polímeros, os pesquisadores buscaram superar as limitações na especificidade da sequência de monômeros e alcançar um comportamento uniforme em todo o conjunto de moléculas.

"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 sua publicação. Os RHPs resultantes formam pseudo-sítios ativos, fornecendo aos monômeros-chave um microambiente semelhante ao de proteínas.

O desenvolvimento desses mímicos de enzimas representa um avanço significativo em materiais bioinspirados. As abordagens tradicionais para replicar as funções das proteínas geralmente se concentraram em imitar as estruturas primárias, secundárias e terciárias das proteínas. No entanto, alcançar as heterogeneidades químicas, estruturais e dinâmicas cruciais para a função proteica permaneceu um desafio. Esta nova abordagem contorna alguns desses desafios, concentrando-se na modulação estatística de monômeros-chave dentro da estrutura do polímero.

As implicações desta pesquisa se estendem a vários campos, incluindo catálise, administração de fármacos e ciência dos materiais. Os mímicos de enzimas podem potencialmente substituir as enzimas naturais em processos industriais, oferecendo maior estabilidade e menores custos de produção. Na administração de fármacos, esses polímeros podem ser projetados para atingir células ou tecidos específicos, aumentando a eficácia dos agentes terapêuticos.

O uso de inteligência artificial (IA) desempenhou um papel crucial na orientação do projeto desses RHPs. Ao analisar os sítios ativos de um grande conjunto de dados de metaloproteínas, os pesquisadores foram capazes de identificar as principais características estruturais e químicas que contribuem para a função enzimática. Essa abordagem orientada por dados permitiu que eles projetassem racionalmente polímeros com propriedades catalíticas específicas.

O conceito de "síntese one-pot" também é central para este desenvolvimento, referindo-se a uma estratégia em que todos os componentes necessários são combinados em um único recipiente de reação para formar o produto desejado. Isso simplifica o processo de fabricação e reduz a necessidade de múltiplas etapas de purificação.

Olhando para o futuro, os pesquisadores planejam refinar ainda mais o projeto desses RHPs e explorar suas potenciais aplicações em vários campos. O trabalho futuro se concentrará em melhorar a eficiência catalítica desses mímicos de enzimas e expandir sua gama de substratos. A equipe também pretende desenvolver novos métodos para controlar o arranjo espacial dos monômeros dentro da estrutura do polímero, o que poderia levar a materiais ainda mais sofisticados e funcionais.