Pesquisadores desenvolveram heteropolímeros aleatórios (RHPs) que imitam enzimas, oferecendo uma nova abordagem para materiais sintéticos com funções semelhantes às de proteínas, 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".

Os pesquisadores introduziram monômeros específicos nos polímeros, atuando como equivalentes aos resíduos funcionais encontrados em proteínas. Ao ajustar estatisticamente as características químicas de segmentos contendo esses monômeros-chave, como a hidrofobicidade segmentar, a equipe criou pseudo-sítios ativos. Esses sítios fornecem aos monômeros-chave um microambiente semelhante ao encontrado em proteínas, permitindo que desempenhem funções semelhantes às de enzimas.

"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 autores do estudo. Eles também observaram que a liberdade rotacional das cadeias de polímeros ajuda a superar as limitações na especificidade da sequência de monômeros, levando a um comportamento consistente em todo o conjunto de polímeros.

O desenvolvimento aborda um desafio de longa data na replicação sintética de funções de proteínas. Embora esforços anteriores tenham se concentrado em imitar as estruturas primárias, secundárias e terciárias de proteínas, alcançar a heterogeneidade química, estrutural e dinâmica crucial para a função proteica permaneceu difícil. Esta nova abordagem se concentra em programar o arranjo espacial e temporal de cadeias laterais no nível segmentar, oferecendo uma estratégia diferente para alcançar comportamentos semelhantes aos de proteínas em polímeros sintéticos.

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 ajustabilidade. Na administração de fármacos, esses polímeros podem ser projetados para atingir células ou tecidos específicos, liberando fármacos de forma controlada. Além disso, a capacidade de criar materiais com funções semelhantes às de proteínas pode levar ao desenvolvimento de novos tipos de sensores, atuadores e outros materiais avançados.

Os pesquisadores acreditam que esta abordagem pode abrir caminho para uma nova geração de materiais bioinspirados com funcionalidade e versatilidade aprimoradas. Pesquisas futuras se concentrarão na otimização do design desses RHPs e na exploração de suas potenciais aplicações em vários campos. A equipe também planeja investigar o uso de IA e aprendizado de máquina para refinar ainda mais o processo de design e prever o comportamento desses polímeros complexos.