Pesquisadores desenvolveram heteropolímeros aleatórios (RHPs) que imitam enzimas, potencialmente revolucionando a catálise industrial e o desenvolvimento de fármacos. O estudo, publicado na Nature, detalha como esses polímeros sintéticos, criados através de uma síntese "one-pot", podem replicar as funções das proteínas ao posicionar estrategicamente monômeros-chave para formar pseudo-sítios ativos.

A equipe, inspirada na análise do sítio ativo de aproximadamente 1.300 metaloproteínas, projetou os RHPs para modular estatisticamente as características químicas de segmentos contendo monômeros-chave, como a hidrofobicidade segmentar. Essa abordagem permite que os RHPs forneçam um microambiente semelhante ao de proteínas para esses monômeros, permitindo que funcionem como mímicos 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 no artigo.

A criação desses mímicos de enzimas aborda um desafio de longa data na química sintética: replicar as funções complexas das proteínas usando materiais não proteicos. Embora os cientistas tenham replicado com sucesso aspectos da estrutura proteica, alcançar a similaridade funcional permaneceu difícil devido à heterogeneidade inerente das proteínas. Os pesquisadores acreditam que, ao aproveitar a liberdade rotacional dos polímeros, eles podem superar as limitações na especificidade da sequência monomérica e alcançar um comportamento uniforme no nível do conjunto.

As implicações desta pesquisa são de grande alcance. A produção tradicional de enzimas geralmente depende de sistemas biológicos, o que pode ser caro e difícil de escalar. Os RHPs, por outro lado, podem ser sintetizados em laboratório, oferecendo potencialmente uma alternativa mais eficiente e econômica. Isso pode levar a avanços em vários campos, incluindo a catálise industrial, onde as enzimas são usadas para acelerar as reações químicas, e o desenvolvimento de fármacos, onde as enzimas desempenham um papel crucial no design e na administração de medicamentos.

O desenvolvimento de RHPs também destaca o papel crescente da inteligência artificial (IA) na ciência dos materiais. Os algoritmos de IA podem analisar vastos conjuntos de dados de estruturas e funções de proteínas para identificar características-chave que podem ser replicadas em materiais sintéticos. Essa abordagem orientada por dados acelera o processo de descoberta e permite que os pesquisadores projetem materiais com propriedades e funções específicas.

Olhando para o futuro, os pesquisadores planejam otimizar ainda mais o design dos RHPs e explorar suas potenciais aplicações em vários setores. Eles também pretendem desenvolver novas ferramentas de IA para auxiliar no design e na síntese desses materiais. O objetivo final é criar uma biblioteca de RHPs que possa ser usada para substituir ou aumentar as enzimas naturais em uma ampla gama de aplicações.