Pesquisadores desenvolveram polímeros sintéticos que imitam a função de enzimas, oferecendo uma nova abordagem para a criação de catalisadores artificiais. O estudo, publicado na Nature, detalha como esses heteropolímeros aleatórios (RHPs) foram projetados para replicar os sítios ativos de metaloproteínas, potencialmente levando a avanços em vários campos, incluindo medicina e ciência dos materiais.

A equipe, guiada pela análise de aproximadamente 1.300 sítios ativos de metaloproteínas, criou RHPs através de uma síntese "one-pot", um método que simplifica o processo de criação. Monômeros-chave, atuando como equivalentes aos resíduos funcionais em proteínas, foram estatisticamente modulados para controlar as características químicas de segmentos contendo esses monômeros, incluindo a hidrofobicidade segmental. Essa modulação permitiu que os RHPs formassem pseudo-sítios ativos, fornecendo aos monômeros-chave um microambiente semelhante ao de proteínas.

"Propomos que, para polímeros com químicas de cadeia principal diferentes daquela das proteínas, programar projeções espaciais e temporais de cadeias laterais no nível segmental pode ser eficaz na replicação de comportamentos de proteínas", afirmaram os pesquisadores em sua publicação. Eles também observaram que a liberdade rotacional das cadeias de polímeros ajuda a superar as limitações na especificidade da sequência de monômeros, alcançando um comportamento uniforme em todo o conjunto de polímeros.

O desenvolvimento desses mimetizadores de enzimas aborda um desafio de longa data na replicação sintética de funções proteicas. Embora esforços anteriores tenham se concentrado na replicação da estrutura hierárquica das proteínas, da primária à terciária, alcançar a heterogeneidade química, estrutural e dinâmica necessária para funções complexas permaneceu difícil. Esta nova abordagem se concentra na programação do arranjo espacial das cadeias laterais para imitar o comportamento das proteínas.

As implicações desta pesquisa são de grande alcance. Os mimetizadores de enzimas poderiam potencialmente substituir as enzimas naturais em processos industriais, oferecendo maior estabilidade e controle. Eles também poderiam ser usados em sistemas de administração de medicamentos, biossensores e outras aplicações onde a atividade catalítica precisa é necessária.

O design desses RHPs foi informado pela análise de metaloproteínas, que são proteínas contendo íons metálicos que desempenham um papel crucial em sua função. Ao entender os sítios ativos dessas proteínas, os pesquisadores foram capazes de identificar monômeros-chave e projetar RHPs que pudessem replicar sua função. A modulação estatística da hidrofobicidade segmental também foi crítica, pois permitiu que os pesquisadores ajustassem o microambiente ao redor do sítio ativo.

O uso de IA e aprendizado de máquina está se tornando cada vez mais prevalente na ciência dos materiais, auxiliando no design e descoberta de novos materiais com propriedades específicas. Neste caso, a análise de um grande conjunto de dados de metaloproteínas provavelmente envolveu ferramentas computacionais para identificar padrões e relações que teriam sido difíceis de discernir manualmente. Isso destaca o papel crescente da IA na aceleração da descoberta científica.

Os próximos passos para esta pesquisa envolvem a otimização adicional dos RHPs e o teste de seu desempenho em várias aplicações. Os pesquisadores também planejam explorar o uso de diferentes monômeros e métodos de síntese para criar uma gama ainda maior de mimetizadores de enzimas. O objetivo de longo prazo é desenvolver uma biblioteca de catalisadores sintéticos que possam ser adaptados a necessidades específicas, oferecendo uma nova e poderosa ferramenta para químicos e engenheiros.