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, inspirando-se nos sítios ativos de aproximadamente 1.300 metaloproteínas, projetou esses RHPs usando um método de síntese "one-pot", criando efetivamente mímicos de enzimas.

O estudo aborda um desafio de longa data na replicação sintética das funções complexas das proteínas. Embora os cientistas tenham feito progressos na imitação das estruturas primária, secundária e terciária das proteínas, alcançar a heterogeneidade química, estrutural e dinâmica crucial para sua função permaneceu difícil. Os pesquisadores propõem que, ao programar o arranjo espacial e temporal das cadeias laterais no nível segmentar em polímeros, é possível replicar os comportamentos das proteínas. Eles também sugerem que a liberdade rotacional dos polímeros pode compensar as limitações na especificidade da sequência de monômeros, levando a um comportamento consistente em todo o conjunto.

Os pesquisadores introduziram monômeros-chave nos RHPs, atuando como equivalentes aos resíduos funcionais encontrados em proteínas. Eles modularam estatisticamente as características químicas de segmentos contendo esses monômeros-chave, incluindo a hidrofobicidade segmentar, para criar pseudo-sítios ativos. Esses sítios fornecem aos monômeros-chave um microambiente semelhante ao encontrado em proteínas.

"Estamos essencialmente criando versões simplificadas de sítios ativos de enzimas dentro desses polímeros", explicou o Dr. [Fictional Name], autor principal do estudo e professor de ciência dos materiais na [Fictional University]. "Isso nos permite alcançar atividade catalítica sem a necessidade da estrutura precisa e complexa de uma enzima natural."

As implicações desta pesquisa são significativas para 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.

O desenvolvimento desses RHPs depende de avanços na química de polímeros e na análise computacional. A IA desempenhou um papel crucial na análise dos sítios ativos de metaloproteínas, identificando características-chave que foram então incorporadas ao projeto dos RHPs. Algoritmos de aprendizado de máquina foram usados para otimizar a composição e a estrutura dos polímeros, garantindo que exibissem a atividade catalítica desejada.

"A IA está se tornando uma ferramenta indispensável na ciência dos materiais", disse o Dr. [Fictional Name], um químico computacional não envolvido no estudo. "Ela nos permite explorar vastos espaços químicos e identificar candidatos promissores para novos materiais com funções específicas."

O status atual da pesquisa envolve a otimização adicional dos RHPs e a exploração de suas potenciais aplicações. Os pesquisadores também estão trabalhando no desenvolvimento de novos métodos para sintetizar esses polímeros em maior escala. Desenvolvimentos futuros podem incluir a criação de RHPs com funções ainda mais complexas, potencialmente levando ao desenvolvimento de enzimas artificiais que superam suas contrapartes naturais.