Исследователи разработали синтетические полимеры, имитирующие функцию ферментов, что является прорывом, способным произвести революцию в промышленном катализе и разработке лекарств. В исследовании, опубликованном в журнале Nature, подробно описано, как случайные гетерополимеры (СГП) были разработаны для воспроизведения активных центров металлопротеинов, обеспечивая белковоподобное микроокружение для ключевых мономеров.

Команда, руководствуясь анализом примерно 1300 активных центров металлопротеинов, использовала метод однореакторного синтеза для создания этих СГП. Ключевые мономеры, действующие как эквиваленты функциональных остатков в белках, были статистически модулированы для контроля химических характеристик, таких как сегментарная гидрофобность. Этот подход позволил исследователям создать псевдоактивные центры внутри полимеров, обеспечивая белковоподобную среду для ключевых мономеров.

"Мы предполагаем, что для полимеров с химией основной цепи, отличной от белков, программирование пространственных и временных проекций боковых цепей на сегментном уровне может быть эффективным для воспроизведения поведения белков", - заявили исследователи в своей публикации. Они добавили, что свобода вращения полимерного скелета помогает преодолеть ограничения в специфичности последовательности мономеров, что приводит к единообразному поведению всего ансамбля полимеров.

Ферменты - это биологические катализаторы, которые ускоряют химические реакции внутри клеток. Их эффективность и специфичность не имеют себе равных, но их хрупкость и высокая стоимость производства ограничивают их использование в промышленных применениях. Создание синтетических имитаторов ферментов является давней целью в химии, при этом предыдущие попытки были сосредоточены на воспроизведении сложной трехмерной структуры белков. Однако этот новый подход фокусируется на имитации химической среды активного центра, а не всей структуры белка.

Последствия этого исследования далеко идущие. В промышленном катализе эти СГП могут предложить более надежную и экономически эффективную альтернативу традиционным ферментам. Они также могут быть использованы в разработке лекарств для создания новых катализаторов для синтеза сложных молекул. Кроме того, принципы проектирования, использованные в этом исследовании, могут быть применены для создания других функциональных материалов с белковоподобными свойствами.

Разработка этих имитаторов ферментов также подчеркивает возрастающую роль искусственного интеллекта в материаловедении. Исследователи использовали ИИ для анализа активных центров тысяч белков, выявляя ключевые особенности, которые затем были включены в конструкцию СГП. Этот подход демонстрирует, как ИИ может ускорить открытие новых материалов, выявляя закономерности и взаимосвязи, которые было бы трудно различить людям.

Хотя текущее исследование было сосредоточено на имитации металлопротеинов, исследователи полагают, что тот же подход можно использовать для имитации других типов ферментов. Будущие исследования будут сосредоточены на расширении диапазона реакций, которые могут быть катализированы этими СГП, и на улучшении их эффективности и стабильности. Команда также планирует изучить использование ИИ для дальнейшей оптимизации конструкции этих имитаторов ферментов.