Исследователи разработали синтетические случайные гетерополимеры (СГП), имитирующие функцию ферментов, что открывает новый подход к созданию биовдохновленных материалов. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature, подробно описывают, как эти СГП, синтезированные в однореакторной реакции, могут воспроизводить поведение белков, стратегически располагая боковые цепи на сегментном уровне.

Команда, руководствуясь анализом примерно 1300 активных центров металлопротеинов, разработала СГП для функционирования в качестве имитаторов ферментов. Они ввели определенные мономеры в качестве эквивалентов функциональных остатков, обнаруженных в белках, и статистически модулировали химические характеристики сегментов, содержащих эти ключевые мономеры, включая сегментную гидрофобность. Этот процесс привел к образованию псевдоактивных сайтов внутри СГП, обеспечивая ключевые мономеры микроокружением, аналогичным тому, которое встречается в белках.

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

Разработка этих имитаторов ферментов имеет значительные последствия для различных областей, включая катализ, доставку лекарств и материаловедение. Создавая синтетические полимеры, которые могут выполнять функции, аналогичные природным ферментам, ученые могут потенциально разрабатывать новые катализаторы для промышленных процессов, разрабатывать системы целевой доставки лекарств и создавать новые материалы с улучшенными свойствами.

Концепция использования случайных гетерополимеров для имитации функции ферментов основана на понимании того, что функциональность белков возникает из их сложных трехмерных структур и специфического расположения аминокислотных остатков в их активных центрах. Хотя воспроизведение точной структуры белков синтетическим путем оказалось сложной задачей, это исследование демонстрирует, что можно достичь аналогичной функциональности, тщательно контролируя химические характеристики полимерных сегментов.

Исследователи считают, что этот подход предлагает более доступный путь к созданию биовдохновленных материалов с ферментоподобной активностью. В отличие от традиционных методов, требующих точного контроля над последовательностью мономеров, однореакторный синтез СГП позволяет создавать разнообразные библиотеки полимеров с различными химическими свойствами. Этот комбинаторный подход может ускорить открытие новых имитаторов ферментов с адаптированными функциональными возможностями.

Следующие шаги в этом исследовании включают дальнейшую оптимизацию конструкции СГП для повышения их каталитической активности и селективности. Команда также планирует изучить потенциал этих материалов для применения в таких областях, как биосенсорика и восстановление окружающей среды. Возможность создавать синтетические полимеры, имитирующие функцию ферментов, открывает новые возможности для решения задач в различных областях, от медицины до производства.