Pesquisadores da UAB desenvolveram biostruturas minimalistas que imitam enzimas naturais, capaz de realizar duas atividades diferenciadas e reguladas de forma reversível, graças a uma combinação única de propriedades estruturais e funcionais. A estratégia utilizada abre as portas para a criação de nanomateriais "inteligentes" com combinações personalizadas de funções catalíticas.

Há um interesse crescente em sistemas sintéticos que podem executar reações químicas bioinspiradas sem exigir as estruturas complexas que caracterizam as enzimas em seus componentes. Uma das abordagens mais exploradas é a automontagem de peptídeos - moléculas menores que proteínas - devido à sua biocompatibilidade e como suas propriedades estruturais e funcionais podem ser controladas.

Pesquisadores do Instituto de Biotecnologia e Biomedicina da Universitat Autònoma de Barcelona (IBB-UAB) projetaram recentemente uma das menores estruturas de enzima mimética de todos os tempos. Esses peptídeos são compostos de sete a nove aminoácidos que se auto-montam espontaneamente para formar fibras amilóides estáveis ​​e hidrogéis sólidos, inócuo para as células.

Os peptídeos são formados com apenas dois tipos de aminoácidos solúveis em água (tirosina e histidina), um código binário contendo todas as informações necessárias para formar nanoestruturas. Além disso, eles são reversíveis e podem realizar duas atividades catalíticas diferenciadas e não relacionadas.

Os pesquisadores conseguiram criar um sistema mais simples e capaz de controlar melhor a atividade enzimática, e pela primeira vez, uma estrutura na qual os mesmos aminoácidos que fornecem atividade catalítica também contribuem para moldar a arquitetura macromolecular. Em estudos anteriores, essas capacidades foram segregadas em diferentes regiões da molécula, que resultou em peptídeos mais longos e / ou peptídeos com uma única função.

"A questão é que a atividade catalítica das fibras e dos hidrogéis só pode ser alcançada quando os peptídeos se auto-organizam, "explica Salvador Ventura, coordenador do estudo. "A estratégia que usamos estabelece as bases para a criação de materiais nanoestruturados" inteligentes ", com combinações personalizadas de funções catalíticas para uma série de aplicações práticas. "

Propriedades únicas

Até agora, a maioria dos peptídeos minimalistas projetados carecia de uma das capacidades mais importantes das enzimas naturais:a capacidade de regular reversivelmente sua atividade. Neste estudo, pesquisadores conseguiram controlar a capacidade de montagem, e isso permite alternar as formas ativas e inativas com mudanças simples no pH.

Além disso, os novos peptídeos têm propriedades que as enzimas naturais não possuem, uma vez que estes apenas conduzem atividades catalíticas. Agora, os peptídeos incorporam dois tipos diferentes de atividades (hidrolítica e eletrocatalítica) que podem ser realizadas simultaneamente ou alternadamente. Em qualquer outro caso, isso exigiria duas enzimas artificiais estruturalmente diferentes que seriam centenas de vezes maiores e mais caras.

Outra característica dessas novas enzimas artificiais que os pesquisadores apontam é a espontaneidade da automontagem, o que implica que não há necessidade de reagentes químicos adicionais ou a aplicação de calor, que pode ser tóxico ou ter efeitos drásticos em sua estrutura.

Maior eficiência e economia

Hidrogéis e fibras do tipo amiloide permitem a geração de microrreatores sólidos, mais eficientes e econômicos, em que o produto final da reação pode ser facilmente separado da enzima artificial.

"As estruturas macromoleculares que conseguimos criar podem ter aplicações importantes em microfluídica, e também na entrega de drogas, uma vez que podem encapsular a droga em seu estado montado e liberá-la de uma maneira específica, uma vez que o contexto de célula correto é alcançado, simplesmente desmontando, “Destaques de Salvador Ventura.

Salvador Ventura é chefe do grupo Protein Folding and Conformational Diseases do IBB. “Começamos as linhas de pesquisa nanotecnológicas há apenas três anos, mas nosso conhecimento sobre o mecanismo molecular de montagem de proteínas em estruturas amiloides nos ajudou a desenvolver novos funcionais, nanomateriais sintéticos com propriedades que não podem ser alcançadas com peptídeos ou proteínas naturais, " ele diz.