Como enzimas de fluxo livre viajam em meio a um mar de polímeros, uma equipe de engenharia da Northwestern descobriu que essas enzimas preferem se juntar a certas sequências de polímero em vez de outras, uma descoberta que pode levar a aplicações em diversos campos, desde o processamento de resíduos nucleares até a distribuição de medicamentos.

"De todos esses lotes de aleatoriedade, descobrimos que cada enzima em particular seleciona uma sequência que mais gosta, "disse Monica Olvera de la Cruz, o advogado Taylor, professor de Ciência e Engenharia de Materiais na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas McCormick da Northwestern, quem conduziu o estudo. "Isso é importante porque esclarece como podemos projetar a composição de um lote de polímeros, então eles irão dispersar enzimas ativamente em ambientes não biológicos. "

De autoria de Olvera de la Cruz e dois colegas do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais de McCormick - pesquisador associado sênior Trung Dac Nguyen e professor assistente de pesquisa Baofu Qiao - o estudo, intitulado "Eficiente encapsulamento de proteínas com copolímeros aleatórios, "publicado hoje, 11 de junho no Proceedings of the National Academy of Sciences .

As enzimas desempenham um papel vital em uma variedade de processos químicos e biológicos, facilitando e direcionando as reações bioquímicas. Devido à solubilidade limitada de alguns substratos em água, preservar e / ou aumentar a capacidade catalítica de algumas enzimas em soluções não aquosas é uma demanda crescente. Contudo, a maioria das enzimas perdem rapidamente sua atividade química quando expostas a ambientes não biológicos, incluindo solventes orgânicos como tolueno e tetra-hidrofurano. Embora várias estratégias de estabilização de enzimas tenham sido empregadas, como sequências de enzimas de engenharia reversa, decorar enzimas com surfactantes, ou modificando os solventes, a maioria deles é limitada a enzimas e solventes específicos ou tem um custo ineficaz.

Realizando simulações de computador na Quest, A instalação computacional de alta potência da Northwestern, os pesquisadores examinaram:os principais fatores que determinaram a cobertura dos copolímeros aleatórios com diferentes tipos de enzimas em um determinado solvente; como as enzimas selecionaram os copolímeros aleatórios para se protegerem de solventes desfavoráveis; e a relação entre as características da superfície da enzima e as características do polímero.

"Descobrimos que as enzimas realmente selecionam certas sequências de polímero que melhor cobrem sua superfície fora do pool de polímeros, "Trung disse." Os copolímeros aleatórios fornecem a composição e diversidade de sequência semelhantes às de enzimas desordenadas, o que explica por que eles podem cobrir com eficiência várias enzimas em tamanhos diferentes, forma, e padrões de superfície. "

O estudo, alimentado por uma doação do Departamento de Energia dos Estados Unidos e o apoio da Fundação Sherman Fairchild que possibilitou o trabalho computacional, destaca que esta família especial de copolímeros é um excelente material candidato para sintetizar organelas sem membranas - as gotículas líquidas de tamanho mícron dentro das células de organismos vivos - bem como para estabilizar e distribuir enzimas em vários meios não biológicos.

"Agora mesmo, por exemplo, pesquisadores da indústria farmacêutica estão tentando combinar as sequências perfeitamente, "Olvera de la Cruz disse." Nossa descoberta fornece diretrizes para tornar a dispersão de enzimas muito mais econômica e eficiente. "

Olvera de la Cruz e seus colegas planejam agora investigar como as organelas sem membranas podem se formar espontaneamente com esses copolímeros-enzimas, como controlar seus tamanhos, e como as propriedades estruturais das enzimas podem ser afetadas dentro das organelas.

"O próximo passo será explorar as possibilidades de concentrar diferentes enzimas juntas, que é altamente promissor no avanço de sua capacidade catalítica, na criação de novos produtos químicos, bem como no processamento de resíduos industriais, de uma forma eficiente, "Olvera de la Cruz disse.