Graças a uma equipe de pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign e da Universidade de Massachusetts Amherst, os cientistas são capazes de ler padrões em longas cadeias de moléculas para entender e prever o comportamento de fitas desordenadas de proteínas e polímeros. Os resultados podem, entre outras coisas, pavimentar o caminho para desenvolver novos materiais a partir de polímeros sintéticos.

O laboratório de Charles Sing, professor assistente de engenharia química e biomolecular em Illinois, forneceu a teoria por trás da descoberta, que foi então verificado por meio de experimentos conduzidos no laboratório de Sarah Perry, professor assistente de engenharia química na UMass Amherst, e ex-aluna de Illinois. Os colaboradores detalharam suas descobertas em um artigo intitulado "Projetando Interações Eletrostáticas via Sequência de Monômero Polieletrólito" publicado em ACS (American Chemical Society) Central Science .

Os colegas começaram a entender a física por trás da sequência precisa de monômeros carregados ao longo da cadeia e como isso afeta a capacidade do polímero de criar materiais líquidos de automontagem chamados coacervatos complexos.

"O que acho empolgante neste trabalho é que estamos nos inspirando em um sistema biológico, "Sing disse." A imagem típica de uma proteína mostra que ela se dobra em uma estrutura muito precisa. Este sistema, Contudo, baseia-se em proteínas intrinsecamente desordenadas. "

Este artigo se baseia em descobertas anteriores de Perry e Sing de 2017, que visa, em última instância, ajudar no desenvolvimento do design de material inteligente.

"Nosso artigo anterior mostrou que essas sequências são importantes, este mostra por que eles são importantes, "Sing explicou." O primeiro mostrou que sequências diferentes dão propriedades diferentes em coacervação complexa. O que podemos fazer agora é usar uma teoria para realmente prever por que eles se comportam dessa maneira. "

Ao contrário das proteínas estruturadas, que interagem com parceiros de ligação muito específicos, a maioria dos polímeros sintéticos não.

"Eles são mais confusos, pois reagem com uma ampla gama de moléculas em seus arredores, "Sing explicou.

Eles descobriram que, apesar desse fato, a seqüência precisa dos monômeros ao longo de uma proteína (os aminoácidos) realmente faz a diferença.

"É óbvio para os biofísicos que a sequência faz uma grande diferença se eles estão formando uma estrutura muito precisa, "Sing disse." Acontece que, também faz uma grande diferença se eles estão formando estruturas imprecisas. "

Mesmo proteínas não estruturadas têm uma precisão associada a elas. Monômeros, os blocos de construção de moléculas complexas, são os elos da cadeia. O que o grupo de Sing teorizou é que conhecendo a sequência de polímeros e monômeros e a carga (positiva, negativo ou neutro) associado a eles, pode-se prever as propriedades físicas das moléculas complexas.

"Embora os pesquisadores saibam que, se colocarem cargas diferentes em lugares diferentes em uma dessas proteínas intrinsecamente desordenadas, as propriedades termodinâmicas reais mudam, "Sing disse.

"O que podemos mostrar é que você pode realmente alterar a intensidade disso alterando-o na sequência de forma muito específica. Há casos aqui em que alterando a sequência por apenas um único monômero (um único elo dessa cadeia), pode mudar drasticamente a forma como essas coisas podem se formar. Também provamos que podemos prever o resultado. "

Sing acrescenta que esta informação é valiosa para biofísicos, bioengenheiros e cientistas de materiais igualmente. Essa descoberta ajudará os engenheiros a entender uma ampla classe de proteínas e a ajustá-las para modificar seu comportamento. Isso lhes dá uma nova maneira de colocar informações em moléculas para construir novos materiais e fazer uma estimativa melhor de como essas propriedades se comportam.

Cientistas de materiais podem, por exemplo, use essas informações para ter um nível de controle sobre um material que faça com que ele se reúna em estruturas muito complicadas ou faça membranas que filtram com precisão os contaminantes da água. A esperança deles é que os cientistas, inspirado por biopolímeros, pode usar essa capacidade de prever os comportamentos físicos simplesmente lendo a sequência para, em última análise, projetar novos materiais inteligentes dessa maneira.

"Isso, de certa forma, aproxima a biologia e os polímeros sintéticos, "Sing disse." Por exemplo, no fim do dia, não há uma grande diferença na química entre as proteínas e o náilon. A biologia está usando essa informação para instruir como a vida acontece. Se você puder colocar a identificação desses vários links especificamente, são informações valiosas para vários outros aplicativos. "