p No desenvolvimento de sistemas e materiais autônomos, estruturas moleculares de automontagem controladas por redes de reações químicas são cada vez mais importantes. Contudo, faltam mecanismos externos simples que garantam que os componentes dessas redes de reação possam ser ativados de forma controlada. p Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Dr. Andreas Walther e Prof. Dr. Henning Jessen do Cluster of Excellence Living, Sistemas de Materiais Adaptativos e Autônomos de Energia (livMatS) e Jie Deng do Instituto de Química Macromolecular da Universidade de Freiburg são os primeiros a mostrar como componentes individuais de estruturas baseadas em DNA de automontagem podem ser ativados e controlados usando foto reativa à luz comuta. Os pesquisadores publicaram seus resultados na revista Angewandte Chemie .

p Usando modelos biológicos como microtúbulos, os pesquisadores estão desenvolvendo estruturas de automontagem. Microtúbulos são complexos de proteínas que formam uma estrutura de andaime dinâmica nas células das plantas, animais e humanos. Sua estrutura de automontagem significa que os microtúbulos estão em constante formação e degradação ao mesmo tempo. Isso permite que o andaime se adapte facilmente a situações de mudança e reaja rapidamente aos estímulos reorganizando os blocos de construção. Esses processos são impulsionados por uma dissipação constante de energia, ou seja, uma conversão de energia, que o organismo regula por meio de mecanismos de feedback. As estruturas de materiais de ação autônoma, como as desenvolvidas pelos cientistas no cluster de excelência livMatS, devem ser adaptáveis ​​de forma semelhante no futuro. Isso pode ser alcançado com sistemas, em que ocorre uma ativação e desativação energética, causando a formação e degradação estrutural dos blocos de construção.

p Em seu trabalho, os pesquisadores de Freiburg adicionam o trifosfato de adenosina (ATP), fornecedor de energia, aos blocos de construção do DNA desse sistema. Os cientistas instalaram photoswitches moleculares em um lado do ATP. Estes reagem à luz caindo quando especificamente irradiados e liberando o ATP como uma molécula de combustível eficaz para o sistema. O controle sobre os photoswitches é influenciado pelo comprimento de onda da luz, a duração da irradiação e a intensidade da luz. A ativação específica do ATP, por sua vez, desencadeia um processo:uma enzima fecha uma ligação que forma fitas mais longas a partir dos monômeros de DNA. Outra enzima, que pode reconhecer e cortar DNA em certas posições, cliva os locais de ligação novamente. Isso resulta em uma formação e degradação simultâneas dos blocos de construção. Durante esse processo, os blocos de construção individuais do DNA se combinam para formar um polímero.

p "Nosso objetivo de longo prazo é usar o combustível biológico ATP para desenvolver materiais sintéticos que pelo menos confundam a linha entre a matéria viva e a morta, "explica Andreas Walther." Se formos capazes de usar ATP como combustível e converter energia química em trabalho, podemos projetar a próxima geração de materiais de implantes que podem mudar ativamente e interagir verdadeiramente com o corpo humano. "