As biomacromoléculas incorporadas em estruturas metal-orgânicas personalizadas usando moduladores de peptídeos são bem protegidas, mas altamente ativas graças à nanoarquitetura cuidadosamente ajustada. Como os cientistas relatam no jornal Angewandte Chemie , esta estratégia pode ser usada para sintetizar uma "célula artificial" que funciona como um sensor óptico de glicose.

Biomacromoléculas, como enzimas, reações de controle em células com eficiência muito maior, especificidade, e seletividade do que em sistemas sintéticos. Quando usado fora de uma célula, muitas dessas moléculas sensíveis requerem um invólucro sintético. Estruturas metal-orgânicas (MOFs) são altamente adequadas para isso. Essas estruturas em forma de gaiola têm íons metálicos como nós, que são conectados por ligantes orgânicos. As biomoléculas podem ser incorporadas facilmente a essas estruturas durante o processo de automontagem. Contudo, a acessibilidade limitada das biomoléculas dentro das conchas freqüentemente faz com que a atividade desses bio-híbridos seja decepcionante.

Uma equipe liderada por Gangfeng Ouyang na Sun Yat-sen University em Guangzhou, China, agora introduziu uma estratégia simples para adaptar tais biohíbridos para formar nanoarquiteturas com altas atividades. A chave para seu sucesso reside na adição de peptídeos específicos que influenciam a estrutura como "moduladores".

Os pesquisadores optaram por trabalhar com a peroxidase de rábano como seu modelo de biomolécula. Esta enzima decompõe o peróxido de hidrogênio e é usada na indústria para a oxidação de aminas aromáticas que não agride o meio ambiente. Os nós na estrutura metal-orgânica são íons de zinco, que estão ligados por ligantes de 2-metilimidazol. O modulador é o ácido γ-poli-L-glutâmico, um biopolímero natural com múltiplas cargas negativas que se liga a grupos positivos na peroxidase e se coordena competitivamente com íons de zinco. O modulador e a peroxidase são, portanto, ambos incorporados ao MOF. Variar a quantidade de modulador produz diferentes morfologias, como poliedros tridimensionais, que são como pequenas "estrelas" feitas de camadas em formato de fuso bidimensionais entrelaçadas com cerca de 150 nm de espessura, ou estruturas tridimensionais semelhantes a flores. Considerando que a atividade da enzima nas estruturas 3-D microporosas é baixa, as enzimas nos MOFs 2-D são quase tão ativas quanto no estado livre. Este é um resultado dos poros grandes e canais relativamente curtos nas estruturas 2-D, que permitem que o substrato acesse rapidamente a enzima. Ao mesmo tempo, a enzima está bem protegida de enzimas que degradam proteínas, altas concentrações de ureia, temperaturas elevadas, e uma série de solventes orgânicos, o que é vantajoso para aplicações industriais.

Os pesquisadores também conseguiram construir uma "célula artificial" que imita as cascatas celulares envolvidas na transdução de sinal e atua como um sensor de glicose. Por esta, eles incorporaram vários componentes em um MOF 2-D:glicose oxidase (GOx) e nanoclusters de ouro fluorescentes ligados a proteínas que quebram o peróxido de hidrogênio cataliticamente. A adição de glicose inicia a cascata. A glicose é oxidada pelo GOx, que forma peróxido de hidrogênio. Isso é então convertido com um substrato pelos nanoclusters de ouro, então o substrato fica azul. Em paralelo, os nanoclusters de ouro são oxidados, que extingue a fluorescência. Ambos os sinais ópticos são proporcionais à concentração de glicose e são sensíveis em duas faixas de concentração complementares.