p A síntese e auto-organização de macromoléculas biológicas é essencial para a vida na Terra. Químicos da Ludwig Maximilian University of Munich relatam agora o surgimento espontâneo de macromoléculas complexas em forma de anel com baixos graus de simetria em laboratório. p Monômeros, moléculas que são compostas de várias subunidades repetidas que podem variar ou não em sua estrutura química, são classificados como macromoléculas ou polímeros. Existem exemplos na natureza, incluindo proteínas e ácidos nucleicos, que estão no cerne de todos os sistemas biológicos. As proteínas não constituem apenas a base dos elementos estruturais das células, eles também servem como enzimas - que catalisam essencialmente toda a miríade de transformações químicas que ocorrem nos sistemas vivos.

p Em contraste, ácidos nucléicos como DNA e RNA servem como macromoléculas informativas. O DNA armazena as informações genéticas da célula, que é copiado seletivamente em moléculas de RNA que fornecem os projetos para a síntese de proteínas. Além disso, longas cadeias compostas por unidades de açúcar fornecem reservas de energia na forma de glicogênio, que é armazenado no fígado e nos músculos. Todas essas diversas classes de moléculas poliméricas têm uma característica em comum:elas se dobram espontaneamente em conformações espaciais características, por exemplo, a famosa dupla hélice de DNA, que na maioria dos casos são essenciais para suas funções bioquímicas.

p Professor Ivan Huc (Departamento de Farmácia, LMU) estuda aspectos dos processos de auto-organização que permitem que macromoléculas adotem formas dobradas definidas. As estruturas moleculares encontradas na natureza fornecem-lhe modelos, cujas propriedades ele tenta reproduzir em laboratório com moléculas não naturais que não são nem proteínas, ácidos nucleicos ou semelhantes a açúcar. Mais especificamente, ele usa as ferramentas da química sintética para elucidar os princípios básicos da auto-organização - construindo moléculas que são expressamente projetadas para se dobrarem em formas predeterminadas. Começando com monômeros que seu grupo desenvolveu, ele se propõe a produzir o que ele chama de 'dobradores, "reunindo os monômeros um por um para gerar uma macromolécula dobrada.

p Estruturas com baixos graus de simetria

p "A maneira normal de obter a estrutura complexa das proteínas é usar diferentes tipos de monômeros, chamados aminoácidos, "como relata Huc." E o método normal para conectar diferentes aminoácidos na ordem correta é ligá-los um por um. "A sequência de aminoácidos contém as informações de dobramento que permitem que diferentes sequências de proteínas se dobrem de maneiras diferentes.

p "Mas descobrimos algo inesperado e espetacular, "diz Huc. Ele e seus colegas em Munique, Groningen, Bordéus e Berlim usaram produtos orgânicos, monômeros contendo enxofre para obter espontaneamente macromoléculas cíclicas com uma forma complexa, conforme ilustrado por seu baixo grau de simetria, sem exigir uma sequência específica. As macromoléculas se auto-sintetizam - nenhuma outra condição é necessária. "Colocamos apenas um tipo de monômero em um frasco e esperamos, "Huc diz." Isso é típico de uma reação de polimerização, mas polímeros de um único monômero geralmente não adotam formas complexas e não param de crescer em um comprimento de cadeia preciso. "

p Para controlar ainda mais a reação, os cientistas também usaram uma pequena molécula hóspede ou um íon metálico. O regulador se liga à macromolécula em crescimento e faz com que os monômeros se organizem em torno dela. Ao escolher um regulador com as características adequadas, os autores do novo estudo foram capazes de produzir estruturas com um número predeterminado de subunidades. As macromoléculas cíclicas exibiram baixos níveis de simetria. Alguns consistiam em 13, 17 ou 23 subunidades. Desde 13, 17 e 23 são números primos, as formas dobradas correspondentes exibem baixos graus de simetria.

p Um modelo para processos biológicos e industriais

p O interesse na elucidação de tais mecanismos não se restringe ao campo da pesquisa básica. Huc e seus colegas esperam que sua abordagem leve à fabricação de plásticos de design. Os polímeros convencionais geralmente consistem em misturas de moléculas que variam em comprimento (ou seja, o número de monômeros que contêm). Essa heterogeneidade tem impacto sobre suas propriedades físicas. Portanto, espera-se que a capacidade de sintetizar cadeias poliméricas de comprimento e / ou geometria exatos leve a materiais com comportamentos novos e interessantes.

p Além disso, dobrâmeros como aqueles que agora foram sintetizados apresentam semelhanças estruturais próximas com os biopolímeros. Eles, portanto, oferecem um sistema modelo ideal para estudar as propriedades das proteínas. Cada proteína é composta por uma sequência linear definida (ou seja, não ramificada) de aminoácidos, que constitui sua "estrutura primária". Mas a maioria das cadeias de aminoácidos se dobram em subestruturas locais, como extensões helicoidais, ou fios paralelos que podem formar folhas. Essas unidades representam a estrutura secundária da proteína. O termo 'estrutura terciária' é aplicado à cadeia simples totalmente dobrada. Este, por sua vez, pode interagir com outras cadeias para formar uma unidade funcional ou estrutura quaternária.

p O objetivo final da Huc é imitar mecanismos biológicos complexos usando estruturas definidas, precursores sintéticos. Ele quer entender como, por exemplo, enzimas dobram-se no correto, conformação biologicamente ativa após sua síntese em células. Moléculas cujas propriedades podem ser precisamente controladas em laboratório fornecem modelos ideais para encontrar as respostas e talvez ir além das próprias enzimas.

p O estudo é publicado em Química da Natureza .