Figura 1:O co-solvente etanol (representado aqui por quatro moléculas) promove a formação de nanotubos polipeptídicos (estruturas helicoidais de ouro). Em contraste, acetonitrila produz nanofitas torcidas (não mostradas). Crédito:RIKEN Center for Emergent Matter Science
Nanoestruturas muito diferentes são formadas por meio da automontagem de um polipeptídeo, dependendo de qual dos dois co-solventes é adicionado à mistura de reação, três químicos RIKEN mostraram. Essa descoberta é de interesse fundamental - oferecendo novas percepções sobre as maneiras como a natureza orienta a automontagem de estruturas complexas, como as proteínas. Também poderia ter aplicações práticas - sugerindo novas possibilidades para controlar as estruturas e propriedades de sistemas de automontagem sintéticos.
Em biologia, co-solventes naturais de pequenas moléculas chamados osmólitos desempenham um papel fundamental em muitas reações. Especificamente, eles ajudam a direcionar a automontagem de muitas estruturas, como o dobramento de proteínas em suas formas tridimensionais funcionais. Acredita-se que osmólitos alterem as estabilidades relativas de certos estados dobrados ou desdobrados, mas os mecanismos moleculares exatos pelos quais funcionam muitas vezes não são claros.
Para esclarecer alguns mecanismos potenciais, Motoki Ueda e dois colegas do RIKEN Center for Emergent Matter Science examinaram a forma como os co-solventes influenciam a automontagem de um polipeptídeo, S 30 eu 12 , que tem partes atrativas (hidrofílicas) e repelentes de água (hidrofóbicas).
"Conjuntos moleculares de peptídeos podem ser considerados como um tipo de modelo de proteína, "Ueda diz. A automontagem de S 30 eu 12 em uma estrutura de nanotubo é conduzida apenas pela interação hidrofóbica entre os peptídeos vizinhos. "Antecipamos que este polipeptídeo permitiria uma discussão simples sobre a relação entre o efeito do co-solvente e o comportamento de automontagem, "Ueda diz.
O trio comparou a influência de dois co-solventes, etanol e acetonitrila, no comportamento de formação de nanotubos de S30L12 na água.
"O etanol fortalece a rede de ligações de hidrogênio das moléculas de água, que aumenta a interação hidrofóbica, "Diz Ueda. Adicionar etanol promoveu assim a formação da estrutura do nanotubo. Em contraste, acetonitrila retardou a formação de nanotubos, promovendo uma estrutura intermediária de 'nanofita torcida' em vez disso. "O acetonitrila enfraquece a rede de ligações de hidrogênio das moléculas de água, que captura uma estrutura intermediária metaestável, "Ueda diz.
A equipe teve que observar o sistema de automontagem durante vários meses para compreender as forças sutis em jogo. "Uma vez que essas forças são minúsculas, tivemos que detectar as menores mudanças morfológicas, observando pacientemente o crescimento ou dissociação do conjunto, "Notas de Ueda. Por exemplo, a equipe teve que esperar um mês para mostrar que adicionar 10% de etanol produzia nanotubos mais longos do que adicionar 1% de etanol.
"Nossos resultados ajudarão a correlacionar o comportamento mecanicista dos osmólitos nas proteínas, "Ueda explica. Eles também podem abrir novas possibilidades para o uso de pequenas moléculas orgânicas como co-solventes para influenciar a montagem de polipeptídeos biomiméticos." Poderíamos desenvolver uma ampla gama de moléculas de co-solvente para ajustar o tamanho, comprimento e propriedades físicas de conjuntos de polipeptídeos, "diz Ueda.
A equipe continua a examinar os co-solventes para investigar outros aspectos das funções biológicas dos osmólitos.
