Em uma descoberta com amplas implicações, pesquisadores da Universidade de Massachusetts Amherst anunciaram recentemente nos Proceedings of the National Academy of Sciences que macromoléculas uniformemente carregadas – ou moléculas, como proteínas ou DNA, que contêm um grande número de átomos, todos com a mesma carga elétrica – podem se auto-montar em estruturas muito grandes. Essa descoberta derruba nossa compreensão de como algumas das estruturas básicas da vida são construídas.
Tradicionalmente, os cientistas entendem as cadeias poliméricas carregadas como sendo compostas de unidades menores e uniformemente carregadas. Essas cadeias, chamadas polieletrólitos, exibem comportamentos previsíveis de auto-organização na água:elas se repelem porque objetos com cargas semelhantes não gostam de estar próximos uns dos outros. Se você adicionar sal à água contendo polieletrólitos, as moléculas se enrolam, porque a repulsão elétrica das cadeias é filtrada pelo sal.

No entanto, "o jogo é muito diferente quando você tem dipolos", diz Murugappan Muthukumar, o professor Wilmer D. Barrett em Ciência e Engenharia de Polímeros na UMass Amherst, autor sênior do estudo.

Enquanto muitas moléculas têm uma carga positiva ou negativa, os dipolos têm ambas. Isso significa que os polímeros compostos de dipolos se comportam de maneira muito diferente dos polieletrólitos mais conhecidos, que têm uma carga elétrica positiva ou negativa:eles se expandem em uma solução salgada e podem formar ligações cruzadas com outras cadeias poliméricas dipolares, o que leva à formação de estruturas poliméricas complexas.

Di Jia, que completou esta pesquisa como parte de seu treinamento de pós-doutorado na UMass Amherst e é a principal autora do estudo, diz que “os dipolos podem fazer com que os polieletrólitos se comportem mais como polizwitterions, que exibem um 'efeito anti-polieletrólito'. Este efeito também é uma característica dos polizwitterions químicos tradicionais, cujos dipolos são formados por ligações químicas. Portanto, para os polizwitterions físicos em soluções diluídas, o tamanho do polímero aumenta com o aumento da força iônica, exibindo uma transição glóbulo-bobina devido às interações dipolo intra-cadeia."

Os polímeros dipolares são capazes de formar estruturas complexas e autorreguladoras que podem ser empregadas em tudo, desde sistemas de liberação de drogas até polímeros de próxima geração. "Nós teorizamos que essas forças dipolares em macromoléculas carregadas desempenham um papel significativo em quase todos os processos de montagem biológica, como o nascimento espontâneo de organelas sem membrana", diz Muthukumar.

Além disso, esses polímeros compostos por dipolo exibem um estado "intermediário", chamado de "mesomorfismo". No estado mesomórfico, os polímeros não estão amplamente dispersos nem firmemente enrolados, mas reunidos em estruturas grandes, estáveis ​​e uniformes que têm a capacidade de "auto-envenenar" ou dissolver.

“O significado da descoberta de que os dipolos conduzem a montagem de polímeros é imenso”, diz Muthukumar, “porque lança uma nova luz sobre um dos mistérios fundamentais dos processos da vida”, ou como os materiais biológicos sabem como se auto-montar em formas coerentes, estruturas estáveis. “A teoria muda o paradigma de como pensamos sobre esses sistemas e destaca o papel não reconhecido que os dipolos desempenham na automontagem de materiais biológicos”. + Explorar mais

Montagem de materiais usando polímeros carregados