Os físicos da Universidade de Münster são os primeiros a revelar com sucesso a interação dinâmica de uma classe de máquinas moleculares artificiais – os chamados ônibus moleculares – usando simulações moleculares dinâmicas. O estudo já foi publicado na revista Science Advances .
As máquinas moleculares controlam um número considerável de processos fundamentais na natureza. Incorporados em um ambiente celular, esses processos desempenham um papel central no transporte intracelular e intercelular de moléculas, bem como na contração muscular em humanos e animais. Para que todo o organismo funcione, é essencial uma orientação e um arranjo bem definidos das máquinas moleculares. Por exemplo, a incorporação específica de proteínas motoras – que formam uma classe de máquinas biomoleculares – permite uma interação dinâmica entre as inúmeras proteínas. Como resultado, o movimento no nível molecular é amplificado e transferido através de várias magnitudes até o nível macroscópico.

Inspirado por esses sistemas biológicos, o desenvolvimento de materiais do tipo celular baseados em máquinas moleculares artificiais é um campo de pesquisa atual. Para usar a cooperatividade molecular dessas máquinas em materiais correspondentes especificamente para aplicações em ciência de materiais ou medicina, uma compreensão detalhada tanto da incorporação molecular em uma matriz quanto das interações intermoleculares é decisiva. Elena Kolodzeiski e o Dr. Saeed Amirjalayer do Instituto de Física da Universidade de Münster são os primeiros a revelar com sucesso a interação dinâmica de uma classe de máquinas moleculares artificiais – os chamados ônibus moleculares – usando simulações moleculares dinâmicas.

As lançadeiras moleculares são construídas a partir de moléculas em forma de haltere e em forma de anel que estão ligadas umas às outras por meio de ligações mecânicas. "Essa ligação mecânica no nível molecular faz com que o anel possa se mover direcionado de um lado para o outro ao longo do eixo. Esse movimento pendular específico já foi usado para desenvolver máquinas moleculares", explica Amirjalayer, que liderou o estudo e recentemente mudou-se para o Instituto de Teoria do Estado Sólido da Universidade de Münster.

Com base nisso, pesquisadores em todo o mundo estão trabalhando em um uso direcionado dessas máquinas moleculares em materiais funcionais. Estruturas metal-orgânicas, que são montadas em uma abordagem modular por unidades orgânicas e inorgânicas de construção, mostram-se como uma matriz promissora para incorporar essas moléculas mecanicamente interligadas em estruturas do tipo celular. Embora uma série desses sistemas tenha sido sintetizada nos últimos anos, falta um entendimento fundamental dos processos dinâmicos nesses materiais.

"Nosso estudo fornece uma visão detalhada de como as máquinas embarcadas funcionam e interagem", diz a principal autora Elena Kolodzeiski. "Ao mesmo tempo, conseguimos derivar parâmetros que possibilitam variar o tipo de movimento dos ônibus moleculares dentro das estruturas metal-orgânicas".

Um controle direcionado da dinâmica oferece possibilidades promissoras para influenciar as propriedades de transporte de moléculas em membranas ou para coordenar processos catalíticos. Os pesquisadores esperam que suas simulações de dinâmica molecular formem a base para novos tipos de materiais para aplicações catalíticas e médicas. O quão eficiente esses materiais podem ser é mostrado pelas várias funcionalidades das máquinas moleculares nas células biológicas. + Explorar mais

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