Um pesquisador de pós-doutorado do Advanced Science Research Center do CUNY Graduate Center (CUNY ASRC) deu um passo importante para entender como as misturas complexas de blocos de construção biomoleculares formam padrões auto-organizados.
A descoberta – detalhada em um novo artigo publicado na revista Chem e de autoria de Ankit Jain, membro do laboratório do diretor da Iniciativa de Nanociência do ASRC da CUNY, Rein Ulijn, fornece novos conhecimentos sobre funções biológicas adaptativas, que podem ser críticas na concepção de novos materiais e tecnologias com habilidades e atributos semelhantes.

"Todas as formas de vida começam com os mesmos conjuntos conservados de blocos de construção, que incluem os 20 aminoácidos que compõem as proteínas", disse Jain. "Descobrir como as misturas dessas moléculas se comunicam, interagem e formam padrões auto-organizados melhoraria nossa compreensão de como a biologia cria funcionalidade. Essa compreensão também poderia dar origem a maneiras completamente novas de criar materiais e tecnologias que incorporam processos de vida, como adaptação, crescendo, curando e desenvolvendo novas propriedades quando necessário."

Jain adotou uma nova abordagem sintética para começar a descobrir como as misturas complexas de biomoléculas interagem e se adaptam coletivamente às mudanças em seu ambiente. Em vez de tentar desembaraçar a organização molecular em sistemas existentes, como os encontrados em células biológicas, ele abordou o problema em um tubo de ensaio criando misturas com componentes projetados para reagir e interagir. Jain então rastreou e observou o surgimento de padrões cada vez mais complexos que as biomoléculas formavam espontaneamente em resposta a mudanças em seu ambiente.

"Misturas complexas de moléculas que interagem são fundamentais para os processos da vida, mas não são comumente estudadas em laboratórios de química, porque são confusas, muito complicadas e difíceis de estudar e entender", disse Ulijn. "Projetar misturas sistematicamente e rastrear seu comportamento nos permite fazer observações fundamentais sobre como as misturas de moléculas se tornam coletivos funcionais. Pudemos detalhar como esses sistemas químicos absorvem mudanças nas condições externas para formar padrões específicos de acúmulo e decomposição. descobriu que sistemas com tantas variáveis ​​mostram um comportamento estocástico, portanto, embora a formação geral de padrões pareça semelhante ao executar vários experimentos, os detalhes precisos em dois experimentos independentes são diferentes."

O experimento de Jain começou com a mistura de vários dipeptídeos selecionados, que são compostos minimalistas semelhantes a proteínas compostos por dois aminoácidos. Esses conjuntos de dipeptídeos (projetados com base em sua capacidade de agregar e interagir) também continham um catalisador que permitia que os dipeptídeos se recombinassem dinamicamente e formassem peptídeos com padrões de interação mais complexos. O sistema mais complexo estudado neste artigo começou com 15 dipeptídeos diferentes, que se combinam reversivelmente para formar 225 tetrapeptídeos únicos. Foi então possível para Jain rastrear a formação e a quebra de peptídeos de diferentes sequências nas misturas. Ele observou que seus padrões de interação eram fortemente ditados pelas condições ambientais.

Iluminar a auto-organização molecular por meio de padrões hierárquicos de interações covalentes e não covalentes é a chave para entender como surgem as funções biológicas relevantes para a vida. A nova abordagem de baixo para cima permite que os pesquisadores entendam, pela primeira vez, as características do conjunto e, ao mesmo tempo, forneçam resolução molecular da informação. O trabalho demonstra que misturas de moléculas simples demonstram seleção espontânea de sequências, o que pode fornecer insights sobre as origens químicas da função biológica. No geral, o projeto de sistemas adaptativos baseados em misturas de múltiplos componentes provavelmente levará à descoberta de como os padrões ditam a formação de materiais funcionais reconfiguráveis ​​que prometem futuras tecnologias bioinspiradas. + Explorar mais

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