p Os cientistas aspiram a construir nanoestruturas que imitem a complexidade e a função das proteínas da natureza, mas são feitos de materiais duráveis ​​e sintéticos. Esses widgets microscópicos podem ser personalizados em detectores químicos incrivelmente sensíveis ou catalisadores de longa duração, para citar alguns aplicativos possíveis. p Mas, como acontece com qualquer embarcação que requer extrema precisão, os pesquisadores devem primeiro aprender como refinar os materiais que usarão para construir essas estruturas. Uma descoberta feita por cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab), e relatado em 7 de outubro na publicação online antecipada da revista Natureza , é um grande passo nessa direção.

p Os cientistas descobriram uma regra de design que permite a existência de um material criado recentemente. O material é uma nanofolha peptoide. É uma estrutura plana com apenas duas moléculas de espessura, e é composto de peptóides, que são polímeros sintéticos intimamente relacionados aos peptídeos formadores de proteínas.

p A regra de design controla a maneira pela qual os polímeros se juntam para formar os backbones que percorrem o comprimento das nanofolhas. Surpreendentemente, essas moléculas se ligam em um padrão de contra-rotação não visto na natureza. Este padrão permite que os backbones permaneçam lineares e não torcidos, uma característica que torna as nanofolhas peptóides maiores e mais planas do que qualquer estrutura biológica.

p Os cientistas do Berkeley Lab dizem que esta regra de design nunca antes vista pode ser usada para juntar estruturas complexas de nanofolhas e outros conjuntos de peptóides, como nanotubos e sólidos cristalinos.

p O que mais, eles descobriram combinando simulações de computador com dispersão de raios-x e métodos de imagem para determinar, pela primeira vez, a estrutura de resolução atômica de nanofolhas peptóides.

p "Esta pesquisa sugere novas maneiras de projetar estruturas biomiméticas, "diz Steve Whitelam, um co-autor correspondente do artigo da Nature. "Podemos começar a pensar em usar princípios de design diferentes daqueles que a natureza oferece."

p Whitelam é um cientista da equipe do Centro de Teoria da Fundição Molecular, uma instalação de usuário do DOE Office of Science localizada no Berkeley Lab. Ele liderou a pesquisa com o co-autor Ranjan Mannige, pesquisador de pós-doutorado na Molecular Foundry; e Ron Zuckermann, que dirige a Instalação de Nanoestruturas Biológicas da Fundição Molecular. Eles usaram os recursos de computação de alto desempenho do National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), outra instalação de usuário do DOE Office of Science localizada no Berkeley Lab.

p Nanofolhas peptoides foram descobertas pelo grupo de Zuckermann há cinco anos. Eles descobriram que, nas condições certas, os peptóides se montam em conjuntos bidimensionais que podem crescer centenas de mícrons de diâmetro. Este "papel molecular" tornou-se um prospecto quente como uma plataforma que imita proteínas para design molecular.

p Para saber mais sobre este potencial material de construção, os cientistas começaram a aprender sua estrutura de resolução de átomo. Isso envolveu feedback entre experimento e teoria. Dados de microscopia e espalhamento coletados na Fundição Molecular e na Fonte de Luz Avançada, também uma instalação de usuário do DOE Office of Science localizada em Berkeley Lab, foram comparados com simulações de dinâmica molecular conduzidas no NERSC.

p A pesquisa revelou várias coisas novas sobre nanofolhas peptoides. Sua composição molecular varia ao longo de sua estrutura, eles podem ser formados apenas de peptóides de um certo comprimento mínimo, eles contêm bolsas de água, e eles são potencialmente porosos quando se trata de água e íons.

p Esses insights são intrigantes por si só, mas quando os cientistas examinaram a estrutura da espinha dorsal das nanofolhas, eles ficaram surpresos ao ver uma regra de design não encontrada no campo da biologia estrutural de proteínas.

p Aqui está a diferença:na natureza, as proteínas são compostas por folhas beta e hélices alfa. Esses blocos de construção fundamentais são compostos por backbones, e os polímeros que compõem esses backbones são todos unidos usando a mesma regra. Cada polímero adjacente gira incrementalmente na mesma direção, de modo que uma torção ocorra ao longo da espinha dorsal.

p Esta regra não se aplica a nanofolhas peptoides. Ao longo de seus backbones, unidades monoméricas adjacentes giram em direções opostas. Essas contra-rotações se cancelam, resultando em um backbone linear e não torcido. Isso permite que os backbones sejam ladrilhados em duas dimensões e estendidos em grandes folhas que são mais planas do que qualquer coisa que a natureza pode produzir.

p "Foi uma grande surpresa descobrir que a regra de design que torna possíveis as nanofolhas peptoides escapou ao campo da biologia até agora, "diz Mannige." Esta regra talvez pudesse ser usada para construir muito mais estruturas não realizadas. "

p Adiciona Zuckermann, "Também esperamos que haja outros princípios de design esperando para serem descobertos, o que poderia levar a ainda mais nanoestruturas biomiméticas. "