Um novo estudo revela uma descoberta importante no domínio das nanomáquinas em sistemas vivos. O professor Sason Shaik da Universidade Hebraica de Jerusalém e o Dr. Kshatresh Dutta Dubey da Universidade Shiv Nadar conduziram simulações de dinâmica molecular de enzimas citocromos P450 (CYP450s), revelando que essas enzimas exibem propriedades robóticas suaves únicas.



Os citocromos P450 (CYP450s) são enzimas encontradas em organismos vivos e desempenham um papel crucial em vários processos biológicos, particularmente no metabolismo de medicamentos e xenobióticos. As simulações dos pesquisadores demonstraram que os CYP450 possuem uma quarta dimensão – a capacidade de sentir e responder a estímulos, tornando-os nanomáquinas de robôs leves em “matérias vivas”.

No ciclo catalítico dessas enzimas, uma molécula chamada substrato se liga à enzima. Isso leva a um processo chamado oxidação. A estrutura da enzima possui um espaço confinado que lhe permite atuar como sensor e robô macio.

Ele interage com o substrato usando interações fracas, como impactos suaves. Essas interações transferem energia, fazendo com que partes da enzima e as moléculas dentro dela se movam. Em última análise, esse movimento gera uma substância especial chamada espécie oxoiron, que permite à enzima oxidar uma variedade de substâncias diferentes.

A principal conclusão dessas simulações de dinâmica molecular é que o ciclo catalítico do CYP450 é complexo, mas segue uma sequência lógica. O espaço restrito da enzima, as colocações estratégicas de resíduos e os canais permitem que ela seja um sensor sensível do substrato, de suas próprias alterações heme e de mudanças conformacionais no sítio ativo. Esta capacidade de detecção e resposta cria um robô suave com uma quarta dimensão de detecção, algo nunca antes visto na matéria 3D normal.

"Descobrimos que os CYP450 agem como máquinas de robôs leves em 'matérias vivas', exibindo uma notável capacidade de detecção e resposta-ação. Esta é uma revelação emocionante, e acreditamos que mecanismos semelhantes de mecanotransdução de sinais de impacto suave podem ser trabalhando em outras máquinas de robôs leves na natureza", afirmou o Prof. Sason Shaik, um dos principais pesquisadores.

As descobertas abrem novos caminhos na pesquisa em robótica leve, à medida que os materiais 4D estão ganhando importância, impulsionados por gatilhos externos. Esses materiais, como os hidrogéis produzidos por impressão 3D, assemelham-se às enzimas na sua capacidade de detectar e induzir mudanças. As implicações desta descoberta vão além do domínio da biologia e da química, revolucionando potencialmente campos como o design de inteligência artificial e a síntese de polímeros/géis autoevolutivos.

Kshatresh Dutta Dubey, co-pesquisador do estudo, acrescentou:"Estamos entrando em uma era emocionante para a química, onde a robótica suave e o design inteligente de nanomáquinas podem levar a avanços sem precedentes. O futuro pode testemunhar a criação de sistemas autoevolutivos polímeros e nanomáquinas perpétuas capazes de sintetizar novas moléculas à vontade."

Os cientistas acreditam que a integração da linguagem da robótica suave e da programação da máquina poderia acelerar o progresso no desenvolvimento de materiais 4D e desbloquear todo o potencial da robótica suave.

O artigo foi publicado na revista Trends in Chemistry .



Mais informações: Sason Shaik et al, Nanomáquinas em matéria viva:o citocromo P450 de robô macio, Tendências em Química (2023). DOI:10.1016/j.trechm.2023.07.002
Informações do diário: Tendências em Química

Fornecido pela Universidade Hebraica de Jerusalém