Un nuovo studio rivela un’importante scoperta nel campo delle nanomacchine all’interno dei sistemi viventi. Il professor Sason Shaik dell'Università Ebraica di Gerusalemme e il dottor Kshatresh Dutta Dubey dell'Università di Shiv Nadar hanno condotto simulazioni di dinamica molecolare degli enzimi del citocromo P450 (CYP450s), rivelando che questi enzimi presentano proprietà soft-robotiche uniche.
I citocromi P450 (CYP450) sono enzimi presenti negli organismi viventi e svolgono un ruolo cruciale in vari processi biologici, in particolare nel metabolismo di farmaci e xenobiotici. Le simulazioni dei ricercatori hanno dimostrato che i CYP450 possiedono una quarta dimensione:la capacità di percepire e rispondere agli stimoli, rendendoli nanomacchine soft-robot in "materia vivente".
Nel ciclo catalitico di questi enzimi, una molecola chiamata substrato si lega all'enzima. Ciò porta ad un processo chiamato ossidazione. La struttura dell'enzima ha uno spazio ristretto che gli permette di agire come un sensore e un robot morbido.
Interagisce con il substrato utilizzando interazioni deboli, come gli impatti morbidi. Queste interazioni trasferiscono energia, provocando il movimento di parti dell'enzima e delle molecole al suo interno. Questo movimento alla fine genera una sostanza speciale chiamata specie oxoiron, che consente all'enzima di ossidare una varietà di sostanze diverse.
Il punto chiave di queste simulazioni di dinamica molecolare è che il ciclo catalitico dei CYP450 è complesso ma segue una sequenza logica. Lo spazio ristretto dell'enzima, il posizionamento strategico dei residui e i canali gli consentono di essere un sensore sensibile del substrato, dei cambiamenti dell'eme e dei cambiamenti conformazionali nel sito attivo. Questa capacità di risposta e rilevamento crea un robot morbido con una quarta dimensione di rilevamento, qualcosa di mai visto prima nella normale materia 3D.
"Abbiamo scoperto che i CYP450 agiscono come macchine robot morbide nelle 'materia vivente', mostrando una notevole capacità di rilevamento e di azione di risposta. Questa è una rivelazione entusiasmante e crediamo che simili meccanismi di meccano-trasduzione di segnali di impatto morbido potrebbero essere al lavoro in altre macchine robotiche morbide in natura", ha affermato il prof. Sason Shaik, uno dei ricercatori principali.
I risultati aprono nuove strade nella ricerca sulla robotica leggera, poiché i materiali 4D stanno acquisendo importanza, guidati da fattori esterni. Questi materiali, come gli idrogel prodotti attraverso la stampa 3D, assomigliano agli enzimi nella loro capacità di percepire e indurre cambiamenti. Le implicazioni di questa scoperta si estendono oltre il regno della biologia e della chimica, rivoluzionando potenzialmente campi come la progettazione dell'intelligenza artificiale e la sintesi di polimeri/gel autoevolutivi.
Il dottor Kshatresh Dutta Dubey, co-ricercatore dello studio, ha aggiunto:"Stiamo entrando in un'era entusiasmante per la chimica, dove la robotica morbida e la progettazione intelligente delle nanomacchine possono portare a progressi senza precedenti. Il futuro potrebbe testimoniare la creazione di sistemi in autoevoluzione". polimeri e nanomacchine perpetue capaci di sintetizzare nuove molecole a piacimento."
Gli scienziati ritengono che l'integrazione del linguaggio della robotica soft e della programmazione della macchina potrebbe accelerare i progressi nello sviluppo di materiali 4D e sbloccare l'intero potenziale della robotica soft.
L'articolo è pubblicato sulla rivista Trends in Chemistry .
Ulteriori informazioni: Sason Shaik et al, Nanomacchine nella materia vivente:il citocromo P450 del soft-robot, Tendenze nella chimica (2023). DOI:10.1016/j.trechm.2023.07.002
Informazioni sul giornale: Tendenze nella chimica
Fornito dall'Università Ebraica di Gerusalemme
