Un nuevo estudio revela un descubrimiento importante en el ámbito de las nanomáquinas dentro de los sistemas vivos. El Prof. Sason Shaik de la Universidad Hebrea de Jerusalén y el Dr. Kshatresh Dutta Dubey de la Universidad Shiv Nadar, realizaron simulaciones de dinámica molecular de las enzimas citocromos P450 (CYP450), revelando que estas enzimas exhiben propiedades robóticas blandas únicas.
Los citocromos P450 (CYP450) son enzimas que se encuentran en los organismos vivos y desempeñan un papel crucial en diversos procesos biológicos, particularmente en el metabolismo de fármacos y xenobióticos. Las simulaciones de los investigadores demostraron que los CYP450 poseen una cuarta dimensión:la capacidad de sentir y responder a estímulos, lo que los convierte en nanomáquinas robóticas blandas en "materia viva".
En el ciclo catalítico de estas enzimas, una molécula llamada sustrato se une a la enzima. Esto conduce a un proceso llamado oxidación. La estructura de la enzima tiene un espacio confinado que le permite actuar como un sensor y un robot blando.
Interactúa con el sustrato mediante interacciones débiles, como impactos suaves. Estas interacciones transfieren energía, lo que hace que partes de la enzima y las moléculas dentro de ella se muevan. Este movimiento genera en última instancia una sustancia especial llamada especie de oxohierro, que permite a la enzima oxidar una variedad de sustancias diferentes.
La conclusión clave de estas simulaciones de dinámica molecular es que el ciclo catalítico de los CYP450 es complejo pero sigue una secuencia lógica. El espacio restringido, la ubicación estratégica de los residuos y los canales de la enzima le permiten ser un sensor sensible del sustrato, sus propios cambios hemo y cambios conformacionales en el sitio activo. Esta capacidad de detección-respuesta crea un robot blando con una cuarta dimensión de detección, algo nunca antes visto en la materia 3D normal.
"Hemos descubierto que los CYP450 actúan como máquinas robóticas blandas en 'materia viva', mostrando una notable capacidad de detección y respuesta-acción. Esta es una revelación emocionante, y creemos que mecanismos similares de mecano-transducción de señales de impacto suave podrían ser en funcionamiento en otras máquinas de robots blandos en la naturaleza", afirmó el profesor Sason Shaik, uno de los investigadores principales.
Los hallazgos abren nuevas vías en la investigación de la robótica blanda, a medida que los materiales 4D están ganando importancia, impulsados por factores externos. Estos materiales, como los hidrogeles producidos mediante impresión 3D, se parecen a las enzimas en su capacidad para detectar e inducir cambios. Las implicaciones de este descubrimiento se extienden más allá del ámbito de la biología y la química, revolucionando potencialmente campos como el diseño de inteligencia artificial y la síntesis de geles/polímeros autoevolucionantes.
El Dr. Kshatresh Dutta Dubey, coinvestigador del estudio, añadió:"Estamos entrando en una era apasionante para la química, donde la robótica blanda y el diseño inteligente de nanomáquinas pueden conducir a avances sin precedentes. El futuro puede ser testigo de la creación de tecnologías autoevolutivas". polímeros y nanomáquinas perpetuas capaces de sintetizar nuevas moléculas a voluntad."
Los científicos creen que la integración del lenguaje robótico suave y la programación de máquinas podría acelerar el progreso en el desarrollo de materiales 4D y liberar todo el potencial de la robótica suave.
El artículo se publica en la revista Trends in Chemistry. .
Más información: Sason Shaik et al, Nanomáquinas en materia viva:el citocromo P450 del robot blando, Tendencias en química (2023). DOI:10.1016/j.trechm.2023.07.002
Información de la revista: Tendencias en química
Proporcionado por la Universidad Hebrea de Jerusalén
