محققان به ساخت آنزیم‌های مصنوعی یک قدم نزدیک‌تر شدند

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو، آنزیم‌ها نیروگاه‌های طبیعی هستند. آن‌ها در سلول‌های همه حیوانات، گیاهان و هر موجود زنده دیگری یافت می‌شوند. آن‌ها واکنش‌های شیمیایی کارکرد‌های بیولوژیکی از تشکیل سلول‌های عصبی تا هضم غدا را تسریع می‌کنند.

آن‌ها وظایف خود را چنان انتخاب و سریع انجام می‌دهند که رشته شیمی زیست تقلیدی در طی چند دهه گذشته با هدف طراحی آنزیم‌های مصنوعی که می‌توانند قدرت آنزیم‌های طبیعی را در تنظیمات صنعتی تقلید کنند، پدید آمده است. آنزیم‌های مصنوعی می‌توانند برای مثال، ذرت را به اتانول تبدیل کنند یا به تولید دارو‌های جدید، سریعتر، ارزان‌تر و موثر‌تر کمک کنند.

رجیف پراباکار، یک شیمیدان محاسباتی در دانشگاه میامی و همکارانش در دانشگاه میشیگان یک قدم به این هدف نزدیک‌تر شدند. آن‌ها یک مولکول مصنوعی، جدید و سه رشته‌ای ایجاد کردند که عملکرد آن‌ها شبیه به یک متالوآنزیم طبیعی یا یک آنزیم حاوی یون‌های فلزی است.

پراباکار، استاد شیمی، که واکنش آنزیم‌ها را به امید طراحی آنالوگ‌های مصنوعی آنها، مطالعه می‌کند، گفت: «مشخص نیست که آن‌ها می‌توانند ساخته شوند، اما ما آن‌ها را ساختیم و سپس از آن‌ها با موفقیت برای کاتالیز واکنش‌ها استفاده کردیم. این یک مرحله افزایشی، اما مهم در ایجاد آنزیم‌های مصنوعی است که مدت هاست هدف مقدس شیمی است. متاسفانه، به همان اندازه که آنزیم‌های طبیعی در بدن ما و دیگر اشکال زندگی کار می‌کنند، دیگر محیط‌ها را به خوبی تحمل نمی‌کنند. آن‌ها همچنین بسیار گران هستند و تهیه و تصفیه آن‌ها آسان نیست.»

محققان میشیگان قبلا متالوآنزیم مصنوعی ساده‌تری ایجاد کرده بودند که تعدادی از واکنش‌های شیمیایی را با موفقیت کاتالیز کرد. اما آن ماکرومولکول‌های مصنوعی که با رشته‌های یکسان، متقارن طراحی شده اند، به گفته پاراباکار، توانایی کاتالیزی محدودتری دارند.

در مولکول جدیدی که روی ابر رایانه دانشگاه میامی طراحی شده است، رشته سوم در ساختار با دو رشته دیگر متفاوت است. محاسبات مکانیکی کوانتومی نشان می‌دهد که ساختار پیچیده، غیرمتقارن و سه رشته‌ای که با نام سیم پیچ "هتروتریمریک" شناخته می‌شود، عملکرد کاتالیزی متالوآنزیم مصنوعی هوموتریمری را گسترش داده است. (یافته‌ای که پاراباکار و همکارانش با آزمایشان خود در آزمایشگاه میشیگان آن را تایید کرده‌اند.)

پراباکار گفت: «تکنیک ما متفاوت، اما کامل کننده است. ما مولکول‌ها را در رایانه مدلسازی می‌کنیم پس می‌توانیم ویژگی‌های ساختاری آن‌ها و مکانیسم‌های شکل‌گیری آن‌ها را پیش‌بینی کنیم. گروه دیگری می‌توانند از این مدلسازی استفاده کنند تا چیز واقعی بسازند و این مورد اولین نمونه مولکول هتروتریمریک طبیعی است.»

بعضی از افراد غیرمتخصص احتمالا فکر می‌کنند که این مطالعه غیرقابل درک است. اما این یک تحقیق با همکاری دانشگاه‌های میامی و میشیگان است که دری را به روی یک راه حل جدید برای رسیدن به ساخت آنزیم‌های مصنوعی که به خوبی آنزیم‌های طبیعی هستند، باز می‌کند.