Lo studio rivela un’importante scoperta nel regno delle nanomacchine all’interno dei sistemi viventi. Il Prof. Sason Shaik dell’Università Ebraica di Gerusalemme e il Dr. Kshatresh Dutta Dubey dell’Università di Shiv Nadar, hanno condotto simulazioni di dinamica molecolare degli enzimi dei citocromi P450 (CYP450), rivelando che questi enzimi presentano proprietà uniche di robotica leggera.
I citocromi P450 (CYP450s) 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. Questo porta a 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 impatti morbidi. Queste interazioni trasferiscono energia, provocando il movimento di parti dell’enzima e delle molecole al suo interno. Questo movimento genera infine una sostanza speciale chiamata specie di oxoiron, che serve all’enzima per 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, i posizionamenti strategici dei residui e i canali gli consentono di essere un sensore sensibile del substrato, dei propri cambiamenti dell’eme e dei cambiamenti conformazionali nel sito attivo. Questa capacità di rilevamento-risposta 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 soft-robot in ‘materie viventi’, mostrando una notevole capacità di rilevamento e risposta-azione. 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 in natura”, ha dichiarato 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 scatenanti 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 il design dell’intelligenza artificiale e la sintesi di polimeri/gel auto-evolutivi.
Il dott. Kshatresh Dutta Dubey, co-ricercatore dello studio, ha aggiunto: “Stiamo entrando in un’era entusiasmante per la chimica, in cui la robotica morbida e la progettazione intelligente di nanomacchine possono portare a progressi senza precedenti. Il futuro potrebbe assistere alla creazione di sistemi auto-evolutivi polimeri e nanomacchine perpetue in grado di sintetizzare nuove molecole a volontà.”
Gli scienziati ritengono che l’integrazione del linguaggio soft-robotic e della programmazione delle macchine potrebbe accelerare i progressi nello sviluppo di materiali 4D e sbloccare il pieno potenziale della soft-robotics.
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