As moléculas formam uma estrutura em favo de mel
Investigadores descodificam o plano de construção das fibras moleculares
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Moléculas minúsculas, conhecidas como péptidos, podem organizar-se em fibras semelhantes a favos de mel, cheias de água. O plano de construção dessas fibras reside numa sequência de aminoácidos muito curta, como demonstraram agora investigadores do Instituto Max Planck de Investigação de Polímeros, da Universidade de Ulm e do Hospital Universitário de Ulm. Estes planos fornecem regras para a construção de materiais ordenados a partir de cadeias moleculares muito curtas e constituem um ponto de partida para o estudo da água em espaços extremamente confinados. Os resultados foram agora publicados na revista «Nature».
As estruturas em forma de favo de mel são-nos familiares, sobretudo pelas colmeias. Os investigadores conceberam agora moléculas que se auto-organizam num padrão semelhante, numa escala demasiado pequena para ser visível a olho nu.
Estas moléculas são péptidos: cadeias curtas de aminoácidos, os blocos de construção das proteínas. Cada um destes péptidos específicos é composto por apenas nove aminoácidos. Muitas cópias idênticas organizam-se em fibras minúsculas com um interior semelhante a um favo de mel, preenchido com água.
O Instituto Max Planck de Investigação de Polímeros, a Universidade de Ulm e o Hospital Universitário de Ulm estão envolvidos neste trabalho. O estudo, cujas coautoras principais são Jasmina Gačanin e Francesca Mazzotta, foi agora publicado na revista Nature.
«As moléculas vêm com as suas próprias instruções de montagem», afirma Tanja Weil, diretora do Instituto Max Planck de Investigação de Polímeros, que liderou o estudo em conjunto com a sua colega Katharina Landfester. «O passo crucial é compreender como é que uma sequência peptídica tão curta dá origem a uma estrutura ordenada muito maior.»
O Código do Favo de Mel
Os investigadores conceberam uma sequência peptídica curta de nove aminoácidos e estudaram-na em várias variantes. Descobriram que esta sequência de aminoácidos determina a forma como os peptídeos se organizam. Dois péptidos formam um par e três encontram-se em cada junção. Isto cria anéis hexagonais que se unem lado a lado, formando um favo de mel, e empilham-se ao longo da fibra. O resultado são fibras com muitos canais paralelos e contínuos com cerca de cinco nanómetros de diâmetro.
Ao substituir sistematicamente segmentos individuais na sequência de aminoácidos, os investigadores conseguiram determinar quais os segmentos necessários para a formação de uma estrutura em favo de mel.
Para tal, utilizaram um tipo especial de microscopia eletrónica conhecido como microscopia eletrónica criogénica. Nesta técnica, a amostra é congelada instantaneamente numa fina camada de gelo e fotografada no seu estado natural e hidratado. Isto permite aos cientistas determinar exatamente como os peptídeos vizinhos se entrelaçam. «Vemos não só o padrão em forma de favo de mel resultante, mas também os contactos moleculares por trás dele», afirma Landfester.
Um mundo diferente para a água
Os canais não são tubos vazios. Estão continuamente cheios de água, e esta água comporta-se de forma diferente da água comum. Simulações computacionais sugerem que a água no interior está mais compacta e é menos móvel do que no exterior, e que as suas ligações de hidrogénio persistem por mais tempo.
As experiências corroboram este quadro. Os investigadores secaram as fibras em condições controladas e utilizaram espectroscopia de infravermelhos para acompanhar a forma como a água se dissipa. A água fracamente ligada desaparece primeiro, enquanto a água mais fortemente ligada nos canais é retida por um período consideravelmente mais longo. Em contrapartida, num péptido de controlo que forma fibras mas não canais, a água perde-se uniformemente. A própria estrutura em favo de mel permanece intacta durante a secagem.
Um único bloco de construção faz uma diferença notável. A substituição do aminoácido que reveste a parede do canal altera a força com que a água no interior está ligada: dependendo do bloco de construção, mais fortemente ou de forma semelhante à água comum. Fundamentalmente, os péptidos modificados continuam a formar o padrão em favo de mel. Isto permite adaptar o ambiente no interior dos canais sem alterar a sua geometria hexagonal.
Os resultados constituem um ponto de partida para estudar a água em espaços muito pequenos e explorar potenciais aplicações na separação de substâncias ou em reações químicas. Tais aplicações ainda não foram demonstradas. Por enquanto, o avanço reside num conjunto de regras comprovadas, segundo as quais é possível construir materiais complexos a partir de cadeias moleculares muito curtas.
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