A preferência de quiralidade na matéria viva pode surgir espontaneamente para otimizar a coleta de energia.
Quando alguém segura a mão direita na frente de um espelho, a imagem refletida da mão esquerda pode ser vista e vice-versa. Louis Pasteur observou em 1848 que as moléculas orgânicas são semelhantes às mãos humanas, pois ocorrem em pares de imagens espelhadas de versões para destros e canhotos. Agora sabemos que essa lateralidade, ou quiralidade (da palavra grega para “mão”), é uma marca registrada das moléculas orgânicas.
As moléculas orgânicas são ricas em átomos de carbono, que formam ligações para criar uma “nano-mão” direita ou esquerda. No entanto, surpreendentemente, a vida quase sempre escolhe usar exclusivamente um dos dois gêmeos de imagem espelhada – um fenômeno conhecido como homoquiralidade. A vida terrestre, por exemplo, é baseada em aminoácidos canhotos e açúcares canhotos.
Embora muitas explicações tenham sido sugeridas, como e por que a homoquiralidade surgiu permanece um enigma. A quebra de simetria quiral, que é um fenômeno em que uma mistura de proporção 50-50 de moléculas destras e esquerdas parte para favorecer uma sobre a outra, é de grande interesse de pesquisa em bioquímica. Compreender a origem da homoquiralidade é muito importante para investigar a origem da vida, bem como para aplicações mais práticas, como a síntese de moléculas de drogas quirais.
Um modelo propõe uma nova explicação para o surgimento da homoquiralidade na vida – um quebra-cabeça de longa data sobre a origem da vida na Terra.
Acredita-se amplamente que a vida se originou em habitats ricos em fontes de energia – como fontes hidrotermais nas profundezas dos oceanos primordiais. Considerando possíveis cenários primordiais da Terra, o Prof. Tsvi Tlusty e o Dr. William Piñeros, do Centro de Matéria Mole e Viva do Instituto de Ciências Básicas da Coréia do Sul, imaginaram uma rede complexa de reações químicas que trocam energia com o meio ambiente. Quando a equipe usou um modelo matemático e simulação de sistema para emular uma solução bem misturada de diferentes elementos químicos em um recipiente, eles surpreendentemente descobriram que tais sistemas naturalmente tendem a quebrar a simetria do espelho molecular.
A homoquiralidade surge espontaneamente em redes químicas prebióticas que se adaptam para otimizar a captação de energia do ambiente.
Anteriormente, acreditava-se que a quebra de simetria quiral requer múltiplos loops de auto-catálise, que produz cada vez mais um enantiômero de uma molécula enquanto inibe a formação do outro. No entanto, os resultados da equipe IBS mostraram que o mecanismo subjacente de quebra de simetria é muito geral, pois pode ocorrer em grandes sistemas de reação com muitas moléculas aleatórias e não requer arquiteturas de rede sofisticadas. Verificou-se que essa transição acentuada para a homoquiralidade decorre da autoconfiguração da rede de reação para obter uma captação mais eficiente de energia do ambiente.
O modelo desenvolvido por Piñeros e Tlusty mostrou que sistemas altamente dissipadores e grandes diferenças de energia são mais propensos a induzir quebra de simetria quiral. Além disso, os cálculos revelaram que tais transições são quase inevitáveis, então é razoável acreditar que elas podem ocorrer genericamente em sistemas de reações químicas aleatórias. Assim, o modelo baseado em otimização de coleta de energia demonstrado pelo grupo explica como a homoquiralidade pode ter surgido espontaneamente do ambiente hostil e rico em energia do planeta Terra primitivo.
O mecanismo proposto de quebra de simetria é geral e pode ser aplicado a outras transições na matéria viva que levam ao aumento da complexidade.
Além disso, o modelo propõe um mecanismo geral que explica como a complexidade de um sistema pode crescer à medida que se adapta melhor para explorar um ambiente variável. Isso sugere que a quebra de simetria quiral é uma característica inerente de qualquer sistema complexo (como a vida) que é capaz de se configurar para se adaptar a um ambiente. Esses achados podem ainda explicar quebras espontâneas de simetria em processos biológicos muito mais complexos, como a diferenciação celular e o surgimento de novos genes.
Publicado em 30/04/2022 11h10
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