Um dos maiores mistérios da ciência foi finalmente descoberto!

Um dos maiores mistérios da existência da vida na Terra, finalmente, parece ter sido resolvido.

A história é um pouco longa e muito complexa, mas ao mesmo tempo extremamente simples de ser entendida, portanto vamos aos fatos.

Quando eu era criança, meu pai era marceneiro e um dia ele me mostrou um parafuso de rosca esquerda. Achei muito engraçado um parafuso que, para ser aparafusado, precisasse girar em sentido oposto à maneira habitual de parafusar.

Os parafusos “normais” precisam ser apertados girando a chave de fenda no sentido horário, que chamarei de destrógiros, mas aquele estranho parafuso precisava ser girado do lado esquerdo, que chamarei levógiros.

Se você se ao olhar no espelho, com a mão direita aberta na frente dele, verá que a sua imagem terá a mão esquerda aberta. Se puser um parafuso, que normalmente é destrógiro, na frente do espelho, notará que a rosca do “parafuso imagem” é  invertida, ou seja levógiro.

Nas aulas de física no colégio aprendeu que você e sua imagem não são iguais, são enantiomorfos, ou seja, têm a forma invertida.

Este fato é o que se denomina “Chirality” ou chiralidade ou, ainda, quiralidade, palavra que vem do grego antigo chiros, que significa mão (O chi pronuncia-se qui).

O tempo passa e eu cheguei no ensino médio, antigo científico. Na classe, o professor de biologia fala com entusiasmo da mais recente descoberta relacionada com a vida: o DNA. Conta sobre os aminoácidos que o constituem: Citosina, Timina, Guaina e Adenina, que se ligam formando pares C-G, T-A, os quais em conjunto, formam uma hélice.

Ele deixa meu coração acelerado quando diz que estes quatro componentes são os responsáveis pela transmissão da vida. Aquela aula foi inesquecível, mas… de repente ele solta uma frase que me congelou: “Esta hélice é sempre destrógira em todos os seres vivos!”

Ela é como a rosca de um parafuso! E só pode ser o parafuso “normal”! 

Olhe esta linda animação do DNA:

 Porque não pode ter DNA levógiro? Por qual razão a vida só existe girando para um lado? E se um ser fosse espelhado, por quê ele não poderia existir? O que faz a natureza escolher um lado e não o outro? 

Passemos ao ano de 1848, quando um jovem chamado Louis Pasteur, muitos anos antes de descobrir a pasteurização do leite, recolhe cristais que se formaram quando um químico industrial deixou vinho ferver por muito tempo.

Metade dos cristais que se formaram eram reconhecidamente ácido tartárico, um cristal que se forma naturalmente nas paredes dos barris de vinho, os outros tinham exatamente a mesma forma e simetria, mas as faces estavam orientadas de maneira oposta.

(As moléculas que podem ter estruturas destrógiras ou levógiras são denominadas enantiómeras. O ácido tartárico é um exemplo de molécula enantiómera.)

Ele desenhou estes cristais e foi a primeira vez que a quiralidade foi descoberta!

Eis a foto de Pasteur e o desenho que ele publicou naquele ano.

Paul Nadar (left); Annales de Chimie et de Physique

Jamais ele poderia imaginar que a razão disto ter acontecido é, para nós, hoje em dia, simples! Os cristais formados quando da produção do vinho, provém da uva, que é uma forma de vida, enquanto aqueles resultados da produção de vinho num barril sem vida, devido ao superaquecimento, tem iguais probabilidades de se formarem, em qualquer das duas formas.

Portanto, em ambiente protegido, como por exemplo um laboratório, cada forma de molécula enantiómera tem 50% de chance de se formar. Apesar de parecerem iguais, não são. Se num laboratório onde se produzem remédios, moléculas enantiómeras erradas estiverem na mistura das corretas,, a presença delas pode produzir sérios problemas ao paciente, inclusive podendo causar a morte.

A vida é assimétrica!

Os aminoácidos que constituem as proteínas são todos levógiros, enquanto os açúcares que fazem o DNA são todos destrógiros. Muitas moléculas são enantiómeras, mas nos seres vivos apenas uma das duas formas permite a vida, a outra não! A vida é homoquirial!

Qual a razão disso?

Muitas hipóteses foram aventadas ao longo do tempo, mas nenhuma podia explicar o motivo de todas as biomoléculas serem quiriais, até que recentemente, um grupo da Harward University apresentou uma solução intrigante sobre o motivo da quiralidade e, ao que os experimentos efetuados até agora comprovam, parece ser a explicação de tal comportamento da natureza.

Eles sugeriram que as superfícies magnéticas nos minerais em água na Terra primordial, sob a influência do campo magnético terrestre, serviram de “agentes quiriais” que atraíram certas formas de moléculas mais do que outras, dando início ao processo amplificado da quirialidade nas moléculas biológicas, desde os precursores do RNA e caminho afora, para as proteínas e todo o resto. Eles também propuseram os mecanismos que podem explicar a criação de certas moléculas que podem ter criado, por cascata, uma vasta rede de uma verdadeira química quiral, que serviu de suporte para a origem da vida.

Mas, até aqui poderia ser apenas uma hipótese. Para que uma hipótese se transforme na base de uma explicação, são necessários experimentos, que possam ser reproduzidos por vários laboratórios mundo afora e, em todos eles, os resultados obtidos precisam ser os mesmos. Então a hipótese se solidifica e os mecanismos que a sustem precisam ser também verificados, reproduzidos etc.. Outra coisa importante é que, por se tratar de biologia, os experimentos precisam ser realizados em condições realísticas.

Para que você possa entender a simples e genial descoberta dessa hipótese, é necessário acrescentar dois simples fatos à nossa conversa

1.  Todas as ligações de átomos, para formarem moléculas, são feitas através de elétrons, pois eles orbitam na região exterior do átomo. Portanto, a química é um estudo dedicado a entender como os elétrons de um átomo interagem com os elétrons de outro átomo, para poder formar moléculas.

2. Simplificando, podemos imaginar os

elétrons como sendo partículas que possuem um campo magnético, campo este que vai se orientar para um lado, se os elétrons ele girarem no seu eixo num sentido. Inverte-se a orientação do campo magnético, se inverter o sentido de orientação, isto é, o spin  do elétron (talvez você lembre aqui o velho modelo do átomo de Bohr e o famoso princípio da exclusão de Pauli, que aprendemos no primeiro ano do colégio - é exatamente isto). Então imagine o elétron como uma bolinha que gira e ela é como um imã, como se fosse uma pequena Terra, Note que o elétron é quiral, se ele gira num sentido o Norte fica para cima, se gira no outro o Sul fica para cima.

O Efeito CISS

Cerca 25 anos atrás, Ron Naamann, professor de físico química do Weizmann Institute of Science, em Israel, e seu time, descobriram um efeito crítico nas moléculas quiriais.  Quando estas moléculas interagem com outras moléculas ou superfícies, os seus elétrons se redistribuem, as polarizando, deixando negativa a região de destino e, consequentemente, deixando positivamente carregada a região de onde eles saíram.

Isto é fácil de entender: Imagine um pequeno fio eletricamente neutro. Se os elétrons dele começarem a se acumular em uma das pontas do fio, esta ponta ficará com carga negativa mas, como agora faltam elétrons na outra ponta, esta outra ficará carregada positivamente. 

Descobriram também que as moléculas quiriais filtram os elétrons, de acordo ao seu spin.

Elétrons com spin em uma direção  movem-se de maneira mais eficiente, ao longo das moléculas, em uma direção, enquanto elétrons com spin contrário  movem-se mais eficientemente, em outra direção.

Isto também é fácil de entender:.

Imagine você atirar um Frisbee entre duas paredes paralelas. Se o Frisbee girar velozmente no sentido horário, ao bater na parede da direita ele irá irá para frente, mas se  ele girar no sentido anti-horário, ao bater, irá se afastar. O contrário acontece se a parede estiver do seu lado esquerdo.

Isto acaba funcionando como um seletor que vai aceitar discos que giram e um sentido e não no outro. Da mesma maneira as moléculas quiriais “dividem “ os elétrons, de acordo com  seu sentido de rotação. A este fenômeno de espalhamento de elétrons, Naamann e sua equipe deram o nome de “Efeito CISS”, proveniente de chiral-induced spin selectivity.

Foi então que, buscando possíveis aplicações do efeito CISS, que a coisa começou a tomar outra dimensão. Naamann e seu time desenvolveram várias formas de retirar impurezas de remédios ou mesmo eliminar os elastômeros errados de drogas para prevenir efeitos terríveis. Eles descobriram como o efeito CISS ajuda a entender o funcionamento das anestesias. 

Um dia receberam um convite para colaborar numa hipótese de uma equipe de Harward, liderada pelo astrônomo Dmitar Sasselov  e pelo seu estudante de graduação S. Furkan Ozturk sobre problema da homoquiralidade biológica.

Ozturk e Sasselov logo imaginaram como comprovar se o efeito CISS poderia explicar a hipótese deles.

Eles imaginaram um primitivo lago raso, com muitos minerais magnetizados na superfície e água contendo uma mistura de precursores de nucleotídeos quiriais. Imaginaram ainda que a luz ultravioleta do Sol poderia ter ejetado muitos elétrons destas superfícies metalizadas. Estes elétrons teriam atingido algumas moléculas quiriais de maneira preferencial, resultando em reações químicas preferencialmente com as das moléculas destrógiras dos precursores do RNA.

Um detalhe importante é que isto só poderia ter acontecido se existisse um campo magnético externo, mas ele existe: é o campo magnético da Terra.

Dimitar Sasselov (esq) e Furkan Ozturk   (Jon Chase/Harvard (left); Courtesy of S. Furkan Ozturk)

Muito trabalho e muitos experimentos ainda devem ser feitos para comprovar se a hipótese é correta, mas até agora, todos os resultados colhidos tem incentivado este fabuloso trabalho.

Se for comprovada a consistência deste trabalho, mais um dos grandes mistérios da natureza estará esclarecido e abrirá o caminho para mais dúvidas sobre a origem da vida no nosso planeta.

O Universo não é simétrico, a vida não é simétrica e, segundo palavras de Albert Einstein (sim, ele mesmo!), dois são os grandes teoremas da história do conhecimento: um é o famoso teorema de Pitágoras e o outro é um teorema, pouco conhecido pela maioria, que se chama Teorema da Simetria, descoberto por uma das mulheres mais brilhantes da história, uma  matemática cujo nome era Emmy Noether ( 23Março 1882 - 14 abril 1935).

Quis compartilhar estes fatos pois, para mim, após mais de 60 anos de espera, finalmente encontrei a resposta para uma pergunta que me perseguiu e me fez perder o sono muitas noites.

Após este longa conversa vos deixo e muito obrigado pelo carinho que vocês sempre me dedicaram. 

Até o próximo blog.

Elio Somaschini (Crapun)