Uma forma chamada 'esfinge' pode explicar a lateralidade na biologia: WebCuriosos

Da hélice de uma fita de DNA aos arranjos dos blocos de construção das proteínas, as reviravoltas da bioquímica muitas vezes seguem uma orientação surpreendentemente consistente de canhotos e destros.possuir como quiralidade.

Um estudo recente envolvendo tesselações de uma forma simples baseada em triângulos pode nos ajudar a entender melhor por que a biologia mantém preferências por uma orientação em detrimento de outra.

Conduzida por uma pequena equipa de investigadores dos EUA e da Alemanha, a investigação mostra como uma combinação de geometria e física básica pode estar por trás de alguns dos padrões mais intrigantes da vida.

“O Universo não deveria favorecer uma lateralidade em detrimento de outra, mas em escala após escala, surgem preferências quirais”, disse Greg Huber, biofísico de Chan Zuckerberg Biohub. diz. “A quiralidade pode ser muito misteriosa.”

Assim como nossas duas mãos com as palmas para cima, a versão espelhada das moléculas quirais não pode ser alinhada perfeitamente uma sobre a outra, não importa como sejam giradas. Assim, embora as moléculas destros e canhotos pareçam quase idênticas, elas podem ter impactos radicalmente diferentes no mundo real. Usar a versão invertida de uma molécula em um medicamento, por exemplo, pode causar mais danos do que ajuda.

Não são apenas as moléculas orgânicas que podem ter uma orientação. Os minerais podem ser quirais quando estruturados em sistemas biológicos. Um caracol concha de carbonato de cálcio em forma de espiral e o minerais em nossos ossos são apenas dois exemplos.

Mas como esses minerais se formam átomo por átomo em formas quirais cristalinas é simplesmente mais uma curiosidade da quiralidade.

Para compreender melhor o surgimento da quiralidade, especialmente no espaço lotado de um sistema biológico, Huber e colegas recorreram à forma quiral 2D mais básica derivada de uma série de triângulos: uma forma assimétrica apelidada de esfinge.

Huber e sua equipe usaram modelos de computador para testar a destra e a esquerda dos alinhamentos das peças da esfinge, formando-os em diferentes números e orientações. Como os pesquisadores explicar em seu artigoeles queriam “explorar a mecânica estatística e expor a natureza quiral inerente a conjuntos de blocos quirais densamente compactados, sujeitos a limites espaciais finitos”.

Por serem assimétricos, os ladrilhos da esfinge podem se encaixar de muitas maneiras diferentes, em comparação com algo tão simples como um quadrado. Apenas duas peças de esfinge, por exemplo, podem ser combinadas de mais de 45 maneiras diferentes para formar um par, enquanto dois quadrados só podem andar juntos de uma maneira.

À medida que o número de esfinges num padrão aumenta, elas combinam-se de formas superexponenciais, dando aos investigadores acesso a um sistema grande e teoricamente aleatório para trabalhar.

Huber e colegas modelaram as interações entre esfinges quirais sob condições de alta e baixa energia, semelhantes à temperatura. Em sistemas de alta temperatura, as esfinges quirais dificilmente tiveram a chance de interagir enquanto se encaixavam no lugar e acabavam formando um padrão confuso.

À medida que as temperaturas baixaram, as interações tornaram-se mais ordenadas e esfinges da mesma quiralidade reuniram-se para formar aglomerados que podem ver no diagrama acima.

Surpreendentemente, no entanto, em sistemas de alta temperatura limitados por uma fronteira exterior simétrica – como estar numa sala lotada – esfinges da mesma quiralidade também tendem a agrupar-se, como mostra o diagrama abaixo.

Mesmo em um modelo tão básico e simplificado de quiralidade, a modelagem mostra que padrões podem surgir do caos e que moléculas semelhantes parecem gravitar em direção a semelhantes.

Descobrir quaisquer regras por trás desses padrões geométricos poderia ajudar pesquisadores em muitos campos da ciência, possivelmente a compreender o estrutura da camada externa dos vírus ou como o magnetismo pode ter desencadeado uma reação em cadeia que finalmente deu à vida sua assimetria molecular.

Esta pesquisa foi publicada em Pesquisa de revisão física.