O trabalho da hemoglobina parece ser bastante simples:ela transporta moléculas de oxigênio pela corrente sanguínea. Mas isso só funciona bem porque a molécula de hemoglobina é extremamente complexa. O mesmo se aplica à clorofila, que converte a luz solar em energia para as plantas.

Para entender os truques sutis dessas moléculas complexas, vale a pena investigar estruturas semelhantes, mas mais simples, no laboratório. Pesquisadores da TU Wien (Viena) e Trieste, estudaram ftalocianinas, que têm uma estrutura de anel molecular muito semelhante às seções cruciais da hemoglobina ou clorofila. Acontece que o centro dessas estruturas em anel pode ser mudado para diferentes estados sob luz verde, o que afeta seu comportamento químico.

Isso não só ajuda a entender os processos biológicos, também abre novas possibilidades para usar os truques da natureza no laboratório para outros fins - uma estratégia chamada biomimética que está se tornando cada vez mais importante.

Anéis com átomos de metal no centro

"As ftalocianinas que estudamos são corantes coloridos com uma estrutura em anel característica, "diz o Prof. Günther Rupprechter do Instituto de Química de Materiais da Universidade de Tecnologia de Viena." Crucial para esta estrutura de anel é que ela pode conter um átomo de ferro em seu centro - assim como o heme, o corante vermelho em forma de anel na hemoglobina. A clorofila tem um anel semelhante que captura átomos de magnésio. "

Em contraste com as moléculas naturais mais complicadas, os corantes de ftalocianina feitos sob medida podem ser regularmente colocados lado a lado em uma superfície, como azulejos na parede de um banheiro. "Os anéis foram colocados em uma camada de grafeno em um padrão regular, de modo que um cristal bidimensional de anéis de tinta foi criado, "diz Matteo Roiaz, que conduziu os experimentos junto com Christoph Rameshan.

"Isso tem a vantagem de podermos examinar muitas moléculas ao mesmo tempo, o que nos dá sinais de medição muito mais fortes, "explica Rameshan.

As moléculas de monóxido de carbono serviram como sondas para investigar esses anéis:uma molécula pode se ligar ao átomo de ferro, que é realizada no centro do anel. A partir da vibração da molécula de monóxido de carbono, pode-se obter informações sobre o estado do átomo de ferro.

Para estudar a vibração, a molécula foi irradiada com luz laser verde e infravermelha. Esta medição produziu um resultado que parecia fortemente contra-intuitivo à primeira vista:"Não medimos simplesmente uma única frequência vibracional de monóxido de carbono. Em vez disso, encontramos quatro frequências diferentes. Ninguém esperava isso, "diz Günther Rupprechter." Os átomos de ferro são todos idênticos, portanto, as moléculas de CO anexadas a eles devem mostrar exatamente o mesmo comportamento. "

Como se viu, a luz verde do laser foi responsável por um efeito notável. Inicialmente, todos os átomos de ferro eram de fato idênticos, mas a interação com a luz verde pode mudá-los para diferentes estados. "Isso também muda a frequência de oscilação da molécula de CO no átomo de ferro, que nos mostra como essas estruturas reagem com sensibilidade a pequenas mudanças, "diz Günther Rupprechter." Essa também é a razão pela qual as biomoléculas em nossos corpos têm uma estrutura tão complexa - os componentes da proteína amplamente ramificados têm um impacto mínimo sobre os estados do átomo de metal, mas este impacto mínimo pode ter implicações muito importantes. "

Medição à temperatura ambiente e pressão atmosférica

Até agora, efeitos semelhantes só poderiam ser estudados em temperaturas extremamente baixas e em vácuo ultra-alto. "No laboratório, agora temos dois métodos em que tais fenômenos biologicamente relevantes podem ser medidos em temperatura ambiente e pressão atmosférica, com e sem luz verde, "enfatiza Rupprechter. Isso abre novas possibilidades para uma melhor compreensão do comportamento químico das substâncias biológicas; também pode abrir a oportunidade de adaptar novas moléculas a fim de otimizá-las para fins químicos específicos da natureza.