Ao segurar a mão direita na frente de um espelho, pode-se ver uma imagem refletida da mão esquerda e vice-versa. Em 1848, Louis Pasteur descobriu que as moléculas orgânicas são muito parecidas com as nossas mãos:elas vêm em pares de imagens espelhadas de variantes para destros e canhotos. Hoje em dia, 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, intrigantemente, a vida quase sempre escolhe usar exclusivamente um dos dois gêmeos de imagem espelhada – um fenômeno chamado homoquiralidade. Por exemplo, a vida terrestre é baseada em aminoácidos canhotos e açúcares destros.

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 agora 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 múltiplas alças 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 a quebra de simetria quiral. Além disso, os cálculos revelaram que tais transições são quase inevitáveis, por isso 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.

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.

Este estudo foi publicado na revista Nature Communications . + Explorar mais

Química prebiótica confusa pode ser a chave para a vida homoquiral