Processos biológicos complexos, como o metabolismo, freqüentemente envolvem milhares de compostos acoplados por reações químicas. Essas cadeias de processo são descritas pelos pesquisadores como redes de reações químicas. Pesquisadores da Universidade de Luxemburgo desenvolveram novos métodos matemáticos para estudar as propriedades energéticas dessas redes. Os cientistas publicaram suas descobertas na revista científica Revisão Física X .

O artigo preparado pelo grupo de pesquisa do Prof Massimiliano Esposito investiga como sistemas biológicos muito pequenos funcionam em nível molecular. Esses sistemas estão sujeitos a grandes flutuações de massa, o que torna seu comportamento difícil de prever. Para descrevê-los, os pesquisadores usam uma abordagem probabilística que calcula a dinâmica desses sistemas com base na probabilidade estatística de que ocorrerão mudanças. Usando essas descrições probabilísticas, o grupo estuda como esses sistemas trocam energia e matéria com seu ambiente e quanta energia eles dissipam durante esses processos - uma disciplina conhecida como termodinâmica estocástica. Contudo, no reino das redes de reações químicas complexas, descrições probabilísticas tornam-se inviáveis ​​uma vez que milhares de moléculas estão envolvidas. Os autores mostraram como os métodos matemáticos desenvolvidos para pequenos sistemas podem ser usados ​​para investigar essas redes.

"Atualmente, faltam modelos termodinâmicos rigorosos para esse tipo de rede. Nosso trabalho abre caminho para caracterizações termodinâmicas de redes químicas reais, como metabolismo, "explica Riccardo Rao, o autor principal do artigo. “Pensamos nessas redes como máquinas que transformam alguns compostos em outros. Alguns compostos são consumidos enquanto 'alimentam' os processos. Nossa descrição responde a perguntas como:Este processo é eficiente? Quanta energia ele dissipa? Se ajustarmos ligeiramente o sistema, como vai reagir? "

No momento, sua pesquisa se concentra em modelos de redes metabólicas, para o qual algumas aproximações simplificadoras são necessárias. "Agora estamos usando esta estrutura para investigar classes específicas de redes de reações químicas, como redes metabólicas, "Riccardo Rao disse. Além disso, a equipe de pesquisa trabalhará com biólogos e químicos para testar e aplicar os resultados a sistemas biológicos de concreto. Pesquisas nesse sentido com grupos do Luxembourg Centre for Systems Biomedicine já estão em andamento.