A entropia é frequentemente associada à desordem e ao caos, mas na biologia está relacionada com a eficiência energética e está intimamente ligada ao metabolismo, o conjunto de reações químicas que sustentam a vida.



Uma equipa de investigação internacional liderada pelas Universidades de Barcelona e Pádua, com a participação da Universidade de Göttingen e das Universidades Complutense e Francisco de Vitoria em Madrid, desenvolveu agora uma nova metodologia para a medição da produção de entropia à escala de um nanómetro.

A nova abordagem permitiu aos cientistas medir o fluxo de calor, conhecido como taxa de produção de entropia, de glóbulos vermelhos individuais. A pesquisa foi publicada na Science .

Os pesquisadores usaram uma nova maneira de medir o fluxo de calor das forças metabólicas ativas dentro dos glóbulos vermelhos, quantificando a entropia crescente simplesmente observando as flutuações contínuas e erráticas da membrana dos glóbulos vermelhos.

Para garantir que esta abordagem funcionasse, os investigadores também criaram abordagens mais complexas, onde pequenas partículas de tamanho micrométrico foram coladas à membrana que poderiam não só ser usadas para medir as flutuações da membrana, mas também para aplicar forças minúsculas que são criadas. simplesmente iluminando as partículas com luz.

Essas partículas coloidais – pequenas partículas sólidas suspensas numa fase fluida – podem ser vistas como uma excelente forma de medir e também manipular o movimento da membrana das células vivas. Para seus cálculos usando glóbulos vermelhos reais, os pesquisadores usaram abordagens experimentais baseadas na manipulação óptica direta da membrana, mas também detecção óptica e microscopia ultrarrápida de imagens ao vivo.

Os pesquisadores da Universidade de Göttingen contribuíram realizando experimentos sensíveis e precisos. "Desenvolvemos uma experiência que utilizou fotões, ou seja, luz, para segurar as células tão suavemente que o delicado fluxo de calor não foi perturbado pela luz, mas ainda assim forte o suficiente para medir os seus efeitos", diz o professor Timo Betz, do Instituto de Biofísica de Göttingen.

“O calor é um sintoma da saúde celular e esta descoberta pode abrir novas formas de determinar a saúde dos tecidos”, explica o investigador principal, Professor Felix Ritort, do Instituto de Nanociência e Nanotecnologia da Universidade de Barcelona. Ele acrescenta:“Caracterizar a produção de entropia em sistemas vivos é crucial para compreender a eficiência dos processos de conversão de energia”.

Há grande interesse em medir a produção de entropia em sistemas físicos e biológicos porque são relevantes para muitos outros sistemas. “Esta descoberta tem implicações de longo alcance para a nossa compreensão do metabolismo e do transporte de energia nos sistemas vivos”, diz Betz.

"Além disso, essas descobertas podem ser úteis para aplicações em saúde e medicina ou orientar o desenvolvimento de novos materiais inteligentes que explorem uma taxa controlada de produção de entropia para criar uma resposta a pequenos estímulos externos."

As descobertas foram publicadas na Science .

Mais informações: I. Di Terlizzi et al, Regra de soma de variância para produção de entropia, Ciência (2024). DOI:10.1126/science.adh1823
Informações do diário: Ciência

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