Nasce um novo campo nas ciências: a bioquímica quântica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/09/2005

Alunos do mundo todo aprendem, ano após ano, que as reações químicas acontecem pela formação ou rompimento de ligações entre os átomos - e que essas ligações se fazem pela interação de suas camadas mais externas de elétrons. Mas estas lições logo poderão ter um capítulo adicional, graças à física quântica.

Os problemas começaram a surgir quando os cientistas se deram conta de que é muito difícil prever como moléculas biológicas grandes e complexas irão interagir. Eles estão desconfiaram de que estavam deixando de lado algum elemento importante, que influencia as reações químicas.

Utilizando poderosos supercomputadores, a equipe do Dr. Jorge H. Rodriguez, da Universidade Purdue, Estados Unidos, analisou a interrelação de dúzias de elétrons que giram em nuvens ao redor dessas moléculas gigantes.

Eles descobriram que a propriedade quântica dos elétrons, chamada "spin", precisa ser levada em conta para que se tenha um quadro completo de como acontecem as reações bioquímicas. Em particular, importantes classes de proteínas - incluindo a hemoglobina e a clorofila, que possuem metais em sua composição - e suas reações em plantas e animais, podem ser melhor entendidas utilizando-se a nova técnica.

"Não apenas esta descoberta melhora nosso entendimento básico de biologia," diz Rodriguez, "mas ela também poderá ajudar os cientistas em uma série de problemas práticos." Um desses problemas consiste na seleção dos melhores compostos em novos medicamentos, um processo que custa às indústrias farmacêuticas milhões de dólares e anos de tentativas.

A descoberta envolveu a criação de um programa de computador que simula as reações entre essas moléculas - as metaloproteínas - o que permitirá que os cientistas possam prever com precisão as reações químicas, sem dispender anos de tentativa e erro.

Rodriguez é agora pioneiro no que ele chama de "bioquímica quântica" - um novo campo científico que incorpora tanto a bioquímica tradicional quanto a física de partículas. As duas disciplinas até agora não tinham muito em comum. Embora a bioquímica lide com interações entre as complexas moléculas que nosso corpo utiliza para manter os processos básicos da vida, essas moléculas microscópicas são gigantescas em comparação com as minúsculas partículas subatômicas, como os prótons e os nêutrons, que os físicos estudam.

"Apesar dessas diferenças, há um ponto de contato entre a química e a física que sempre me interessou, exatamente as partículas elementares que giram ao redor dessas moléculas - os elétrons," disse Rodriguez.

"Os físicos há muito tempo sabem que, de acordo com as leis da mecânica quântica, há algumas reações químicas em nossos corpos que são 'proibidas' - como a ligação do oxigênio da hemoglobina em nossos pulmões quando nós respiramos. Apesar disso, essas reações ocorrem. Por isto, como essas reações envolvem o spin dos elétrons, nós decidimos dar uma olhada mais de perto nelas," complementa ele.

A pesquisa foi publicada no último exemplar do periódico Journal of Chemical Physics.