A vida pode ser baseada em uma violação da lei física de ação e reação?

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/03/2024

Descoberta violação da terceira lei do movimento de Newton: Interações que não são iguais e opostas podem ocorrer naturalmente entre moléculas. Os pesquisadores demonstraram que a quinase é atraída pela fosfatase, mas a fosfatase é repelida pela quinase, no que é chamado de interação não-recíproca.
[Imagem: Niladri Sekhar Mandal/Penn State]

Terceira lei do movimento de Newton

Se você espantou com duas descobertas anunciadas neste mês, uma dando conta de uma exceção à lei que rege a transferência de calor e outra que mostrou que partículas de mesma carga podem se atrair, prepare-se para mais uma reviravolta nas conhecidas leis da física.

Acontece que nem toda ação pode ter uma reação igual e oposta, como diz a terceira lei do movimento de Newton. No ano passado, uma equipe da Universidade de Quioto, no Japão, descobriu que o movimento dos espermatozoides não causa uma reação oposta no seu ambiente à medida que as células reprodutivas se movem, em uma aparente violação da lei de ação e reação.

Niladri Mandal e colegas das universidades da Pensilvânia e do Maine, nos EUA, conseguiram agora desvendar o mecanismo por trás desse movimento sem reação.

Mandal estudou duas enzimas - moléculas que catalisam reações bioquímicas - chamadas quinases e fosfatases. As quinases adicionam uma modificação química a outras moléculas, enquanto as fosfatases removem as modificações das moléculas. Assim, as quinases criam produtos que são influenciados pelas fosfatases e vice-versa.

Os experimentos demonstraram que, se a fosfatase for imobilizada artificialmente, a quinase será atraída por ela. Porém, na situação inversa, em que a quinase é imobilizada, a fosfatase é repelida por ela. Claramente, uma ação que não tem uma reação igual e oposta.

"A não-reciprocidade que vemos não se deve a quaisquer forças externas, mas resulta de uma combinação de difusão e assimetrias cinéticas, que são propriedades das enzimas," detalhou o pesquisador. Uma assimetria cinética descreve as alturas relativas das barreiras de energia que controlam a direção de uma reação em relação a um gradiente de concentração - neste caso, das enzimas à medida que se movem em um sistema molecular.

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A descoberta original foi a de que os espermatozoides produzem uma ação sem gerar uma reação em seu meio.
[Imagem: Kenta Ishimoto et al. - 10.1103/PRXLife.1.023002]

Implicações para as máquinas e para a vida

As interações assimétricas entre essas enzimas não só ajudam a elucidar o movimento das moléculas dentro das células, mas também podem ajudar a projetar motores e bombas moleculares sintéticas - o movimento dos espermatozoides é um exemplo de um motor molecular natural em ação, que a nanotecnologia vem tentando reproduzir.

"Isto não só pode fornecer informações sobre a complexificação da matéria, como a assimetria cinética também pode ser usada no projeto de máquinas moleculares e tecnologias associadas," disse Dean Astumian, membro da equipe.

Mais importante ainda, a descoberta dessa ação sem reação pode ajudar a explicar a própria emergência da vida.

"Estamos nas fases iniciais deste trabalho, mas vejo a compreensão da assimetria cinética como uma possível oportunidade para compreender como a vida evoluiu a partir de moléculas simples," disse Astumian.

"As interações não recíprocas permitidas pela assimetria cinética também desempenham um papel crucial ao permitir que as moléculas interajam umas com as outras. Isso pode ter desempenhado um papel crítico nos processos pelos quais a matéria simples se torna complexa, interagindo de maneiras que eventualmente levaram à vida. Como a assimetria cinética é uma propriedade da própria enzima, ela pode sofrer evolução e adaptação," completou o professor Ayusman Sen.

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