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Cientistas da UAlg e de Puerto Rico descobrem coerência quântica em reações bioquímicas

Cientistas da Universidade do Algarve e da Universidade de Puerto Rico foram os primeiros no mundo a descobrir evidências experimentais que levam a concluir que a teoria que explica a catálise enzimática - ou seja, o processo que ocorre quando as enzimas atuam como catalisadores biológicos, aumentando a velocidade das reações de nosso organismo e possibilitando a nossa vida - está incorreta.

Na prática, este grupo de cientistas conseguiu isolar no tempo e no espaço dois processos, o de produção de energia através de hidrólise de ATP (adenosina trifosfato), e a utilização dessa energia na reação enzimática catalisada pela enzima utilizada (oxidação do álcool). Assim, conseguiram demonstrar que as interações estruturais entre a enzima e os seus dois substratos (ATP e álcool) são menos importantes do que a lei de conservação da energia. Ora, segundo a teoria vigente estas interações estruturais são de suma importância, pois são elas que sincronizam os dois processos. Todavia, perante estas novas descobertas, o que reina é a conservação de energia, imposta pela unicidade da enzima com os seus substratos no momento da reação, chamada de entrelaçamento quântico ou "coerência quântica". As manifestações dessa última, até então, nunca foram detetadas em reações bioquímicas, envolvendo estruturas tão grandes e complexas como moléculas de enzimas, mas apenas em processos físicos muito mais simples, como emissão ou absorção de fotões. A coerência quântica nas enzimas torna possível o impossível; sem isso, as reações simultâneas seriam tão prováveis como o gotejamento simultâneo de duas torneiras em apartamentos vizinhos.

A investigação realizada, explica Igor Khmelinskii, docente e investigador da Universidade do Algarve, permitiu chegar a estas conclusões através da utilização de “objetos macroscópicos com quantização dimensional, como filmes metálicos, depositados no laboratório, e filamentos proteicos extraídos da retina de porco”. A utilidade destes objetos está na sua capacidade de conduzir os estados excitados, ou seja, os excitões (um estado excitado da matéria, frequentemente encontrado em semicondutores), até centímetros de distância, capacidade essa recentemente descoberta pelo mesmo grupo de investigação.

Para concluir, Igor Khmelinskii defende que “este é o primeiro exemplo de fenómenos quânticos não triviais que estão em todo lado”. Para comparar fenómenos quânticos triviais, sintetiza, “os valores de energia permitidos para uma molécula pequena (como água ou álcool) ou igualmente para uma molécula grande (como uma enzima) são definidos pela mecânica quântica de Schroedinger, mas não pela mecânica clássica de Newton”. A equação de Schroedinger, esclarece, “admite apenas um conjunto limitado dos valores de energia, e não todos os valores de forma indiscriminada, como a mecânica clássica de Newton”.

Em termos mais genéricos, o resultado desta investigação permite concluir que a vida é um processo essencialmente quântico, pois o funcionamento de qualquer enzima é um processo que implica coerência quântica, e não pode ser entendido sem recorrer às ideias da mecânica quântica (difícil de explicar). Enquanto todos aceitamos com facilidade a afirmação de que ninguém pode estar em dois lugares ao mesmo tempo, a mecânica quântica diz, por exemplo, que uma partícula elementar pode estar em todos os lugares ao mesmo tempo. Os cientistas estão a desenvolver uma nova teoria, que vai possibilitar aplicações práticas que utilizam os princípios de catálise enzimática, no paradigma da química verde e sustentável.

 

Referências:

 

“Reaction coupling in ADH1A alcohol dehydrogenase enzyme by exciplex formation with adenosine diphosphate moderated by low-energy electronic excited states”, I. Khmelinskii and V. I. Makarov, Phys. Rev. E, 103 (2021) 052405

https://doi.org/10.1103/PhysRevE.103.052405

 

“Energy transfer along Müller cell intermediate filaments isolated from porcine retina: I. Excitons produced by ADH1A dimers upon simultaneous hydrolysis of two ATP molecules”, I. Khmelinskii and V. I. Makarov, Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 250 (2021) 119361, pp. 1-12.

https://doi.org/10.1016/j.saa.2020.119361

 

“Energy transfer along Müller cell intermediate filaments isolated from porcine retina: II. Excitons at 2500 cm–1 produced by ADH1A upon hydrolysis of one ATP molecule”, I. Khmelinskii and V.I. Makarov, Chemical Physics Letters, 777 (2021) 138651.

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2021.138651

 

Grupo de investigação: Prof. Igor Khmelinskii, UAlg; Prof. Vladimir Makarov, UPRRP

 

Ademar Dias

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