Uma pesquisa internacional com a participação do Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da USP revela os princípios físicos e químicos que levam ao surgimento na natureza de estruturas complexas, entre elas os vírus. Os pesquisadores realizaram experimentos que demonstraram a importância das interações físicas e de propriedades como a simetria para a criação de sistemas complexos a partir de pequenos conjuntos de moléculas. A descoberta poderá facilitar a criação de novos compostos químicos e o desenvolvimento de produtos ópticos e eletrônicos inovadores, além de auxiliar os cientistas a entender a estrutura de vírus como o da covid-19. (...)

O trabalho demonstrou princípios físicos e estratégias que podem ser seguidas para contornar dificuldades práticas e avançar o conhecimento fundamental para produzir sistemas e estruturas com esse grau de complexidade maior, a partir da síntese de moléculas simples (blocos fundamentais) no laboratório.”

A partir de um sistema modelo, usando estruturas moleculares de Au-Cys (átomos de ouro com o aminoácido cisteína), a pesquisa, com base em amplo conjunto de resultados experimentais, apoiados por modelos e cálculos computacionais, verificou que a simetria dos blocos moleculares fundamentais é muito importante, até mais que o próprio tamanho dessas moléculas. “No entanto, esse não é o único fator a ditar a complexidade final das estruturas”, relata Muniz. 

“Ela depende de um balanço energético e termodinâmico de um conjunto de interações e restrições físicas, que competem entre si, como interações eletrostáticas, elásticas (mecânicas), bem como de propriedades de simetria moleculares, como a quiralidade.”

Para que ocorra o surgimento de estruturas complexas é importante que os ganhos e penalidades energéticos dessas interações sejam todos da mesma ordem de grandeza, ressalta o professor. “Se um deles dominar sobre o outro, as estruturas observadas serão de baixa complexidade”, afirma. “O estudo apresenta um mapa que mostra como a complexidade varia com os parâmetros de quiralidade e temperatura e propõe uma forma de quantificar o grau de complexidade das estruturas, usando procedimentos matemáticos.”

Simetria

Muniz explica que quiralidade é uma propriedade física associada à simetria das moléculas. “Na química, também é chamada de isomeria óptica e está associada à propriedade de simetria de reflexão de uma molécula, isto é, está relacionada à forma como os átomos estão distribuídos numa molécula”, afirma. “A palavra quiral vem do grego e quer dizer ‘mão’. Uma analogia comum é observar a simetria que existe entre as mãos esquerda e direita. Embora uma seja a imagem refletida da outra, elas não podem sem sobrepostas perfeitamente”, explica Muniz ao Jornal da USP.

Deste modo, o professor aponta que nesses isômeros as moléculas de um mesmo composto químico são como imagens no espelho, uma da outra, e têm diferenças em algumas interações físico-químicas. “Essas propriedades são extremamente importantes em sistemas biológicos, pois a maioria das moléculas orgânicas, presentes em organismos vivos, são moléculas quirais”, destaca.

Disponível em: <https://jornal.usp.br/ciencias/pesquisadores-revelam-a-fisica-e-a-quimica-por-tras-da-complexidade-da-natureza/>.

O vírus da Covid-19 tem formato aproximadamente esférico, com diâmetros que podem variar entre 60 e 120 nanômetros. Gotas respiratórias, também esféricas, têm diâmetros de 5 a 10 micrômetros. A razão entre as ordens de grandezas do maior e do menor volume de um vírus e a maior quantidade de vírusque caberiam no espaço de uma gota respiratória valem, respectivamente,