Reações oscilantes por trás de ritmos biológicos

A presença de ritmos, que oscilam ou variam entre um estado e outro, é uma característica marcante em sistemas vivos. Tais ritmos estão presentes em funções regulatórias que incluem processos em diferentes níveis como batimentos cardíacos, ciclo sono-vigília, ciclo de Krebs, entre outros. Fenômenos dessa natureza podem ser caracterizados como processos de auto-organização, que também é observada em diversos sistemas físico-químicos abertos e afastados do estado de equilíbrio e, além disso, esse assunto vem se tornando uma área de intensa pesquisa científica.

Reação BZ

Reação BZ

Por muito tempo, acreditou-se que as reações químicas ocorriam apenas no sentido de que reagentes davam origem a produtos. No entanto, hoje se sabe que a reação pode ocorrer nos dois sentidos. A origem do conhecimento acerca de reações oscilantes se deu na Rússia, por volta de 1950, com a descoberta da reação oscilatória de Belousov-Zhabotinski, ou reação BZ para os íntimos.

Boris Belousov estudava a reação entre bromato e ácido cítrico em meio ácido com íons de Cério Ce(IV), presente no ciclo de Krebs. Em um de seus experimentos, Belousov es­perava observar uma mudança na coloração da solução de amarelo para incolor, como resultado da redução do Ce(IV) para Ce(III). Em vez de uma simples transição, de um estado para outro, a solução oscilou entre o amarelo e o incolor por diversas vezes, algo nunca visto antes.

Na tentativa de publicar seus resultados, Belousov encontrou grandes dificuldades uma vez que não era capaz de explicar o fenômeno observado, por isso seu trabalho foi rejeitado por diversos editores de revistas científicas da época. Posteriormente, seus dados foram publicados em um periódico pouco conhecido. Alguns anos depois da publicação, o estudante de pós-graduação Anatol Zhabotinsky redescobriu a reação de Belousov por meio da mistura de bromato com ácido malônico, cuja solução resultante oscilava entre vermelho e azul conforme o pH. Assim, tal reação oscilante foi denominada Belousov-Zhabotinsky.

Observe agora a reação BZ em uma placa de Petri:

Hoje, sabe-se que esse tipo de reação pode ser entendido como um sistema fora do equilíbrio termodinâmico, cujas estruturas circulares formadas na reação são exemplos de estruturas dissipativas. No vídeo acima, pode-se inferir que cada cor corresponde a um composto formado e os círculos são formados, pois os compostos são produzidos de forma cíclica, ou seja, de forma oscilatória.

Interessados nesse movimento, pesquisadores da Universidade Waseda, no Japão, desenvolveram um gel capaz de imitar os movimentos peristálticos do intestino sem nenhum estímulo externo. Isso ocorre devido à reação oscilante em seu interior que faz com o gel inche e se contraia periodicamente, causando o movimento. Na tentativa de replicar o movimento biológico, os cientistas construíram uma fita como o gel, de forma que a reação está se expandindo em algumas regiões e se encolhendo em outras. O movimento de onda apresentado faz com que ela funcione como uma esteira de transporte.

A "onda química" que se forma com o movimento autônomo do gel consegue transportar pequenas cargas. (Imagem: Maeda et al., 2008)

A “onda química” que se forma com o movimento autônomo do gel consegue transportar pequenas cargas. (Imagem: Maeda et al., 2008)

A possibilidade de um simples gel imitar um movimento biológico por meio de reações oscilantes e sem qualquer tipo de impulso externo é incrível. Quem sabe em um futuro próximo essa ideia poderá abrir as portas para o desenvolvimento de sistemas que necessitem de transporte de matéria de forma autônoma.

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Referências Bibliográficas e link:

Maeda, S; Hara, Y; Yoshida, R; Hashimoto, S; Peristaltic Motion of Polymer Gels. Vol.120, No 356792–6795, 2008.

Oliveira, HCL; Oliveira, TB; Varela, H; Dinâmica oscilatória em sistemas contendo bromato e 1,4-ciclo-hexanodiona em meio ácido. I. Efeito da temperatura. Quim. Nova, Vol. 35, No. 2, 348-354, 2012.

http://revistapesquisa.fapesp.br/2009/11/01/vida-no-tubo-de-ensaio

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