O reconhecimento molecular quiral é um fenómeno fundamental na ciência biomolecular, relevante, por exemplo, na produção de fármacos. Genericamente, explica Sérgio Domingos, “o reconhecimento quiral é a habilidade que uma molécula quiral tem para distinguir entre dois enantiómeros de outra molécula quiral. Enantiómeros são moléculas que são imagens no espelho uma da outra e não são sobreponíveis, nem por rotação, nem por translação. Consideremos uma molécula quiral (R) e a sua imagem especular (S)”.

Podemos pensar, por exemplo, “num aperto de mão entre duas pessoas: uma mão direita e outra mão direita encaixam bem. Agora se uma das pessoas der a mão esquerda, as mãos já não encaixam tão bem. Este é um exemplo macroscópico de um fenómeno que existe à escala molecular e que tem implicações em processos químicos e biológicos. Por exemplo, muitos medicamentos são produzidos com compostos de uma só quiralidade (R ou S) porque a interação com os recetores no nosso corpo é por vezes muito diferente entre elas”, ilustra o investigador do Centro de Física da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC).

O estudo que, além da Universidade de Coimbra, envolveu o Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) e a Universidade de Bochum, na Alemanha, incidiu no autorreconhecimento quiral, revelando sobretudo o que acontece quando dois R’s ou dois S’s da mesma molécula se emparelham para formar um dímero (duas unidades ligadas por uma ligação não covalente) RR ou SS, ou quando um R se emparelha com um S, formando um RS ou SR. Os mecanismos de interação destas duas vertentes não se manifestam de forma análoga e têm, pois, implicações em muitos processos biológicos.

Para tal, a equipa escolheu o sistema molecular quiral e aromático “óxido de estireno”, que existe nas duas formas S e R e tem características estruturais ideais para estudar as interações moleculares mais fracas.

Para além disso, esclarece Sérgio Domingos, “este anel aromático é um motivo molecular recorrente em sistemas biológicos e que tem muita influência em processos de agregação em proteínas e por isso é um protótipo muito estudado”.

Mais especificamente, aprofunda o investigador, o objetivo deste estudo era a “deteção experimental de todas as possibilidades de encaixe entre R’s e S’s deste sistema aromático quiral (protótipo) e tentar perceber que forças mobilizam a preferência entre encaixes do tipo RR ou do tipo RS. Este processo de autorreconhecimento é crucial em muitos processos biológicos, um deles a eficiência com que um medicamento interage com o recetor no nosso corpo. Queríamos aprofundar o conhecimento sobre que tipo de interações controlam este emparelhamento de moléculas quirais e até que ponto estas interações podem promover uma assimetria no processo de reconhecimento. Este equilíbrio/desequilíbrio pode ajudar-nos a desvendar os segredos da homoquiralidade da vida”.

Para alcançar o objetivo, os cientistas utilizaram a técnica de espectroscopia de micro-ondas, que lhes permitiu estudar os estados quânticos de rotação dos dímeros RS e RR em alta resolução, na fase gasosa. As experiências foram realizadas no sincrotrão (acelerador de partículas) de eletrões alemão - Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), em Hamburgo, uma das mais sofisticadas infraestruturas de investigação científica na Europa.

Este método experimental foi complementado com cálculos teóricos, que por sua vez permitiram identificar as estruturas tridimensionais dos dez pares RR e RS mais estáveis e estudar detalhadamente as interações que promovem o emparelhamento em cada caso.

Os investigadores concluíram que “a parte aromática das moléculas tem uma influência tremenda na gestão do encaixe entre pares, e que esse ajuste de contactos se pronuncia diferentemente para pares RR e RS, favorecendo o emparelhamento homoquiral, ou seja, do tipo RR. No entanto, este desequilíbrio não se pronunciou tão afincadamente como esperado, e o nosso estudo revela que isto se deve à flexibilidade estrutural e caráter dinâmico do autorreconhecimento no processo de encaixe”, destaca Sérgio Domingos.

Este estudo permitiu perceber que o “emparelhamento de moléculas quirais ganha um nível de complexidade ainda mais acrescido quando o mecanismo de encaixe é dominado por partes das moléculas que são aromáticas. Estas condições podem desfavorecer a discriminação quiral em processos de ativação de moléculas medicinais com recetores no nosso corpo”, conclui.

A investigação, cujo artigo científico está disponível em https://www.nature.com/commschem/, foi financiada pelo Centro de Investigação Colaborativa 1319 ELCH- Extreme light for sensing and driving molecular chirality.