No popular livro O Dema´nio na Ma¡quina, o fa­sico Paul Davies argumenta que o que falta na definição de vida écomo os processos biola³gicos criam "informação", e esse armazenamento de informações éo material da vida, como a capacidade de um pa¡ssaro navegar ou o de um ser humano. capacidade de resolver problemas complexos. O "Dema´nio" ao qual Davies se refere éo Dema´nio de Maxwell, como proposto pelo fa­sico do século XIX James Clerk Maxwell como um experimento mental. O hipotanãtico "dema´nio" de Maxwell controla um portão entre duas ca¢maras de gás e sabe quando abrir o portão apenas para permitir que moléculas de gás que se movem mais rápido que a média passem por ele. Dessa forma, uma ca¢mara pode ser aquecida e criar "energia" para ser colocada em funcionamento. Tal dema´nio equivaleria a uma solução alternativa da Segunda Lei da Termodina¢mica. E que, como sabemos, éimpossí­vel. Tambanãm sabemos, éclaro, que dema´nios não existem.

Pela primeira vez, em um artigo publicado em Proteins: Structure, Function, and Bioinformtics por Charlie Carter, Ph.D., professor do Departamento de Bioquímica e Biofa­sica da UNC School of Medicine, e apoiado pelo National Institute of General Medical Sciences, descreve os detalhes que permitem que uma dessas ma¡quinas funcione como o dema´nio de Maxwell.

A ma¡quina em questãoéuma enzima chamada triptofanil-tRNA sintetase, ou TrpRS, que pode usar a energia química armazenada na molanãcula universal de combusta­vel - trifosfato de adenosina (ATP) - para garantir que sempre que a sequaªncia de qualquer gene especifique triptofano, o aminoa¡cido O triptofano éinserido na sequaªncia de aminoa¡cidos ligados que compõem a protea­na traduzida. Ao garantir que o aminoa¡cido correto seja selecionado, o TrpRS traduz o ca³digo genanãtico do triptofano quando qualquer uma das dezenas de milhares de genes nas células humanas étraduzida na protea­na correspondente. A tradução do ca³digo na sequaªncia de aminoa¡cidos especificada pelo gene fornece a  sequaªncia de protea­nas recanãm-criada as informações dizendo como dobrar e exercer controle em nanoescala sobre algum aspecto da química celular.

O trabalho anterior de Carter com o TrpRS levou a uma revisão fundamental de como a codificação genanãtica começou. Neste artigo, Carter investiga como o TrpRS imita o dema´nio de Maxwell. Os detalhes que ele descreve podem representar uma solução para o problema mais geral de como toda a energia nos seres vivos étransformada de combusta­vel em trabalho útil, como contração muscular, reações biossintanãticas que constroem novas moléculas exigidas pela canãlula ou informações gerenciadas por redes de sinalização. impulsionado pela hidra³lise de um combusta­vel relacionado - trifosfato deuanosina (GTP) - que mantanãm a química celular sob ra­gido controle regulata³rio.

O TrpRS possui várias partes ma³veis que identificam o triptofano e o anexam especificamente ao RNA de transferaªncia correto se e somente se os movimentos relativos de certas partes flexa­veis e varia¡veis ​​da protea­na denominada "doma­nios" estiverem fortemente acoplados a  hidra³lise do ATP. Esses doma­nios são dina¢micos. Como eles se dobram e se movem échamado de "movimento do doma­nio". Carter mostra como o movimento do doma­nio em geral e a hidra³lise do ATP dependem da conclusão do outro.

A hidra³lise do ATP não pode ocorrer a menos que ocorra o movimento do doma­nio, mas o pra³prio movimento do doma­nio não pode ocorrer a menos que o ATP seja hidrolisado. Paradoxalmente, as duas condições, ou "portaµes", ocorrem em coordenação. Carter chama essa dependaªncia bidirecional de "bloqueio reca­proco".

"Esse acoplamento apertado écomo o 'mecanismo de escape' em um rela³gio meca¢nico (veja a figura)", disse Carter. "Os dois tipos de portaµes funcionam como as duas placas verdes, cada uma permitindo que a engrenagem principal da" coroa "deslize uma engrenagem de cada vez, mas apenas em uma direção, a  medida que o paªndulo oscila. a‰ assim que um rela³gio converte a energia do desenrolamento o peso ao redor do eixo da coroa, conduzindo o paªndulo a um dispositivo de controle de tempo ".

Os cientistas estãocada vez mais reconhecendo os mecanismos de escape como fundamentais para todos os processos celulares conduzidos pela hidra³lise de moléculas de combusta­vel como ATP e GTP. O trabalho de Carter mostra pela primeira vez exatamente como os movimentos do doma­nio são eficientemente coordenados com o consumo do combusta­vel. Notavelmente, a superfamilia da GTPase também inclui uma alta proporção de oncogenes conhecidos cujas mutações fazem com que seus mecanismos de escape funcionem suficientemente para causar ca¢ncer.

"a‰ prova¡vel que a maioria ou todos os motores e dispositivos de sinalização da vida que usam ATP ou GTP exibam mecanismos de bloqueio compara¡veis", disse Carter. "Os cientistas sabem há75 anos que esses mecanismos devem existir. a‰ emocionante descobrir um exemplo tão completo de como os mecanismos de bloqueio funcionam juntos para garantir que desperdia§amos tão pouco do combusta­vel que consumimos".