Pesquisadores da Universidade Rice descobriram uma simetria oculta nas equações químicas cinanãticas que os cientistas costumam usar para modelar e estudar muitos dos processos químicos essenciais a  vida.

A descoberta tem implicações para o design de medicamentos, genanãtica e pesquisa biomédica e édescrita em um estudo publicado este maªs no Proceedings da Academia Nacional de Ciências . Para ilustrar as ramificações biológicas, os co-autores do estudo, Oleg Igoshin, Anatoly Kolomeisky e Joel Mallory, do Centro de Fa­sica Biola³gica Tea³rica (CTBP) de Rice, usaram três exemplos abrangentes: dobragem de protea­nas, cata¡lise enzima¡tica e eficiência de protea­nas motoras.

Em cada caso, os pesquisadores demonstraram que uma simples razãomatemática mostra que a probabilidade de erros écontrolada pela cinanãtica, e não pela termodina¢mica.

"Pode ser uma protea­na dobrada na conformação correta versus incorreta, uma enzima que incorpora o aminoa¡cido certo versus errado na cadeia polipepta­dica ou uma protea­na motora dando um passo atrás para trás em vez de seguir adiante", disse Igoshin, investigador da CTBP e professor de bioengenharia da Rice. "Todas essas propriedades podem ser expressas como uma razãode dois fluxos de estado estaciona¡rio, e descobrimos que as propriedades biológicas expressas nesses termos estãosob controle cinanãtico".

O exemplo de dobragem de protea­nas ilustra as implicações para o design de medicamentos . Todas as protea­nas se dobram em uma forma caracterí­stica e uma fração se desdobra na forma errada. O desdobramento de protea­nas estãoimplicado em algumas doenças e doenças genanãticas heredita¡rias, e os fabricantes de medicamentos estãointeressados ​​em fabricar medicamentos que possam reduzir as chances de desdobramento de protea­nas.

Antes de dobrar, uma protea­na tem energia, como uma bola no topo de uma colina. Dobrar éa descida deste ponto de partida de alta energia para o local onde a bola para de rolar. Os químicos costumam usar um auxa­lio visual chamado "cena¡rio de energia livre" para mapear os na­veis de energia em reações químicas. A paisagem parece uma cordilheira com picos e vales, e a descida do ponto de partida desdobrado de uma protea­na atéo ponto de chegada totalmente dobrado pode parecer uma estrada de montanha que serpenteia por uma sanãrie de vales. Mesmo que uma cidade ao longo da estrada tenha uma altitude mais baixa, um viajante pode ter que subir morros para ir de um vale a outro no caminho descendente.

"Mostramos que são as barreiras, os pontos altos entre os vales, que determinam essas proporções", disse Igoshin. "As profundezas dos vales não importam.

"Se vocêdeseja obter um medicamento que ajude uma protea­na a dobrar corretamente, por exemplo, nossa previsão éde que o medicamento deve ser capaz de reduzir uma barreira ao longo do caminho da dobra", disse ele. "Se isso afeta apenas os vales, por exemplo, melhorando a estabilidade de algumas conformações intermedia¡rias ao longo do caminho da dobra, não altera a proporção de vezes que a protea­na se dobra corretamente versus incorretamente".

Igoshin disse que o trabalho decorreu de um estudo de 2017 em que ele, Kolomeisky e o ex-pesquisador de pa³s-doutorado da CTBP Kinshuk Banerjee mostraram que a precisão da cata¡lise enzima¡tica era cineticamente controlada. Igoshin descreveu a descoberta como um "tipo de simetria subjacente de equações".

"Se vocêobservar as proporções de fluxos, obtanãm esse cancelamento interessante, e todos os termos que tem a ver com esses valores são cancelados e a invaria¢ncia", disse ele. "Quando obtivemos esse resultado, ele nos pareceu contra-intuitivo. Então, não ta­nhamos certeza se era uma coincidaªncia, porque no artigo anterior o mostramos apenas por dois esquemas cinanãticos específicos. Agora, o trabalho de Joel mostrou que pode ser generalizado a essa ampla gama de sistemas ".

Igoshin disse que a simetria "não era tão difa­cil de provar, mas ninguanãm percebeu isso antes".

"Acho que éum resultado fa­sico muito interessante que tem grandes implicações na biologia", disse ele. "Isso poderia ajudar a definir os limites do que épossí­vel em termos de controle e otimização das propriedades noníveldo sistema em muitos processos biola³gicos".