Hidrólise de aminoácidos ramificados - Revisado

Considerações sobre a estabilidade dos monômeros dos peptídeos

É imperativo distinguir a hidrólise dos aminoácidos ramificados (BCAAs) da hidrólise da ligação peptídica, esta última caracterizada pela clivagem de um grupo amida.[1] Uma consulta a fontes referenciais permite delimitar o escopo do tema, especialmente para leitores menos familiarizados com a Química Orgânica.

“Ligações amida constituem uma característica que define as moléculas de proteínas, a estrutura secundária das quais é devida, em parte, às capacidades das ligações de hidrogênio das amidas. Ligações amida em um contexto bioquímico são chamadas de ligações peptídicas quando ocorrem na cadeia principal de uma proteína e ligações isopéptideas quando elas ocorrem em uma cadeia lateral da proteína.”[2]

Da mesma fonte, destaca-se um ponto crucial para esta análise: “A ligação amida é formada facilmente, confere rigidez estrutural, e resiste à hidrólise.”[2]

A literatura reforça que ácidos minerais fortes podem hidrolisar prontamente ligações peptídicas. Contudo, certas proteínas exibem resistência extrema. Um exemplo notório é a Ribonuclease A:

“Os ácidos minerais fortes podem prontamente hidrolisar as ligações peptídicas em proteínas. No entanto, algumas proteínas são extremamente resistentes à hidrólise. Um exemplo bem conhecido é a ribonuclease A, e um método para a sua purificação envolve o tratamento de extractos em bruto com ácido sulfúrico quente de modo a que outras proteínas tornam-se degradado enquanto a ribonuclease A é deixada intacta.”[3] Tais dados são corroborados por repositórios de alta confiança, como o Protein Data Bank.[4]

Observemos que a ribonuclease (RNase) é crucial na hipótese do Mundo do RNA, que sugere ter sido o RNA a primeira molécula da vida, capaz de armazenar informação e catalisar reações (como ribozimas) antes do surgimento do DNA e das proteínas. Enquanto a RNase atua na degradação do RNA, sua existência e a capacidade do RNA de se auto-organizar em sistemas complexos demonstram como o RNA primordial pode ter evoluído, catalisando a formação de proteínas e a replicação. Esse processo culminou no surgimento da primeira célula, com as RNases atuando na regulação desse ciclo vital.

Nesse sentido, polímeros de aminoácidos não são hidrolisados de forma trivial. Tecidos colagênicos, por exemplo, mostram-se resilientes a soluções ácidas e alcalinas, sofrendo degradação significativa apenas sob condições cáusticas severas. Proteínas como a queratina elevam essa resistência à água ao associar essa estabilidade à presença de pontes de dissulfeto — ligações entre radicais altamente reativos que impõem desafios mesmo aos organismos decompositores mais agressivos. Historicamente, o ambiente marinho favoreceu a sobrevivência de seres com alto teor hídrico e paredes constitutivas frágeis, como os cnidários, que dependem dessa estabilidade química.[5][6]

Mesmo em ambientes extremos, microorganismos extremófilos e animais complexos, como a Poecilia sulphuraria, prosperam em meios ricos em sulfetos e, consequentemente, ácidos.[7][8]

Portanto, ao tratarmos da degradação por hidrólise, devemos examinar a natureza dos aminoácidos de cadeia ramificada: leucina, isoleucina e valina. Ao compararmos suas estruturas, evidenciamos que o "ramo" que define a especificidade de cada um aponta para a mesma direção em suas cadeias laterais.

Observa-se que a estrutura básica do aminoácido é idêntica; a diferenciação reside na ramificação, que é um hidrocarboneto saturado — um grupo alquila "puro". A leucina apresenta um grupamento isobutila, a isoleucina um sec-butila e a valina um isopropila. (Nota: Seria esta uma origem de síntese comum?)

Aqui, evocamos um princípio clássico da reatividade química, especialmente relacionada com questões ambientais: "Algumas classes de poluentes são geralmente resistentes à hidrólise, tais como os alcanos."[9]

Se essas cadeias laterais são estruturas apolares, alquílicas e, quimicamente, alcanos, como se poderia sustentar a ocorrência de hidrólise sobre elas? Conclui-se que a hidrólise não é um processo que altere a estrutura desses aminoácidos em condições fisiológicas ou ambientais comuns. O que ocorre é, exclusivamente, a clivagem da cadeia peptídica — um processo tão fundamental que a absorção de dipeptídeos resultantes é realizada até por fitoplânctons.[10]

Referências

1. IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"). Compiled by A. D. McNaught and A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). XML on-line corrected version: http://goldbook.iupac.org (2006-) created by M. Nic, J. Jirat, B. Kosata; updates compiled by A. Jenkins. ISBN 0-9678550-9-8. doi:10.1351/goldbook.

2. en.wikipedia.org - Amide

3. en.wikipedia.org - Proteolysis

4. "Ribonuclease A". Protein Data Bank.

5. E. J. VAN SCOTT, M.D.; PETER FLESCH, M.D., Ph.D.; SULFHYDRYL GROUPS AND DISULFIDE LINKAGES IN NORMAL AND PATHOLOGICAL KERATINIZATION; AMA Arch Derm Syphilol. 1954;70(2):141-154. doi:10.1001/archderm.1954.01540200001001.
http://archderm.jamanetwork.com/article.aspx?articleid=524062

6. Dr. Jiří Kunert; Biochemical mechanism of keratin degradation by the actinomycete Streptomyces fradiae and the fungus Microsporum gypseum: A comparison; Journal of Basic Microbiology, Volume 29, Issue 9, pages 597–604, 1989 - DOI: 10.1002/jobm.3620290909

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jobm.3620290909/abstract

7. Tobler, M., R. Riesch, F. J. Garcia de Léon, I. Schlupp & M. Plath (2008): Two endemic and endangered fishes, Poecilia sulphuraria (Alvarez, 1948) andGambusia eurystoma Miller, 1975 (Poeciliidae, Teleostei), as only survivors in a small sulphidic habitat. Journal of Fish Biology 72 (3): 523-533. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1095-8649.2007.01716.x/abstract

8. Iliuta Alexandru; SULPHUROUS MINERAL WATERS; Balneo-Research Journal Vol.2, Nr.3, 2011. http://bioclima.ro/J232.pdf

9. Pedro J. Alvarez, Walter A. Illman; Bioremediation and Natural Attenuation: Process Fundamentals and Mathematical Models; John Wiley & Sons, 2005. pág. 27
books.google.com.br

10. Margaret R. Mulholland and Cindy Leeb; Peptide hydrolysis and the uptake of dipeptides by phytoplankton; Limnol. Oceanogr., 54(3), 2009, 856–868. 

http://www.aslo.org/lo/toc/vol_54/issue_3/0856.pdf

Extras

O Papel do RNA no Mundo Primitivo

• Dupla Função: Na hipótese do Mundo do RNA, o RNA não só guardava a informação genética (como o DNA), mas também agia como uma enzima (ribozima) para acelerar reações químicas, inclusive sua própria cópia.

• Surgimento das Proteínas: Essas ribozimas catalisaram a formação de proteínas (a partir de aminoácidos) e, eventualmente, a síntese do DNA, marcando a transição para o mundo atual (DNA, RNA e proteínas). 

O Papel Específico da Ribonuclease (RNase)

• Degradação e Regulação: A RNase é uma enzima que quebra o RNA (RNA-ase). No contexto da origem da vida, as RNases não só degradam o RNA, mas também participam da regulação de processos celulares e do processamento de outras moléculas de RNA (como o RNA ribossômico), sendo essenciais para o controle do ciclo celular e a manutenção da homeostase molecular. 

• Evolução de Sistemas Complexos: A presença de RNases em sistemas primitivos teria sido crucial para controlar a abundância e a atividade de diferentes RNAs, permitindo a evolução de redes regulatórias e a seleção de moléculas mais eficientes, culminando na vida como a conhecemos. 

Em Resumo: Enquanto ribozimas (RNAs catalíticos) construíam o mundo primitivo, as ribonucleases (enzimas que degradam RNA) atuavam como mecanismos de controle e processamento, possibilitando a evolução e a complexidade do sistema do Mundo do RNA, que eventualmente deu origem às células modernas.  

A seguidamente afirmada “hidrólise mortal” e o paradoxo da água

Michael Marshall. How the first life on Earth survived its biggest threat — water - 09 December 2020. 

Living things depend on water, but it breaks down DNA and other key molecules. So how did the earliest cells deal with the water paradox?

https://www.nature.com/articles/d41586-020-03461-4  https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33299201/ 

 
Divulgação:

Nicolas M. Morato. Water was both essential and a barrier to early life on Earth. The role of microdroplets. 03/11/2022
https://smartwatermagazine.com/blogs/nicolas-m-morato/water-was-both-essential-and-a-barrier-early-life-earth-role-microdroplets 

O Nó Górdio: Condensação vs. Hidrólise

Para formar polímeros essenciais (proteínas, DNA, açúcares complexos), as moléculas individuais (monômeros) precisam se unir através de uma reação de condensação (ou síntese por desidratação).

Nesse processo, dois aminoácidos se aproximam e, para criar uma ligação peptídica, eles "expulsam" uma molécula de água (H2O).

O Problema

Se você está em um oceano primordial saturado de água, a termodinâmica joga contra você. Pelo Princípio de Le Chatelier, em um ambiente cheio de água, a reação tende a favorecer a hidrólise (a quebra da ligação pela adição de água) em vez da condensação. É como tentar secar uma toalha dentro de um aquário.

A Solução das Microgotículas: Onde o "Seco" encontra o "Molhado"

O estudo que você trouxe oferece uma solução elegante que dispensa cenários geológicos raros (como vulcões específicos ou poças que secam e enchem). A chave está na interface ar-água.

Por que as microgotículas funcionam?

1. Razão Superfície/Volume: Quanto menor a gota, maior a proporção de sua "casca" em relação ao interior.

2. A "Borda" Reativa: Na superfície da gota, as moléculas de água não estão cercadas por outras moléculas de água por todos os lados. Isso cria um estado de solmatação parcial.

3. Campos Elétricos: A interface entre a água e o ar gera campos elétricos naturais intensos que podem organizar as moléculas e catalisar reações sem a necessidade de enzimas (que ainda não existiam!).

4. O Efeito de Secagem: Na borda da gota, a perda da molécula de água necessária para a condensação é energeticamente muito mais favorável do que nas profundezas do oceano. A gota age como um micro-reator.

Seleção Natural: Indivíduo vs. População

Esse texto nasceu de uma dúvida em um grupo de WhatsApp:

É mais coerente dizer que a seleção natural atua sobre a população ou sobre indivíduos de uma espécie?

Como veremos, a resposta a essa questão é bem mais detalhada do que pode parecer, e a complexidade dessa resposta tem relação com a questão profunda da complexidade epistemológica da Teoria da Evolução.

Essa é uma das discussões mais fundamentais da biologia evolutiva. Embora existam debates sobre "seleção de grupo", o consenso científico atual é que a seleção natural atua primariamente sobre o indivíduo, mas seus efeitos são medidos na população.

Para entender por que a balança pende para o indivíduo, precisamos analisar os níveis de seleção:

1. O Indivíduo como a Unidade de Seleção

A seleção natural atua sobre o fenótipo (as características físicas e comportamentais) do indivíduo. É o indivíduo que sobrevive ou morre, e é ele quem consegue — ou não — se reproduzir.

• Diferencial Reprodutivo: Se um indivíduo possui uma mutação que o torna mais veloz para escapar de um predador, aquele indivíduo específico terá mais chances de chegar à idade adulta e passar seus genes adiante.

• Concorrência Interna: Frequentemente, a seleção mais forte ocorre entre indivíduos da mesma espécie que competem pelos mesmos recursos limitados.

2. A População como a Unidade de Evolução

Embora a seleção atue no indivíduo, o indivíduo não evolui. Ele nasce e morre com o mesmo patrimônio genético.

A evolução é definida como a mudança nas frequências alélicas (versões de genes) de uma população ao longo do tempo. Portanto:

• O indivíduo é selecionado.

• A população evolui.

O Debate: Seleção de Grupo vs. Seleção Individual

Alguns teóricos sugeriram que a seleção poderia atuar sobre o grupo (população). Por exemplo: "Um grupo de animais que limita sua reprodução para não esgotar os recursos teria mais chances de sobreviver do que um grupo egoísta".

No entanto, essa ideia enfrenta um problema lógico chamado "Subversão Interna":

Se, dentro desse grupo "altruísta", surgir um único indivíduo "egoísta" que se reproduz sem parar, ele terá mais descendentes que os outros. Rapidamente, os genes do "egoísta" dominarão a população, e a característica de grupo se perderá.

Por isso, a maioria dos biólogos (como Richard Dawkins em O Gene Egoísta) defende que a seleção ocorre no nível mais baixo possível: o indivíduo ou, de forma ainda mais fundamental, o gene.

Nível	Papel na Evolução
Gene	A unidade de herança (o que é replicado).
Indivíduo	O alvo da seleção (quem enfrenta o ambiente).
População	Onde a evolução se manifesta (mudança estatística).

Uma observação sobre modelos

O interessante é que só podemos modelar a evolução por Estatística, o que já conduz imediatamente a um número de indivíduos, ou seja, uma população. 

Essa é uma observação importante e toca no cerne da Síntese Moderna da biologia. Embora a "luta pela sobrevivência" seja um drama individual, a evolução é, por definição, um fenômeno estatístico e populacional.

Existem alguns pontos fundamentais que conectam essa visão estatística à Biologia:

1. A Lei dos Grandes Números

A seleção natural operando sobre um único indivíduo é indistinguível do acaso (deriva genética). Um indivíduo com genes "superiores" pode morrer por um acidente fortuito (um raio, por exemplo) antes de se reproduzir. A "força" da seleção natural só se torna visível — e modelável — quando olhamos para as probabilidades em uma massa de indivíduos. A estatística filtra o "ruído" do destino individual para revelar o "sinal" da adaptação genética.

2. Genética de Populações

Como bem notamos, não existe "equilíbrio de Hardy-Weinberg" para um indivíduo. As ferramentas que usamos para entender a evolução (frequências alélicas, variância, valores de fitness) são propriedades emergentes do coletivo. Sem a população, a Biologia Evolutiva seria apenas uma coleção de biografias de seres vivos; com a estatística, ela se torna uma ciência preditiva.

3. O Indivíduo como "Amostra"

Na modelagem matemática, o indivíduo funciona como uma "unidade de amostragem". A seleção natural "escolhe" amostras do conjunto de genes da população. Se a estatística favorece certas características, a próxima geração ("a próxima rodada de amostragem") terá uma distribuição diferente. 

Extra

A Complexidade Epistemológica da Teoria da Evolução

A dificuldade em definir se a seleção atua sobre o indivíduo ou sobre a população não é apenas uma questão de semântica, mas um desafio epistemológico profundo. A Teoria da Evolução opera em múltiplos níveis de abstração que se sobrepõem:

1. A Dualidade Causal-Estatística: A seleção natural é, ao mesmo tempo, um processo causal (interações físicas e biológicas no mundo real, onde um indivíduo morre ou procria) e um modelo estatístico (mudanças nas frequências alélicas). O desafio reside em conciliar o "drama individual" da sobrevivência com a "frieza matemática" das distribuições populacionais.

2. O Problema da Unidade de Seleção: Ao admitirmos que a evolução é modelada por estatística, somos forçados a questionar qual é a real unidade de análise. Seria o gene (como replicador), o indivíduo (como veículo de interação) ou a espécie (como linhagem histórica)? Cada nível de análise oferece uma "verdade" diferente sobre o processo evolutivo.

3. Natureza Probabilística vs. Determinística: Epistemologicamente, a evolução nos obriga a lidar com o acaso (deriva genética) e a necessidade (seleção natural). Modelar a evolução é tentar prever o comportamento de um sistema complexo onde o evento aleatório individual pode alterar permanentemente a trajetória estatística de todo um grupo.

Por que a Ficção Científica não é Profecia

A ficção científica não é uma luneta apontada para o amanhã, mas um espelho deformante posicionado no hoje.

Existe um vício de leitura que insiste em tratar clássicos como 1984 ou Admirável Mundo Novo como se fossem boletins meteorológicos do futuro. Ao menor sinal de que o ano de 1984* passou sem que um "Grande Irmão" literal dominasse cada tela, ou que a biotecnologia não seguiu exatamente os tubos de ensaio de Huxley, surge o veredito apressado: "Eles erraram o futuro". O problema desse julgamento não está na obra, mas na incompreensão das funções fundamentais do gênero. Ficção científica é tão profecia quanto mitologia é relato histórico.

A Miragem do "Acerto"

O primeiro grande equívoco é acreditar que a FC tem o dever da antecipação técnica. Se a ciência lida com o quê e o como, a ficção científica lida com o "e se?".** Ela não é uma luneta apontada para o amanhã, mas um espelho deformante posicionado no hoje. Quando Orwell escreveu sobre a teletela, ele não estava tentando prever a Smart TV; ele estava explorando a angústia da perda de privacidade e a maleabilidade da verdade sob regimes autoritários de 1948. A obra "acerta" não quando o gadget se materializa, mas quando o sentimento de vigilância que ela descreveu se torna uma categoria do pensamento humano.

O Relógio de Winston Smith (Spoiler)

É curioso notar que a crítica sobre o "erro" cronológico de Orwell ignora um detalhe fundamental: em 1984, o protagonista admite não ter certeza de que o ano é realmente 1984. Em um mundo onde o Partido controla o passado, a noção de tempo linear foi destruída. Orwell nos avisa: o título não é uma data, mas a representação de um presente perpétuo e manipulável. O erro não é do autor, mas do leitor que busca precisão histórica na aniquilação da própria história.

O Mito como Método

A comparação com a mitologia é precisa porque ambos os gêneros buscam dar sentido a forças que escapam ao controle imediato do homem. Assim como o mito de Prometeu não é um manual sobre como produzir fogo, mas uma reflexão sobre a audácia e o custo do conhecimento, a FC cria arquétipos tecnológicos. O "Grande Irmão", o "Admirável Mundo Novo" ou o "Cyberpunk" não são previsões falhas; são topografias morais. Eles servem para mapear os limites da nossa ética frente ao progresso. Se a inação diante do sofrimento alheio é uma falha moral no presente, a ficção científica projeta essa inação em escala planetária ou galáctica para que possamos enxergar o monstro com mais clareza. 

A História Alternativa e o Experimento Mental

A prova definitiva de que a FC não está presa ao futuro é o gênero da História Alternativa. Obras como O Homem do Castelo Alto, de Philip K. Dick, tratam de como o mundo seria se fatos históricos tivessem sido alterados — no caso, a vitória da Alemanha e do Japão na 2ª Guerra Mundial. Aqui, o foco é entender a natureza do poder e da opressão em um universo alternativo. Se o gênero se dedica a "prever" passados que nunca existiram, como poderíamos exigir que sua função principal fosse adivinhar o futuro?

A Função da Extrapolação (e não da Prevenção)

A FC também não é um manual de instruções ou um "alerta" utilitário. Sua função não é impedir que o futuro aconteça — embora possa servir como vacina intelectual —, mas sim explorar as consequências da natureza humana sob condições extremas. Ela não tem o dever de ser "otimista" ou "pessimista", termos que pertencem à economia e à política. Seu compromisso é com a coerência de sua própria premissa: se a humanidade possuísse X, como ela se comportaria em relação a Y?

Conclusão: O Presente como Destino Final

Em última análise, a ficção científica é uma literatura do presente. Ela usa o futuro como um laboratório isolado onde variáveis podem ser manipuladas para testar o que resta de essencial no ser humano. Exigir que ela "acerte" o futuro é diminuí-la a um exercício de adivinhação, ignorando sua verdadeira potência: a de ser a mitologia da era tecnológica, capaz de traduzir nossos medos mais profundos em metáforas de metal, silício e neon.