A química quântica que acontece dentro de seus olhos protege contra a perda de visão

A química quântica que acontece dentro de seus olhos protege contra a perda de visão

Felizmente, o pigmento responsável por escurecer nossos cabelos, pele e olhos brilha como uma equipe de limpeza, limpando um desses compostos perigosos antes que se acumule em aglomerados prejudiciais.

Uma investigação de pesquisadores da Universidade de Tübingen, na Alemanha, e da Universidade de Yale revelou que o processo de remoção é um tanto incomum no que diz respeito à bioquímica, contando com uma estranha peculiaridade do comportamento quântico.

Alinhando a parede posterior da superfície interna do nosso globo ocular está um tapete felpudo de células reativas à luz chamado retina . Cada fibra deste tapete é embalada com pilhas de discos semelhantes a panquecas contendo uma substância crucial que capta fótons de luz, iniciando uma cadeia de reações que resulta em um impulso nervoso que o cérebro interpreta como visão.

O primeiro passo neste processo de conversão é surpreendentemente perigoso. A substância, chamada retinal, se contorce em uma forma que interfere nas funções da célula , tornando-se efetivamente uma toxina.

A evolução nos preparou para esse inconveniente, fornecendo enzimas que transformam a forma retorcida da retina em uma forma segura e prática. Além do mais, o olho recicla constantemente as pilhas de discos, desmontando de um lado e embaralhando novos pacotes sensíveis à luz no lugar do outro.

Por mais eficiente que seja esse processo, ele está longe de ser perfeito. Em pessoas com uma condição rara chamada doença de Stargardt , uma única enzima deficiente causa um acúmulo de produtos tóxicos que levam à perda da visão clara na área focal da retina.

Mesmo em indivíduos com um conjunto funcional de enzimas que realizam o trabalho da forma mais eficiente possível, uma lacuna no processo de degradação corre o risco de outro composto potencialmente perigoso chamado lipofuscina se acumular e formar aglomerados perigosos.

Mais uma vez, a evolução tem uma resposta, aparentemente na forma do pigmento escuro melanina , que foi visto combinado com grânulos de lipofuscina nas retinas de indivíduos mais velhos.

“Está começando a parecer que a melanina é a solução da natureza para uma variedade de desafios da biologia”, diz o radiologista terapêutico de Yale, Douglas E. Brash.

O efeito da melanina pode diminuir à medida que envelhecemos. Com o tempo, esses agregados podem causar a deterioração do tecido, desta vez levando a uma forma muito mais comum de deficiência visual, a degeneração macular relacionada à idade (DMRI).

Embora estudos anteriores de outros membros do grupo de pesquisa apoiem o papel do pigmento na eliminação da lipofuscina, o mecanismo por trás da quebra permanece um mistério.

Uma pista pode ser encontrada na pesquisa revelando que a lipofuscina se desfaz após a introdução de reagentes que produzem formas altamente reativas de oxigênio chamadas radicais.

Sozinhos, os elétrons da melanina não estão em um estado de energia alto o suficiente para realizar tal tarefa, sendo bloqueados por leis da física quântica que os mantêm relativamente aterrados.

Mas há uma brecha bastante curiosa. Chamado quimexcitação , envolve a impressão quântica de materiais adicionais combinados de uma maneira que aumenta os elétrons além dos níveis que normalmente seriam evitados, permitindo que a melanina fique um pouco excitada e produza radicais de oxigênio quando necessário.

“Essas reações químicas quânticas excitam um elétron de melanina a um estado de alta energia e invertem seu spin, permitindo uma química incomum posteriormente”, diz Brash.

LEIA TAMBÉM: Pesquisadores trazem células do olho humano de volta à vida

O processo em si não é desconhecido na biologia , embora geralmente seja reservado como uma maneira de chutar os elétrons para cima o suficiente para gerar luz quando eles voltam gritando. Deixando de lado a bioluminescência, seu papel em outras vias – incluindo as que envolvem a melanina – só agora está sendo compreendido.

Combinando microscopia eletrônica de alta resolução, genética e farmacologia, Brash e seus colegas traçaram as origens dos grânulos de melanina e lipofuscina e demonstraram o lugar da melanina na via de remoção de compostos perigosos – mas também mostraram que a melanina usou seu estado quântico para degradar lipofuscina.

Idealmente, o conhecimento pode ser aplicado na busca de produtos farmacêuticos que possam servir como uma alternativa à melanina em indivíduos idosos, quebrando a lipofuscina antes que ela cause estragos nos tecidos da retina.

“Por 30 anos eu estava convencido de que os melanossomos – as organelas nas células que criam a melanina – degradam a lipofuscina, mas não conseguia identificar um mecanismo”, diz o autor sênior do estudo, Ulrich Schraermeyer, oftalmologista experimental da Universidade de Tübingen.

“A quimioexcitação é o elo perdido e deve nos deixar contornar o problema que a DMRI começa quando a melanina do olho diminui com a idade. Uma droga que é quimiexcitada diretamente pode ser um avanço para nossos pacientes”.

Esta pesquisa foi publicada no PNAS