4.12: Quiralidade na natureza

A quiralidade é o aspecto mais intrigante e essencial da natureza, governando os processos bioquímicos da vida com precisão. Pode ser observada desde o padrão da concha de um caracol em um mundo macroscópico até um aminoácido, o menor bloco de construção da vida. A maioria dos caracóis ao redor do mundo tem conchas enroladas para a direita devido à quiralidade intrínseca em seus genes. Todos os aminoácidos presentes no corpo humano existem em estado enantiomericamente puro, exceto a glicina - o único aminoácido aquiral. A quiralidade dos aminoácidos tem uma consequência significativa na simetria e na função das proteínas e enzimas naturais. Com 268 centros quirais, a quimotripsina humana poderia existir em 2²⁶⁸ configurações possíveis se cada aminoácido assumisse uma das formas enantioméricas. No entanto, o papel da quiralidade determinou uma única quimotripsina quiral como enzima digestiva seletiva.

Outro aspecto crítico na cascata de processos bioquímicos é que a maioria das enzimas interage apenas com um dos enantiômeros devido à sua quiralidade. Consequentemente, surge a enantiosseletividade, semelhante a um mecanismo de chave-fechadura, onde apenas um enantiômero pode caber no sítio de ligação da enzima. Isso tem uma implicação significativa no domínio da criação de medicamentos, onde cada enantiômero pode induzir um efeito diferente. O papel da quiralidade foi revelado de forma devastadora há quase cinco décadas, quando o medicamento talidomida foi prescrito para o tratamento dos enjoos matinais em mulheres grávidas. Desde então, as propriedades de cada enantiômero têm sido verificadas para cada medicamento desenvolvido.

Mais interessante é que esse aspecto da quiralidade se estende do microcosmo ao macrocosmo. Quando Pasteur descobriu a conexão entre a atividade óptica e a quiralidade molecular, ele conjecturou que até mesmo as forças da natureza são quirais. Isso agora foi comprovado em todo o universo das interações fracas entre partículas fundamentais, que podem violar a simetria de paridade.

Já notou os padrões na concha de um caracol de jardim? Com toda a probabilidade, a concha será enrolada à direita. De fato, em Londres, quando um caracol enrolado à esquerda foi descoberto, era tão raro que uma campanha mundial foi lançada para encontrar um companheiro enrolado à esquerda.

De fato, quase todos os caracóis em todo o mundo têm conchas enroladas à direita - uma consequência da quiralidade intrínseca de seus genes.

Como os caracóis, a maioria dos produtos naturais e biomoléculas são quirais. Por exemplo, todos os aminoácidos presentes em nosso corpo existem como enantiômeros únicos, exceto o único aminoácido aquiral, a glicina.

Os aminoácidos são os blocos de construção das proteínas; como tal, a quiralidade dos aminoácidos tem consequências significativas na simetria e função de todas as proteínas e enzimas que ocorrem naturalmente.

Considere o caso da quimotripsina, uma enzima digestiva encontrada no intestino de muitos animais. A quimotripsina humana, com 268 aminoácidos na sequência, possui 268 centros quirais.

Se cada um desses aminoácidos pudesse existir em qualquer uma de suas duas formas enantioméricas, a quimotripsina humana teria^2.268 configurações possíveis. Felizmente, os aminoácidos existem como enantiômeros únicos em nosso corpo e, portanto, a quimotripsina está presente em apenas uma configuração quiral.

Devido à quiralidade de sua estrutura, a maioria das enzimas, como a quimotripsina, reage especificamente com apenas um dos dois enantiômeros de uma molécula. Essa enantiosseletividade surge quando apenas um dos enantiômeros pode caber no local de ligação da enzima, análogo a um mecanismo de fechadura e chave.

Assim, os enantiômeros de uma molécula de droga podem invocar diferentes respostas biológicas no corpo. Por exemplo, enquanto o enantiômero S do medicamento naproxeno tem propriedades anti-inflamatórias, o enantiômero R do naproxeno é uma toxina hepática. Assim, o naproxeno é vendido como um único enantiômero.

Alguns medicamentos, como o ibuprofeno, são vendidos como misturas racêmicas. Aqui, enquanto o enantiômero S é o agente ativo, o enantiômero R é inativo e inofensivo.