Os ritmos circadianos são oscilações internas naturais que sincronizam os comportamentos e processos fisiológicos de um organismo com seu ambiente. Esses ritmos normalmente têm um período de 24 horas e são regulados por relógios químicos internos que respondem a sinais externos ao corpo, como a luz.

Embora bem estudados em animais, plantas e bactérias, todos os ritmos circadianos compartilham uma propriedade enigmática – o período de oscilação não é significativamente afetado pela temperatura, embora a taxa da maioria das reações bioquímicas mude exponencialmente com a temperatura. Isso indica claramente que algum tipo de mecanismo de compensação de temperatura está em jogo. Curiosamente, alguns cientistas conseguiram replicar essas qualidades invariantes à temperatura em certas reações químicas oscilantes . No entanto, essas reações são frequentemente problemáticas e requerem ajustes extremamente precisos para os produtos químicos reagentes.

Mas e se houvesse uma maneira mais simples de obter compensação de temperatura em uma reação química oscilante? Em um estudo recente publicado no Scientific Reports , uma equipe de pesquisadores, incluindo o professor assistente Yuhei Yamada, do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech), Japão, teve uma ideia inteligente para um mecanismo de compensação de temperatura usando uma reação chamada Belousov-Zhabotinsky ( BZ) reação oscilante.

A chave para sua abordagem está em géis macios e sensíveis à temperatura feitos de poli(N-isopropilacrilamida), ou PNIPAAm para abreviar, nos quais a reação BZ pode ocorrer. Esses géis consistem em filamentos poliméricos que podem acomodar um determinado volume de solvente. No entanto, como esses géis encolhem à medida que a temperatura aumenta, a quantidade de solvente contida no gel diminui à medida que a temperatura aumenta .

Os pesquisadores exploraram essa propriedade dos géis PNIPAAm adicionando sítios de rutênio (Ru) em seus polímeros constituintes. A natureza periódica da reação particular do BZ que os pesquisadores estudaram depende parcialmente da oxidação e redução de íons de rutênio (Ru). Assim, a velocidade desta reação é afetada pelas concentrações relativas de solvente e Ru. Como os géis de PNIPAAm podem acomodar menos solvente quando encolhem, a concentração relativa de Ru nos géis aumenta com a temperatura.

Como a equipe de pesquisa demonstrou por meio de medições experimentais e uma análise matemática completa, os efeitos acima mencionados se combinam para formar um mecanismo de compensação de temperatura que torna o período da reação BZ não afetado por mudanças na temperatura. "Os géis BZ preparados exibiram compensabilidade de temperatura assim como os ritmos circadianos observados em organismos vivos", comenta Yamada.

No geral, este estudo demonstra uma maneira completamente nova de obter compensação de temperatura em relógios biológicos artificiais com base em reações periódicas. Curiosamente, é até possível que mecanismos de compensação de temperatura semelhantes usando corpos moles sensíveis à temperatura existam em sistemas biológicos na natureza, como explica Yamada: “Nosso estudo sugere que a compensação de temperatura pode ser naturalmente autossustentável por meio do sistema de saída da maquinaria circadiana. pode explicar por que a compensação de temperatura é uma propriedade universal dos ritmos circadianos observados em animais, plantas e bactérias, independentemente das espécies moleculares envolvidas."