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Catalisadores: da guerra química à medicina

Do grego “katálysis”, o termo foi associado a guerras e destruição, mas a ciência deu um novo significado a esses elementos químicos fundamentais

Enzimas: os anticorpos catalíticos, também conhecidos como abzimas, constituem uma classe singular de proteínas capazes de catalisar reações químicas de maneira análoga. (JUAN GAERTNER/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Getty Images)

Enzimas: os anticorpos catalíticos, também conhecidos como abzimas, constituem uma classe singular de proteínas capazes de catalisar reações químicas de maneira análoga. (JUAN GAERTNER/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Getty Images)

Publicado em 15 de abril de 2024 às 12h54.

Última atualização em 15 de abril de 2024 às 13h29.

Enzo Santos

“Catalisador”, palavra advinda do grego katálysis, significa “destruir", “desfazer” ou “dissolver”. Para os gregos, o termo era utilizado para descrever um processo de dissolução ou decomposição de certos fluidos.

Posteriormente, no contexto químico, o conceito foi empregado para descrever substâncias que facilitam a ocorrência de reações químicas, acelerando o processo, sem serem consumidas.

Apenas em 1835, o químico sueco Jöns Jacob Berzelius propôs a “Teoria dos Íons”, a qual postula que os compostos químicos são formados por átomos que se combinam para formar grupos eletricamente carregados, chamados íons. Esses compostos podem adquirir carga positiva (cátions), se o átomo perder elétrons durante uma reação, ou carga negativa (ânions), se o átomo ganhar elétrons. Essa formação de íons explicaria como os átomos interagem para formar compostos químicos estáveis.

Algumas décadas depois, Berzelius analisou algumas observações de químicos predecessores, indicando que uma substância externa poderia exercer um grande impacto sobre uma reação química. Esse fenômeno, atribuído a uma força misteriosa presente na substância, foi denominado catalítica. Em 1909, o renomado físico Wilhelm Ostwald ampliou a explicação de Berzelius, afirmando que os catalisadores eram as substâncias externas determinadas por Berzelius, as quais são capazes de acelerar a velocidade das interações químicas sem serem consumidos durante o processo, garantindo seu Nobel de Química no mesmo ano.

A exploração da ‘katálysis’

Em 1914, deu-se início à Primeira Guerra Mundial, também conhecida como Guerra Química. Seu codinome diz respeito à necessidade de avanços químicos para o desenvolvimento bélico das grandes potências europeias. A partir deste contexto, a produção de amônia emergiu como uma peça fundamental da infraestrutura industrial, impulsionada pela crescente demanda por explosivos para sustentar os esforços militares.

O desenvolvimento da síntese de Haber-Bosch foi uma resposta direta a esse desafio, oferecendo uma rota eficiente para a síntese de amônia em larga escala. Tal processo acontece a partir da combinação de Nitrogênio atmosférico (N2) e do gás de Hidrogênio (H2), sob condições de alta pressão e temperatura, através de um catalisador de ferro ou outros metais nobres como o rutênio. Esses gases são comprimidos e introduzidos em um reator, após a conclusão da reação, tem-se como produto a amônia. A produção maciça de munições e explosivos alimentada pela amônia sintetizada alavancou o poder destrutivo da guerra, levando a batalhas intensas e devastadoras por todo o território europeu. Além das perdas humanas diretas no campo de batalha, o uso indiscriminado de bombas contribuiu para a destruição de cidades e vilarejos, causando ainda mais mortes e ferimentos. Essa tragédia humana ressalta não apenas os horrores da guerra, mas também as implicações mortais do desenvolvimento científico quando usado para calamidade. 

Enzimas, os catalisadores harmônicos

Somente após a Segunda Guerras Mundial, a humanidade pôde reconhecer os verdadeiros benefícios das descobertas realizadas durante este período. Um exemplo são os anticorpos catalíticos do corpo humano.

Durante o final do século 17, pairou-se a ideia de que secreções estomacais eram capazes de digerir a carne, e converter e amido em açúcares pela saliva. O mecanismo subjacente a estas transformações, no entanto, não era conhecido. No século 19, Louis Pasteur fez importantes observações sobre a fermentação e sugeriu que as reações químicas em organismos vivos eram catalisadas por substâncias específicas, não apenas por forças químicas inorgânicas. Posteriormente, em 1897, o químico alemão Eduard Buchner demonstrou que o suco de levedura, que continha enzimas, podia fermentar açúcares mesmo após a remoção das células do indivíduo , lançando as bases para o reconhecimento das enzimas como agentes catalíticos. 

Enzimas e seus usos para o bem

Tradicionalmente, a catálise enzimática é conduzida por enzimas biológicas que aceleram reações químicas específicas no organismo. No entanto, os anticorpos catalíticos, também conhecidos como abzimas, constituem uma classe singular de proteínas capazes de catalisar reações químicas de maneira análoga. A origem, a estrutura e o mecanismo de ação destas estão sendo constantemente discutidas, em prol de encontrar possíveis aplicações em áreas como medicina, diagnóstico e síntese orgânica.

No corpo humano, estas podem ser geradas como resultado de processos naturais, como mutações genéticas ou infecções virais. Em certos casos, o sistema imunológico pode produzir anticorpos que, devido a essas mutações ou interações com antígenos, adquirem potencial catalítico. Por exemplo, em casos de infecções crônicas por vírus, o sistema imunológico pode gerá-las, mostrando atividade catalítica contra proteínas virais.

Entretanto, em laboratório, as abzimas podem ser produzidas por meio de técnicas de engenharia deproteínas. Isso geralmente envolve a seleção ou a evolução dirigida de anticorpos para realizarem catálise. Uma abordagem comum é a utilização de bibliotecas de anticorpos, onde uma grande variedade destes é exposta a condições específicas que favorecem sua formação. Anticorpos com atividade catalítica são então isolados e caracterizados para sua aplicação em estudos ou aplicações práticas, como o tratamento de doenças autoimunes e células cancerígenas, por exemplo.

Ao explorar o potencial das abzimas, os pesquisadores estão abrindo novas fronteiras no tratamento de doenças autoimunes, câncer e uma série de outras condições médicas. Além disso, a capacidade dessas proteínas de catalisar reações químicas específicas está sendo aproveitada na síntese de compostos orgânicos complexos, oferecendo novas perspectivas na química sintética. Portanto, o estudo dos catalisadores, pela primeira vez desde seuinício, tem mostrado-se uma forma de impulsionar as possibilidades para remediar a sociedade que o mesmo contribuiu para destruir.

Referências:

https://redeglobo.globo.com/globociencia/noticia/2011/07/fritz-haber-da-sintese-da-amonia-criacao-de-armas-qui micas-de-guerra.html

https://www.unicamp.br/unicamp_hoje/ju/setembro2007/ju372pag03.html

https://m.youtube.com/watch?v=oifEX8XuTJ0&autoplay=1

https://pt.m.wikipedia.org/wiki/Fritz_Haber

https://m.brasilescola.uol.com.br/amp/quimica/catalise-enzimatica.htm

https://www.abc.med.br/p/1433410/enzimas-como-elas-atuam-no-organismo.htm

https://www.significados.com.br/catalisador/#:~:text=A%20palavra%20catalisador%20vem%20do,catalisador%20apareceu%20no%20S%C3%A9culo%20XX.

https://encyclopedia.ushmm.org/content/pt-br/article/world-war-i-abridged-article

https://edisciplinas.usp.br/mod/resource/view.php?id=2319902

https://www.scielo.br/j/qn/a/q5CRvkZ3c84MMHjNvDxm96j/#

https://www.scielo.br/j/qn/a/6fKQMYGtZGYLRTWLqZDCMrj/

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