Pesquisadores observam efeito da temperatura em processos evolutivos

Estudiosos verificaram como o aumento da temperatura influencia no acoplamento entre escalas diferentes em uma reação eletroquímica

Na maioria dos sistemas naturais, como o cérebro, é possível observar fenômenos oscilatórios que envolvem múltiplas escalas de tempo acopladas, como as ondas cerebrais, que ocorrem em ritmos e frequências diferentes. Em geral, esses ritmos biológicos apresentam uma mudança lenta espontânea dos padrões oscilatórios.

Um grupo de pesquisadores do Instituto de Química da Universidade de São Paulo em São Carlos (IQSC-USP) já havia descrito, em 2010, a existência de um lento processo evolutivo que distorce as oscilações rápidas e culmina na morte das oscilações de um sistema. Agora, o mesmo grupo identificou o efeito exercido pela temperatura sobre esse fenômeno de acoplamento entre escalas de tempo diferentes.

Resultado de um Projeto Temático realizado no âmbito do Programa de Pesquisa em Bioenergia (BIOEN), e de uma pesquisa de doutorado, o estudo foi publicado na revista Scientific Reports, do grupo Nature.

“Nossas descobertas possibilitam aumentar a compreensão sobre diversos processos que acontecem em escala de tempo acoplada”, disse Hamilton Varela, professor do IQSC-USP e um dos autores do estudo, à Agência Fapesp.

Os pesquisadores usaram a reação de eletro-oxidação de ácido fórmico em platina como modelo para estudar o efeito da temperatura sobre a dinâmica lenta e rápida acopladas.

O sistema, composto por um frasco de vidro com um eletrodo de platina de 0,2 centímetro quadrado (cm2), mergulhado em uma solução de ácido sulfúrico diluído em água e um pouco de ácido fórmico, funciona como uma célula eletroquímica – em que a eletricidade controla reações químicas.

A eletricidade aplicada no eletrodo desencadeia uma reação eletroquímica em que o ácido fórmico – cujas moléculas contêm um único átomo de carbono, dois de oxigênio e dois de hidrogênio (HCOOH) –, se liga temporariamente à platina e, depois de alguns passos intermediários, libera gás carbônico (CO2), que reveste o eletrodo de platina.

Essa reação eletroquímica é considerada um ótimo modelo para estudar aspectos fundamentais da eletrocatálise de moléculas orgânicas pequenas que são de interesse para o desenvolvimento de sistemas de conversão de energia, como células de combustíveis à baixa temperatura – que convertem energia química em energia elétrica e são utilizadas, por exemplo, na propulsão de veículos.

Além disso, também é tida como um bom modelo para estudar as dinâmicas lenta e rápida acopladas porque oscila de forma autônoma com o passar do tempo como um sistema vivo, explicou Alana Zülke, uma das autoras do artigo, que realizou doutorado com bolsa da Fapesp, sob orientação de Varela.

Efeito da temperatura

O grupo de pesquisadores do IQSC-USP já havia descoberto, em 2009, que essa reação eletroquímica apresenta um comportamento de compensação de temperatura externa também observado em sistemas vivos.

Ao contrário do que ocorre comumente em outras reações, em que ao aumentar a temperatura em 10ºC a velocidade da reação é multiplicada por um fator entre 2 e 4, isso não ocorre na eletro-oxidação de ácido fórmico em platina.

As etapas intermediárias da reação do ácido fórmico com a platina se acoplam de tal forma que a frequência das oscilações permanece constante quando a temperatura aumenta, disse Varela.

“Esse comportamento é semelhante ao observado em sistemas vivos, como animais de sangue quente, como mamíferos e aves, nos quais os batimentos cardíacos e os ritmos cerebrais se mantêm mais ou menos constantes quando a temperatura ambiente varia dentro de uma determinada faixa porque as redes bioquímicas associadas a esses processos passam a operar de forma a compensar essa variação de temperatura”, explicou.

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Fonte: Agência Fapesp

Foto: Carolina Piscina

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