Naaman e sua equipe descobriram que as moléculas quirais filtram os elétrons com base na direção de seu spin. Elétrons com uma orientação de spin se moverão com mais eficiência através de uma molécula quiral em uma direção do que na outra. Os elétrons com spin oposto movem-se mais livremente na direção oposta.
Para entender o porquê, imagine jogar um Frisbee que bate na parede de um corredor. Se o Frisbee atingir a parede direita, ele saltará para frente apenas se estiver girando no sentido horário; caso contrário, ele irá saltar para trás. O oposto acontecerá se você acertar o Frisbee na parede esquerda. Da mesma forma, as moléculas quirais “dispersam os elétrons de acordo com sua direção de rotação”, disse Naaman. Ele e sua equipe chamaram esse fenômeno de efeito de seletividade de spin induzida por quiral (CISS).
Por causa dessa dispersão, os elétrons com um determinado spin acabam se agregando em um pólo de uma molécula quiral (e as versões destra e canhota da molécula reúnem spins opostos em seus respectivos pólos). Mas essa redistribuição dos spins afecta a forma como as moléculas quirais interagem com as superfícies magnéticas porque os electrões que giram em direcções opostas atraem-se uns aos outros, e aqueles que giram na mesma direcção repelem-se uns aos outros.
Conseqüentemente, quando uma molécula quiral se aproxima de uma superfície magnética, ela se aproximará se a molécula e a superfície tiverem vieses de spin opostos. Se os seus giros coincidirem, eles se repelirão. (Como também ocorrem outras interações químicas, a molécula não pode simplesmente girar para se realinhar.) Portanto, uma superfície magnética pode atuar como um agente quiral, interagindo preferencialmente com apenas um enantiômero de um composto.
Em 2011, em colaboração com uma equipa da Universidade de Münster, na Alemanha, Naaman e a sua equipa mediu o giro de elétrons à medida que se moviam através do DNA de fita dupla, confirmando que o efeito CISS é real e forte.
Foi então que a investigação sobre o efeito e as suas possíveis aplicações “começou a crescer”, disse Naaman. Ele e sua equipe, por exemplo, desenvolveram diversas maneiras de usar o efeito CISS para remover impurezas de biomedicamentos ou para excluir enantiômeros errados de medicamentos para prevenir efeitos colaterais importantes. Eles também exploraram como o efeito CISS pode ajudar a explicar o mecanismos de anestesia.
Mas só começaram a trabalhar seriamente na ideia de que o efeito CISS desempenha um papel no aumento da homoquiralidade biológica depois de terem sido convidados a colaborar numa hipótese por uma equipa de Harvard liderada pelo astrónomo Dimitar Sasselov e seu aluno de pós-graduação S. Furkan Ozturk.
Uma Perspectiva Física
Ozturk, o jovem autor principal dos artigos recentes, deparou-se com o problema da homoquiralidade em 2020, quando era estudante de física em Harvard. Insatisfeito com sua pesquisa sobre simulações quânticas usando átomos ultrafrios, ele folheou uma revista científica que detalhava 125 dos maiores mistérios do mundo e aprendeu sobre a homoquiralidade.
“Parecia realmente uma questão de física porque se tratava de simetrias”, disse ele. Depois de entrar em contato com Sasselov, que é o diretor da Iniciativa Origens da Vida de Harvard e que já estava interessado na questão da homoquiralidade, Ozturk mudou para se tornar um aluno em seu laboratório.
