Ligação hidrogênio observada ao microscópio de força atômica.

Sem as ligações de hidrogênio (também conhecidas como pontes de hidrogênio), a água e o DNA perderiam um bom número de suas propriedades. Químicos e biólogos não podem, pois, deixar de se interessar pela performance de uma equipe de pesquisadores chineses que trabalham na área de nanotecnologia. Eles acabam de observar, no microscópio de força atômica, ligações entre moléculas. Com este tipo de instrumento, esta é a primeira vez!

Foi no início do Século XX que, vários químicos, mais ou menos independentemente, tomaram consciência que existia uma ligação química, à qual denominaram ligação hidrogênio. Frágil, ela é 20 vezes mais fraca que a ligação covalente (aquela que liga os átomos nas moléculas), porém mais forte que as ligações de van der Waals, inicialmente identificadas nos gases. Ela deve sua existência essencialmente às interações eletrostáticas de tipo dipolo-dipolo, mas há uma discussão sobre a contribuição dos efeitos quânticos, normalmente responsáveis pelas ligações covalentes.

Ora, compreender melhor a ligação hidrogênio é um dos pontos de grande interesse, uma vez que se pode considerá-la como a ligação química da vida. De fato, ela atua na formação das estruturas tridimensionais das proteínas (sobretudo, das ligações entre as bases do DNA), mas é também responsável por muitas das propriedades singulares da água. Assim, próximo de 0 ⁰C, a água se contrai quando aquecida e se torna mais fluida quando comprimida. Além disso, a água é um excelente solvente para sais, ácidos e bases por dissociar íons negativos e positivos.


Do microscópio de efeito túnel ao microscópio de força atômica

Para penetrar em alguns dos segredos da ligação hidrogênio, tentou-se observá-la ao microscópio entre moléculas. Há alguns anos conseguimos, não com um instrumento comum, mas com um microscópio de efeito túnel (microscópio de varredura por tunelamento). Deve-se esta invenção, de 1981, ao Prêmio Nobel de Física Gerd Binnig e Heinrich Roher, então membros do Laboratório IBM, de Zurique (Suíça).




Princípio de uma medida no microscópio de força atômica em modo de ausência de contato (isto é, com uma molécula de monóxido de carbono na ponta da agulha do microscópio). É possível deduzir as variações de posição vertical, causadas pelas variações das forças exercidas pelos átomos. Destas variações, pode-se deduzir uma imagem, através de tratamento matemático.

Créditos: UC Regents.

Alguns anos depois, os dois pesquisadores fizeram o microscópio evoluir, inventando, desta vez, o microscópio de força atômica (AFM para Atomic Force Microscopy, em inglês). Recentemente, descobriu-se, por acaso, ser possível aumentar a resolução do mesmo. Bastava fazê-lo funcionar com o que, agora, é chamado "modo sem contato", isto é: interpondo-se entre a ponta do microscópio e o objeto a ser imageado uma molécula de monóxido de carbono.


Chave para compreender melhor a ligação hidrogênio

Com esse resultado, pesquisadores do National Center for Nanoscience and Technology e da Universidade de Renmin (ambas instituições chinesas) mobilizaram todo o potencial do microscópio de força atômica para explorar o mundo da ligação hidrogênio. Escolheram, como laboratório de estudo, moléculas de 8-hidroxiquinoleína, porque os átomos destas moléculas estão mais ou menos no plano. Isto tornou possível aos físicos e aos químicos obter a primeira imagem da ligação hidrogênio com um microscópio de força atômica.

Moléculas de 8-hidroxiquinoleína. Nas imagens à direita: C (carbono) = verde; H (hidrogênio) = branco; O (oxigênio) = vermelho e N (nitrogênio) = azul. As ligações hidrogênio são representadas por pontilhados. Estas moléculas, sobre uma superfície de cobre, podem ser encontradas ligadas por ligações hidrogênio à baixa temperatura. É o que se constata nas duas imagens à esquerda, feitas com um microscópio de força atômica.

Créditos: AAAS.

Os autores ainda não são capazes de encerrar o debate, recentemente reavivado, sobre a importância da parte referente aos efeitos não puramente eletrostáticos nas ligações hidrogênio entre certas moléculas. Mas, incontestavelmente, uma "ferramenta" a mais está à disposição da comunidade científica, para avançar na direção de uma visão mais ampla e mais precisa desta ligação, tão importante para os sistemas biológicos.


Futura Sciences (Tradução -MIA).



Nota do Scientific Editor - O trabalho "Real-Space Identification of Intermolecular Bonding with Atomic Force Microscopy", que deu origem a esta notícia, é de autoria de Jun Zhang, Pengcheng Chen, Bingkai Yuan, Wei Ji, Zhihai Cheng e Xiaohui Qiu, tendo sido publicado na revista Science, on-line, 2013, DOI: 10.1126/science.1242603.