Escrito por: Henrique Fonseca.

JOGO DNA VELHA

O seguinte contexto será útil para os problemas de níveis iniciante e intermediário.

Em novembro de 2022, o divulgador científico Steve Mould compartilhou, no youtube, um jogo da velha codificado por meio de moléculas de DNA:

O sistema de Mould, em parceria com a Universidade York, baseia-se nas portas lógicas moleculares.

[spoiler title=’Portas lógicas’ style=’default’ collapse_link=’true’]Uma porta lógica é um dispositivo que retorna como saída um único valor-verdade: ou $$0$$ (representando “falso”) ou $$1$$ (representando “verdadeiro”), a depender das entradas que recebe. Mais formalmente, é uma operação que associa uma sequência de valores-verdade de entrada a um único valor-verdade de saída, seguindo as regras da lógica.

Por exemplo, a operação de conjunção constitui uma porta lógica de duas entradas tal que se, e somente se, ambas as entradas forem $$1$$ (verdadeiras), ela retorna $$1$$; caso contrário, retorna $$0$$. Em linguagem natural, isso corresponde à conjunção “E” do português: a frase “O céu é azul E $$2+2=4$$” é verdadeira, porque ambas suas componentes são verdadeiras. Por outro lado, “O céu é azul E prótons são negativamente carregados” é falsa, porque pelo menos uma de suas entradas não é verdadeira.[/spoiler]

Uma porta lógica molecular é um dispositivo físico-químico que funciona como uma porta lógica. No caso do projeto de Mould, a porta baseia-se no rearranjo das ligações de hidrogênio que conectam as bases nitrogenadas do DNA. Mais especificamente, o sistema consiste em nove tubos de ensaio com portas lógicas moleculares que formam disjunções correspondentes aos movimentos de um jogo da velha. Quem programa as respostas do computador, nesse jogo, é quem prepara os tubos previamente. Em geral, usa-se um algoritmo que sempre dá ao DNA uma estratégia vencedora (ou, pelo menos, não perdedora).

INICIANTE

A molécula-chave desse sistema é a desoxirribozima – um ácido nucleico de poucos nucleotídeos que acelera a quebra de fitas simples de DNA sem que sua estrutura mude após esse processo. Com base nessa descrição, é razoável inferir que essa molécula é um

a) catalisador enzimático.
b) açúcar polissacarídeo.
c) polipeptídeo ramificado.
d) ácido inorgânico.
e) lipídio saturado.

INTERMEDIÁRIO

Como, na prática, transforma-se a desoxirribozima (“DNAzima”, para encurtar) em uma porta lógica? Como exemplo, vamos analisar a porta de conjunção. Mould utilizou uma DNAzima com dois trechos livres de bases nitrogenadas que só se ligam, respectivamente, a duas fitas simples específicas: A e B.

Além disso, o projeto contava com fitas especiais, equipadas com um sistema luminoso:

• em uma extremidade, uma molécula fluorescente, que absorve fótons em uma certa frequência e emite fótons em outra frequência;
• na outra extremidade, uma molécula quencher (“extintora”), que, quando na mesma fita de uma molécula fluorescente, impede a fluorescência dissipando a energia luminosa para o meio por meio de calor.

Assim, a DNAzima de conjunção é tal que, se o primeiro trecho livre liga-se a A E o segundo liga-se a B, então a estrutura da DNAzima se altera e abre um novo trecho livre de bases nitrogenadas.

Esse novo trecho, que só se abre se a condição de conjunção for satisfeita, liga-se a um tipo de fita com sistema luminoso. Porém isso leva à quebra (catálise) do sistema luminoso, de modo que, não existindo mais a conexão entre fluorescente e quencher, o pedaço com a molécula fluorescente pode, de fato, emitir luz, que se mede em laboratório.

Nesse sentido, qual dos seguintes esquemas ilustra o mecanismo de reação dessa porta lógica molecular de conjunção?

 

AVANÇADO

(Traduzido da Olimpíada Nacional de Química da Austrália 2021)

Um componente do combustível diesel é o hidrocarboneto $$\text{C}_{12} \text{H}_{24}$$, com densidade $$0,790 \text{g} \, \text{mL}^{-1}$$. Que volume de $$\text{CO}_2$$ (medido a $$25\, ^{\circ} \text{C}$$ e $$100 \, \text{k} \, \text{Pa}$$) é produzido a partir da combustão completa de $$2,00 \, \text{L}$$ de $$\text{C}_{12} \text{H}_{24}$$ em oxigênio excessivo?

a) $$2,79 \text{L}$$.

b) $$3,53 \text{L}$$.

c) $$1400 \text{L}$$.

d) $$2790 \text{L}$$.

e) $$3530 \text{L}$$.