Produção de energia molecular: desafio maior que Itaipu
Você já teve a oportunidade de visitar uma usina hidrelétrica? Há alguns anos tive visitei a maior geradora de energia limpa e renovável do planeta, a Itaipu Binacional. Durante a visita, é possível conhecer alguns setores da usina e aprender um pouco sobre o funcionamento de uma hidrelétrica. Usinas desse tipo utilizam a energia das águas de um rio para produzir energia elétrica. Para isso, são construídas duas grandes estruturas principais: o vertedouro e a barragem. A barragem tem a função de represar o rio, formando um reservatório de água, um lago. O vertedouro possui comportas por onde escoará o excesso de água represado e que não será utilizado na produção de energia elétrica. Os vertedouros geralmente são a maior atração aos visitantes, como, por exemplo, na usina de Itaipu, onde o vertedouro tem capacidade de vazão equivalente a 40 Cataratas do Iguaçu! Ver toda essa água escoando por um declive de 30 metros é realmente um espetáculo!
A usina hidrelétrica de Itaipu é realmente um gigantesco desafio da engenharia concretizado. A altura da barragem chega a 196 metros, o equivalente a um prédio de 65 andares! O concreto utilizado na construção da usina permitiria construir 210 estádios como o Maracanã, e o ferro e aço utilizados seriam suficientes para a construção de 380 torres Eiffel! Quando a usina completou 20 anos de operação, em 2004, já havia produzido energia suficiente para abastecer o mundo inteiro durante 36 dias! Por esses e outros motivos, a usina hidrelétrica Itaipu Binacional foi considerada pela Associação Norte-Americana de Engenheiros Civis como uma das sete maravilhas do mundo moderno.
Mas como é produzida a energia? O princípio básico é simples: o reservatório de água represada encontra-se num nível elevado em relação à continuidade do rio após a barragem. A barragem, por sua vez, possui canais que ligam os dois lados dela, e dessa forma a água represada despenca com grande força através desses canais. No interior dos canais encontra-se a turbina, uma espécie de hélice que gira quando a água passa empurrando suas pás, rodando um eixo onde está preso um ímã que, consequentemente, também gira. Devidamente posicionado à frente do ímã está uma bobina, um conjunto de fios de cobre onde os elétrons são impulsionados pela corrente alternada gerada pela rotação do ímã. A corrente de elétrons, ou seja, a eletricidade é conduzida da bobina para transformadores que fazem os ajustes necessários para a distribuição da energia elétrica. Em resumo, trata-se de um equipamento de conversão da energia cinética da água para uma forma de energia que é melhor para ser utilizada pelo ser humano: a energia elétrica.
Apesar da fácil compreensão, para que o processo funcione é necessário que várias complicadas leis da física sejam precisamente ajustadas por diversas máquinas e estruturas de grande engenhosidade e alta complexidade tecnológica.
É possível visualizar na imagem acima a base do processo que acabei de descrever. E se eu lhe dissesse que cada pessoa é dona de uma tecnologia como essa? Que cada um possui toda essa tecnologia organizada de forma microscópica dentro do seu próprio corpo? Parece difícil de acreditar? Saiba que não é apenas uma ilustração didática, estou realmente falando de um mecanismo muito parecido; ideia impossível sob uma perspectiva evolucionista, mas completamente normal sob o ponto de vista criacionista. Temos dentro de nós uma surpreendente estrutura chamada mitocôndria!
A mitocôndria é uma importante organela celular que, assim como uma usina hidrelétrica, tem a função de converter um tipo de energia em outro de melhor utilização; no caso do nosso corpo, converter a energia estocada na forma de açúcares e gordura em moléculas de adenosina trifosfato (ATP). Como a energia dessas moléculas é liberada por meio da quebra de suas ligações, açúcares e gorduras são substâncias de difícil utilização, pois são muito estáveis; além disso, possuem energia muito concentrada: se essa energia fosse diretamente usada seria produzido tanto calor que as células queimariam instantaneamente. Já o ATP é um composto instável e a enzima (ATPase) que quebra suas ligações liberando energia é abundante na célula. O ATP pode ser produzido em grande quantidade a partir dos açúcares e das gorduras, e suas ligações são menos energéticas, o que permite uma liberação gradual de energia.
Duas membranas delimitam a mitocôndria, uma externa e outra interna. Na membrana interna, estão localizadas duas estruturas principais, sobre as quais falarei mais adiante, que são a cadeia transportadora de elétrons e a partícula submitocondrial (ou corpúsculo elementar).
Por meio de uma série de reações em cascata (esquematizadas no mapa metabólico) que iniciam fora da mitocôndria e terminam em seu interior, açúcares e gorduras são transformados numa substância chamada Acetil-coenzima A. Essa substância passa por uma nova série de reações em cascata dentro da mitocôndria liberando prótons (H+) e elétrons. Os elétrons liberados são conduzidos através da membrana interna da mitocôndria pela cadeia transportadora de elétrons, uma cadeia de proteínas ricas em ferro e cobre que formam uma verdadeira rede de “fios elétricos” na membrana interna mitocondrial! A corrente elétrica formada pela passagem dos elétrons por essa cadeia gera energia para o bombeamento dos prótons para o espaço existente entre as duas membranas mitocondriais. Com esse processo, acaba se formando um acúmulo de prótons em grande concentração no espaço entre as membranas, muito maior que no espaço mais interior da mitocôndria delimitado pela membrana interna, onde os prótons foram inicialmente liberados a partir da Acetil-coenzima A. Comparando com a usina hidrelétrica, poderíamos dizer que ocorre um represamento de prótons de um lado da membrana interna mitocondrial, sendo que esta acaba servindo como uma barragem, separando os diferentes níveis de prótons encontrados em cada lado, assim como a barragem da usina hidrelétrica separa os dois lados com diferentes níveis de água.
A barragem da usina possui canais por onde a água em nível mais elevado fluirá para o outro lado a fim de usar a força da passagem da água para mover a turbina. A mesma coisa ocorre na “barragem” da mitocôndria! Os prótons em alta concentração passarão através de canais na membrana interna para o lado menos concentrado e, por incrível que pareça, essa passagem dos prótons serve para movimentar uma turbina existente no interior desses canais! O conjunto “canal-turbina” é a partícula submitocondrial, e a turbina é formada por uma estrutura proteica chamada ATP sintase. Essa proteína possui uma parte que fica dentro do canal, a qual tem o formato de hélice, e quando os prótons passam pelas pás da hélice a movimentam. Fixado à hélice existe um eixo que se estende para fora do canal e também gira com a hélice, e na extremidade exterior do eixo está outra parte da ATP sintase, a qual por meio da rotação vai encaixando moléculas numa sequência exata, formando finalmente o ATP.
É muito interessante ressaltar que essa usina mitocondrial é bem completa, possuindo também o vertedouro! Proteínas na membrana interna chamadas termogeninas atuam liberando o excesso de prótons do espaço intermembranas, os quais não serão utilizados na produção de energia.
Construir uma usina grande como a de Itaipu foi um tremendo desafio para a engenharia, mas imagine o inverso: construir tudo isso no tamanho de apenas alguns nanômetros (um nanômetro equivale a uma parte de um milímetro dividido em um milhão de partes)! Quem seria capaz disso? Não é maravilhoso saber que temos verdadeiras usinas geradoras de energia em nosso corpo? Porém, enquanto a gigante Itaipu possui apenas 20 turbinas, cada mitocôndria possui milhares, e cada célula possui milhares de mitocôndrias! Enquanto as melhores unidades conversoras de energia projetadas pelo ser humano têm rendimento de 20% a 30%, sendo o restante dissipado na forma de calor, a conversão energética realizada pela célula tem rendimento de 50%! São valores consideravelmente mais altos. O restante dissipado em calor é o que mantém nossa temperatura ao redor dos 37ºC, temperatura ideal para o funcionamento do metabolismo humano! Se fosse mais baixa, as reações químicas não aconteceriam, se a temperatura fosse mais alta, as proteínas seriam degradadas. Quem será que fez isso? Desafio alguém a dar uma resposta melhor do que esta: “Foi o Criador!”
Existem muitas obras humanas idênticas ou que muito se assemelham a processos ou mecanismos orgânicos presentes naturalmente nos seres vivos, entretanto, o exemplo aqui descrito é um dos mais impressionantes, justamente pela sua semelhança com uma das mais fantásticas obras da engenharia humana: as usinas hidrelétricas, e principalmente quando vemos que nosso gerador consegue ser ainda melhor! Essa semelhança é uma fortíssima evidência (eu diria até uma prova) de que os principais processos e estruturas que compõem os seres vivos devem ter uma origem muito inteligente, sendo que na maioria das vezes são ainda mais complexos e mais sofisticados do que maravilhosas obras humanas projetadas e construídas por dezenas dos melhores engenheiros, arquitetos, físicos, químicos e operários, entre outros. Quem tem coragem de dizer que a mitocôndria evoluiu em etapas sucessivas deveria ter a mesma coragem de dizer que a Itaipu Binacional poderia ter sido resultado de múltiplos terremotos no rio Paraná!
Fonte: Roberto Lenz Betz é estudante de Medicina na Universidade Regional de Blumenau; texto escrito com exclusividade para o blog Criacionismo em 20/2/2013.
