Ladislav Kovàč é professor de bioquímica e biólogo cognitivo no Biocentro da Universidade Comenius em Bratislava, Eslováquia. Ele fundou o Laboratório de Genômica Comparativa e Funcional de Organelas Eucarióticas.
Ele é um forte defensor da ideia de que sistemas e subsistemas biológicos exibem cognição , mesmo em algumas das menores estruturas biológicas. Jacques Monod sugeriu que até mesmo as proteínas possuem uma espécie de cognição em sua capacidade de distinguir entre substratos e ligantes. Ligantes que se ligam a receptores celulares, como ativadores, inibidores e neurotransmissores, podem ser considerados como sinalizadores da célula.
Quando o receptor sofre uma mudança conformacional em resposta ao sinal, podemos dizer que o receptor "sabe o que fazer" com o sinal e que, portanto, o sinal tem "significado". Vários receptores transformam as células em "sistemas biológicos de processamento de informação". Eles fazem das células (e até mesmo de organelas subcelulares) agentes teleonômicos (com propósito). Como disse François Jacob, colega de Monod, "o propósito de cada célula é se tornar duas células".
Kovàč descreve o processo de reconhecimento por moléculas e suas subsequentes ações intencionais:
O reconhecimento molecular por uma molécula de proteína é apenas parte da história. O reconhecimento é seguido por uma ação. Um ligante é um sinal. Ao contrário das interações químicas padrão, a energia de ligação não é totalmente dissipada como calor, mas é usada parcialmente para trabalho molecular — uma mudança específica pré-programada na conformação da proteína. Dessa forma, o sinal é transmitido de um sítio na proteína para outro. A transmissão ocorre em um espaço quadridimensional, pois envolve o tempo como coordenada, e esse processo confere à bioquímica sua vetorialidade. A exploração da energia de ligação foi originalmente reconhecida na catálise enzimática, na qual uma porção da energia de ligação atua para diminuir a energia de ativação de uma reação, mas pode ser expandida para explicar o funcionamento de translocadores, receptores e fatores de transcrição.
Ao receber e transmitir sinais, as proteínas executam um ciclo de trabalho completo em um modelo "tudo ou nada". É apropriado considerar a maioria das moléculas de proteína como motores moleculares. Assim, a cognição molecular consiste em sensação molecular — que possui dois aspectos inseparáveis, reconhecimento e significação — e ação molecular. Como Monod apontou, ao se ligarem a dois ou mais ligantes, algumas proteínas podem reuni-los não por razões termodinâmicas, mas exclusivamente por razões lógicas — o princípio da gratuidade. Por meio da ligação seletiva, as proteínas também se associam umas às outras para formar redes proteicas com propósito. Além disso, devido à sua assimetria estrutural, as moléculas de proteína podem usar a energia térmica do ambiente para realizar trabalho como catracas brownianas. É essencial reconhecer que todas as atividades de uma proteína residem em sua estrutura, que é construída pela evolução. Em termos da teoria da comunicação de Shannon , o comportamento exploratório de uma molécula de proteína — sua constante mudança entre subestados — é uma manifestação de sua entropia da informação. O ligante apropriado desencadeia respostas pré-programadas; todo o processo nada mais é do que uma transação de informação de um bit.
Descrever uma proteína como um agente cognitivo pareceria um exemplo flagrante de antropomorfismo extremo, mas o trabalho de Kovàč mostra como a consciência humana (definida como a percepção de sinais significativos recebidos e reações apropriadas enviadas ao ambiente) pode ter evoluído a partir das formas de vida mais simples, na verdade, de subunidades da vida que não são, elas próprias, sistemas vivos.
As possíveis "ações" de uma molécula de proteína estão codificadas nas possíveis conformações (diferentes "dobras") da proteína. Se ela tivesse uma única conformação, seria inútil. Como Shannon nos mostrou, um sistema que comunica informações deve ter múltiplas mensagens "possíveis". Com apenas uma única possibilidade , nenhuma informação nova poderia ser comunicada.
As mudanças conformacionais requerem energia com entropia negativa. Essa energia é fornecida pelo ATP, um transportador energético quase universal, que se desfosforila, liberando um grupo fosfato para se transformar em ADP. Como disse Erwin Schrödinger em "O Que É a Vida", a vida se alimenta do fluxo de entropia negativa proveniente do sol. Podemos observar a mudança conformacional e a energia fornecida pelo ATP no funcionamento do canal iônico Na + /K + (bomba de sódio-potássio) que transporta íons de volta através da membrana celular do neurônio para restaurar o potencial de repouso e preparar a célula para um novo potencial de ação.
Para Kovàč, as proteínas que compõem a bomba de sódio-potássio são "sencientes". Elas exibem um comportamento intencional quando alteram sua conformação para permitir a entrada de um tipo de íon e, em seguida, alteram a conformação novamente para permitir sua saída do outro lado da membrana.
Ele diz que:
Cada uma das proteínas que encontramos na natureza é um produto da evolução; ela foi selecionada para desempenhar uma função teleonômica direcionada a um objetivo específico.
Para a maioria das proteínas naturais, a função começa com a ligação específica de um ligante. Mas não é a molécula de proteína, como uma estrutura rígida, que seleciona o ligante apropriado. Há constantes mudanças estruturais entre subestados, mesmo na ausência de um ligante. Quando o ligante está presente, ele se liga a um subestado específico que a molécula de proteína é capaz de adotar — portanto, é possível dizer que uma molécula de proteína exibe um "comportamento" exploratório. Essa plasticidade intrínseca da molécula de proteína, direcionada a um objetivo, pode ser chamada de "senciência molecular", e é essa senciência que torna uma proteína uma molécula "viva"... A senciência — a capacidade de exibir uma variedade de estados internos potenciais, que respondem ao estado imediato do ambiente — pode, portanto, constituir a essência da vida.
É esse propósito, inerente à estrutura da proteína, que nos permite chamar a interação proteína-ligante de "reconhecimento molecular". Devido a essa teleonomia intrínseca, uma proteína confere significado e importância ao seu ambiente — ou seja, ao seu ligante. Em contrapartida, as interações nomiais de átomos e moléculas individuais, como as reações químicas no mundo inanimado, sem história evolutiva, são inevitáveis, determinísticas, atemporais e não representam cognição.
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