REAÇÕES METABÓLICAS PODERIAM TER OCORRIDO ANTES DA FORMAÇÃO DA VIDA (Comentado)

bopoiese

Um mecanismo tem sido identificado como o que poderia explicar como as reações químicas essenciais para a vida poderia ter precedido a sua origem, proporcionando um trampolim para as primeiras células.

Por mais que nós aprendemos sobre a maneira como a seleção natural pode produzir espécies cada vez mais complexas a partir das mais simples unidades de auto-replicação, as grandes questões permanecem. Particularmente significativa é a questão de como os compostos orgânicos que compõem o RNA poderiam ter surgido a partir dos oceanos da Terra primitiva.

Nossos corpos e os de outros seres vivos, usam enzimas metabólicas para recortar e colar elementos e compostos para produzir as cartas cruciais, dos quais o livro da vida é escrito. Essas enzimas são, por sua vez produzida pela RNA. No entanto, isso cria o problema do que veio primeiro (o ovo ou galinha?) – de onde o RNA vem, dada a sua própria complexidade?

Uma equipe da Universidade de Cambridge, na área de Sistemas e Biologia Molecular que revelou que essas mesmas reações também podem ser desencadeados pelos produtos químicos que se acredita ter existido no mar Arqueano a cerca de 4 a 2,5 bilhões anos atrás.

“Nossos resultados demonstram que as condições e as moléculas eram encontradas nos oceanos antigos da Terra assistida acelerou a interconversão de metabólitos que em organismos modernos compõem a glicólise e os caminhos das pentoses-fosfato, duas das cascatas essenciais e mais colocadas centralmente na reação do metabolismo”, diz o Dr. Markus Ralser, que lidera a equipe que fez a descoberta.

“Em nossa versão reconstruída do antigo oceano Arqueano, essas reações metabólicas eram particularmente sensíveis à presença de ferro ferroso que ajudou a catalisar muitas das reações químicas que observamos”, Ralser continua. Embora em muitos contextos, a palavra ferroso significa tudo feito ferro, em química, refere-se aos compostos de ferro com um número de oxidação do 2+. Geocientistas que contribuíram para a pesquisa concluiram a partir de estudos dos primeiros sedimentos que o ferro ferroso era comum nos oceanos antes de a fotossíntese ter introduzido oxigênio livre no ar e na água.

A descoberta surgiu quando Ralser sugeriu a um de seus alunos fazer o controle do meio de seu laboratório usado para células de cultura de qualidade. O estudante usou um espectrômetro de massa como um atalho e pegou sinais de piruvato (CH3COCOO -), uma base que é fundamental para as vias metabólicas essenciais. Como a sua fórmula química sugere piruvato não é um composto simples, de modo que foi surpreendente descobrir que aparece sem as enzimas dentro das células que o produzem a partir da glicose. A via de glicólise é um processo de dez etapas, cada uma exigindo uma catálise enzimática.

A equipe de Ralser repetiu as experiências para ver como o piruvato chegou lá e encontrou metais que estavam atuando como catalisadores das enzimas. “As pessoas têm dito que estes caminhos parecem tão complexo que não poderiam formar pela química ambiental sozinha”, Ralser disse à New Scientist. “Esta é a primeira experiência mostra que é possível criar redes metabólicas na ausência de RNA“.

A próxima pergunta era se os processos poderiam ter ocorrido nas condições que se aplicavam nas primeiras centenas de milhões de anos de existência da Terra. Colegas do Departamento de Ciências da Terra Cambridge já estavam trabalhando na identificação das substâncias químicas no oceano quase 4 bilhões de anos atrás.

Ao adicionar fosfatos de açúcar com as melhores estimativas de tal composição química e aquecendo a mistura a 50°-90°C, tal como se pode encontrar em torno de uma fonte hidrotermal, por 5 horas Ralser diz que esperava alcançar um ou dois importantes reações no interior das células. Em vez disso, “na presença de ferro e outros compostos encontrados em sedimentos oceânicos, foram observados 29 reações químicas metabólicas, incluindo as que produzem alguns dos produtos químicos essenciais para o metabolismo, por exemplo, precursores dos blocos de construção das proteínas ou RNA”, diz Ralser. “Estes resultados indicam que a arquitetura básica da rede metabólica moderna poderia ter se originado a partir de restrições químicas e físicas que existia na Terra pré-biótica”.

 “Nós poderíamos reconstruir duas vias metabólicas quase totalmente”, observa Ralser. Ele acredita que o fato de que certas fases não não terem sido observadas podem indicar sua equipe não encontrou as condições exatas necessárias, uma vez que nem todas as reações foram otimizadas para as mesmas temperaturas e combinações químicas. Em alternativa, as reações em falta não podem ter sido necessário para a primeira aparição da vida, evoluindo mais tarde. A glicólise ou vias das pentoses de Ralser largamente replicadas produziram não apenas os açúcares do DNA e RNA, mas as moléculas que constituem as gorduras, proteínas e ATP, a coenzima que transfere energia no interior das células.

Outra característica interessante do resultado são as reações que não aconteceram. O estudo observa que 182 reações foram teoricamente possíveis com os fosfatos e açucares utilizados. Os 29 que foram observados “fortemente se sobrepõem com as reações catalisadas por enzimas da via das pentoses fosfato não-oxidativa e glicólise. “Os autores especulam que é precisamente porque estas são as reações que podem ocorrer no oceano Arqueano que se tornaram essencial para os processos da vida, enquanto outros não têm.

O documento acrescenta: “Como, e se as primeiras enzimas adotaram os mecanismos de reações catalisadas por metais apresentados aqui permanece uma questão ambígua.” No entanto, eles apontam para uma reação que é catalisada por enzimas em animais e plantas, mas o ferro ferroso em bactérias. Eles sugerem toda a vida inicialmente utilizando como um catalisador de ferro, mas uma vez que o oxigênio estava livre e sua presença solúvel nos oceanos havia vantagens em não depender demais de tal recurso.

O trabalho de Ralser fica aquém de explicar como a vida surgiu. Para que estes caminhos comecem a ser trilhados os catalisadores tinha que ter moléculas de origem para trabalhar, e não há nenhuma evidência de que estes existiam na época, nem uma ideia clara onde teria vindo. Há também uma questão do que se concentraram os metabólitos, na medida necessária, uma vez que teria sido excepcionalmente diluído em todo o planeta.

Fonte: Iflscience

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Comentários internos

O texto soluciona de forma elegante e consistente um problema muito comum para os bioquímicos da biopoiese; O paradoxo de Eigen. Essa é uma questão problemática do RNA World na evolução pré-biótica. O paradoxo trata da auto- replicação de moléculas de RNA , ou, mais precisamente, a falta de um ribozimas de RNA replicase eficiente. O problema estabelece, no presente contexto, que a replicação precisa de longas ribozimas e essas requerem elementos catalíticos para sua replicação (a questão dos ovos e da galinha). Há outras duas soluções possíveis para o problema de integração de informações: ou muitas moléculas curtas de RNA cooperaram entre si, de forma compulsória; ou ribozimas de RNA replicase tem que evoluir de alguma forma (do zero), e manter a sua própria seqüência , assim como a de muitos outros , cooperando com ribozimas. Resultados experimentais recentes mostram que ambas as formas são quimicamente possível, em certa medida. Por exemplo, quatro moléculas de RNA são mostradas para cooperar para catalisar a sua própria ligação em uma única cadeia de ribozima cadeia em dois artigos:

Riley CA, Lehman N. Generalized RNA-directed recombination of RNA. Chamistry & Biology.2003;10:1233–1243.

Burton AS, Lehman N. Enhancing the prebiotic relevance of a set of covalently self-assembling autorecombining RNAs through in vitro selection. Journal of Molecular Evolution. 2010;70:233–241.

Ribozimas replicase de RNA foram procuradas por décadas, mas foi só muito recentemente que um passo em frente foi tomada a esse respeito: em um projeto em evolução em vitro (veja aqui) uma molécula de RNA 189- nucleotídeo foi descoberta como sendo capaz de alongar seu próprio iniciador nucleótido-95 de uma maneira dirigida por molde. A fidelidade do processo de replicação era de 99,4%.

Então, notamos que o paradoxo de Eigen pode ser superado de forma natural, e isso pode auxiliar e justificar como determinados processos metabólicos podem ter agido durante a origem da vida em seu primórdios.

Victor Rossetti

Palavras chave: NetNature, Rossetti, Metabolismo primordial, paradoxo de Eigen, Bioquimica, Biopoiese.

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