STANLEY MILLER ESTAVA CERTO – A SÍNTESE ABIÓTICA DE AMINOÁCIDOS, AUTO-CRISTALIZAÇÃO PRÉ-BIÓTICA E A QUEBRA DE SOLUÇÕES RACÊMICAS PARA A ORIGEM DA VIDA.

Um trabalho publicado na revista científica Nature em 2014 descreveu uma plataforma analítica bastante útil para investigar as hipóteses sobre a homoquiralidade de aminoácidos e sob condições pré-bióticas. A formação de inúmeros aminoácidos no experimento de Miller, que usou descargas elétricas e a ocorrência de altas proporções enantioméricas de aminoácidos no experimento de re-cristalização oferecem implicações valiosas para futuros estudos em desvendar questões fundamentais sobre as origens e evolução da vida.

Experimento de Miller (1953)

Experimento de Miller (1953)

Para compreender o real significado do que esta por vir é preciso ter em mente dois conceitos básicos; homoquiralidade e enatiômeros. Homoquiralidade trata de todos tipos de moléculas e substâncias envolvidas na formação e composição dos seres vivos em geral que tem sempre a mesma quiralidade, ou seja, são moléculas que tem o mesmo tipo de desvio da luz polarizada. Enantiômeros são moléculas orgânicas que são chamadas assim devido sua forma, pois para cada enantiômero existe um de forma idêntica porém invertida, como se esta estivesse em frente a um espelho. A quiralidade é importante em aminoácidos e açúcares, e estão presentes em um único enantiômero em todos os organismos.

Com base em pesquisas feitas anteriores sobre a origem e homoquiralidade de vida, o estudo publicado na revista Nature centra-se em uma análise do perfil dos blocos de construção da vida: os aminoácidos naturais. A variação de ignição nas descargas da experiência de Miller foi realizada com uma mistura de gases de redução da amônia, metano, água e hidrogênio (como demonstrado no esquema acima). A análise de aminoácidos utilizando cromatografia com espectrometria de massa (técnica analítica para identificar moléculas por meio da medição de sua massa e caracterização de sua estrutura química) revelou a geração de vários aminoácidos, incluindo os que são essenciais para a vida. A re-cristalização dos produtos da síntese e a análise da relação enantiomérica foram subsequentemente realizadas, os resultados da cromatografia e/ou espectrometria de massa revelaram uma assimetria na resolução espontânea e eficaz para aminoácidos serina e alanina.

O centro quiral de os reagentes, que é usado para a separação enantiomérica .. As estruturas dos derivados de alanina, utilizando reagentes diferentes: a) o-ftaldialdeído / N-acetil-L-cisteína (NAC-OPA); b) l- (9-fluorenil) cloroformato de etilo (FLEX); c) 6-aminoquinolyl-N-hidroxi-succinimidilo carbamato (AQC).

O centro quiral dos reagentes, que é usado para a separação enantiomérica. As estruturas dos derivados de alanina, utilizando reagentes diferentes: a) o-ftaldialdeído / N-acetil-L-cisteína (NAC-OPA); b) l- (9-fluorenil) cloroformato de etila (FLEX); c) 6-aminoquinolyl-N-hidroxi-succinimidilo carbamato (AQC).

Mas o que isto tudo significa? Significa que mais um mecanismo natural de assimetria foi descrito e mais passos foram dados em direção á compreensão da estrutura molecular da vida. Aminoácidos são os blocos de construção fundamentais de proteínas, que são as principais estruturas e catalisadores bioquímicos que suportam a vida. Como os aminoácidos foram produzidos sob condições pré-bióticas precoces é algo primordial para revelar a possível origem da vida. Existem numerosas investigações sobre a origem de aminoácidos na terra precoce. Por exemplo, mais de 80 aminoácidos naturais e não-naturais têm sido detectados nos meteoros condritos carbonáceos. Isto implica que os aminoácidos na biosfera terrestre poderiam provir de outras posições no sistema solar (Glavin et al, 2006). Além disso, oito aminoácidos proteinogênicos foram sintetizados abioticamente sob condições hidrotermais, o que apoia a hipótese de que os aminoácidos apareceram pela primeira vez em um circuito submarino hidrotermal (Hennet, et al, 2992). A questão da formação de blocos ligados á vida no espaço não é algo novo, de fato, já se tornou presente no ambiente acadêmico e divulgada para se tornar público. Veja PROPRIEDADES POLIMÉRICAS E A GÊNESE DA VIDA, PRÉ-BIÓTICIDADE – A SÍNTESE DO CIANOACETILENO, CIANOACETALDEÍDO E BASES PIRIMÍDICAS E PÚRICAS, FASES EUTÉTICAS NO GELO FACILITAM A SÍNTESE PRÉ-BIÓTICA DE ÁCIDOS NUCLEICOS e MOLÉCULAS ESSENCIAIS PARA A VIDA NA TERRA PODEM TER VINDO DO ESPAÇO.

No início dos anos 50, a experiência de Miller sintetizou aminoácidos pela ação de descargas elétricas simulando com uma atmosfera redutora de metano, amoníaco, água e hidrogênio como uma representação da atmosfera precoce (Miller, 1953). Mais tarde, demonstrou-se que a 10 aminoácidos naturais e 9 aminoácidos não-naturais/aminas podem ser sintetizados através de experimentos com descargas elétricas (Ringe et al, 1972). Essas e muitas outras variações do experimento da descarga elétrica mostraram claramente a produção de aminoácidos a partir de reações químicas simples, que colocou a origem da questão de vida dentro do reino da química orgânica (Ringe et al, 1972.; Johnson et al, 2008.;  Parker et al, 2011.; Levy et al, 2000).

Em todas essas investigações os aminoácidos detectados eram formados como racematos, ou seja, uma proporção de 50:50 entre desvios de luz Levógiros e Dextrógiros. É uma solução racêmica, onde a mistura tem quantidades iguais de dois enantiómeros de uma molécula quiral. No entanto, em estudos feitos com aminoácidos não-naturais provenientes de meteoritos havia um excesso enantiomérico (Cronin & Pizzarello, 1997.; Pizzarello et al, 2012), o que já indica um processo natural de quebra destes racematos. Ou seja, uma dessas formas estava mais presente do que a outra, mostrando uma quebra da mistura racêmica como resultado de um processo não dirigido, sem qualquer intenção, não-teleológicamente direcionado.

O fato de que todos os organismos da Terra manifestam um único enantiômero de seus aminoácidos levanta a questão sobre a origem desta homoquiralidade, que é outra questão-chave a respeito da origem da vida.

Os espectros de (a) a mistura recolhidos condensado "prebiótica" (b) a mistura de descarga eléctrica condensado recolhido da amostra B.

Os espectros de (a) a mistura recolhidos no condensado “pré-biótico” (b) a mistura de descarga eléctrica condensada recolhida. Clique para ampliar

Para investigar a origem e homoquiralidade de aminoácidos na terra no início, são necessárias técnicas analíticas, como a espectrometria de massa e a cromatografia. Então, neste trabalho, foram realizados vários experimentos de descarga elétrica com diferentes intervalos de tempo (três e sete dias), como fez Miller. As soluções resultantes foram levadas para análise de perfil sob estas técnicas. A cristalização foi também realizada usando a solução de mistura orgânica sintetizada e obtida a partir das experiências de descarga elétricas. As proporções enantioméricas dos aminoácidos selecionados dos cristais foram então analisadas.

Tudo isto ocorre com a finalidade de constatar três aspectos básicos do experimento de Miller; o perfil dos aminoácidos naturais que podem ser sintetizados abioticamente na experiência descarga elétrica que implicaria na possível origem destes blocos de construção da vida na Terra;  examinar a possibilidade de resolução espontânea da assimetria enantiomérica de aminoácidos produzidos a partir experimento descarga elétrica através da auto-cristalização, implicando, assim, na ocorrência da homoquiralidade sob condição pré-biótica; e desenvolver uma plataforma analítica versátil que possa ser uma ferramenta útil para investigar as questões que rodeiam a origem e homoquiralidade de aminoácidos na terra pré-biótica (Jiang et al, 2014).

E embora o trabalho em si tenha sido inspirado no experimento de Miller, uma análise mais profunda dos aminoácidos dos compostos sintetizados na mistura foi feita. A análise de aminoácidos detectou todos os aminoácidos naturais não-sulforosos com exceção do ácido glutâmico e vários de aminoácidos não-naturais/aminas. O resultado é altamente valioso em comparação com diversas outras publicações porque em termos das espécies de aminoácidos naturais que foram sintetizados e detectados neste estudo.

Nas amostras, a abundância relativa de aminoácidos foi calculada usando a comparação da área do pico cromatográfico de cada aminoácido nas amostras com a solução em uma mistura padrão de aminoácidos. A análise de aminoácidos determinou, por exemplo, que a asparagina apresentou a maior abundância na mistura “pré-biótica”. Este resultado levou direcionou os pesquisadores um artigo publicado pelo pesquisador Kojo e colegas (2004) onde mostrou que um excesso de asparagina pode iniciar a geração espontânea de assimetria em uma mistura de racêmica de aminoácidos. Se assim foi, poderia ser o caso para as soluções de moléculas orgânicas sintetizadas sob possíveis condições primitivas da Terra. A experiência inicial de re-cristalização de uma mistura de oito aminoácidos racêmicos com uma taxa de abundância relativa resulta na geração espontânea de assimetria (Jiang et al, 2014).

Em conclusão, a análise de aminoácidos utilizando técnicas analíticas modernas revelou que 17 aminoácidos essenciais foram formados em misturas orgânicas geradas pela descarga elétrica no Miller experimento. A re-cristalização desta mistura de aminoácidos revelou que a assimétrica espontânea é eficaz e pode ser realizada. Assim, misturas orgânicas complexas que contêm uma infinidade a aminoácidos obtidos em condições pré-bióticos podem ser submetidos á geração espontânea de assimetria. Uma vez que os aminoácidos podem ser sintetizados no espaço por diversas reações já descritas na literatura científica e a geração de assimetria nas condições descritas também deve ser possível em outros planetas dentro ou fora do sistema solar. Neste contexto, Marte pode ter tido um ambiente possível para a síntese de aminoácidos desde o metano que foi recentemente detectado neste planeta (Mumma et al, 2009).

Victor Rossetti

Palavras chave: NetNature, Rossetti, Homoquiralidade, Enantiômeros, Quiralidade, origem da vida, Pré-Biótica.

.

Referências

Cronin, J. R. & Pizzarello, S. Enantiomeric excesses in meteoritic amino acids. Science (Washington, D. C.) 275, 951–955 (1997).
Glavin, D. P. et al. Amino acid analyses of Antarctic CM2 meteorites using liquid chromatography – time of flight-mass spectrometry. Meteorit. Planet. Sci. 41, 889–902 (2006).
Hennet, R. J. C., Holm, N. G. & Engel, M. H. Abiotic synthesis of amino acids under hydrothermal conditions and the origin of life: a perpetual phenomenon? Naturwissenschaften 79, 361–365 (1992).
Jiang. L. Pawel Dziedzic, Zdenek Spacil, Gui-Ling Zhao, Lennart Nilsson, Leopold L. Ilag & Armando Córdova. Abiotic synthesis of amino acids and self-crystallization under prebiotic conditions. Scientific Reports 4, Article number: 6769 (2014)
Johnson, A. P. et al. The Miller volcanic spark discharge experiment. Science 322, 404 (2008).
Kojo, S., Uchino, H., Yoshimura, M. & Tanaka, K. Racemic D L-asparagine causes enantiomeric excess of other coexisting racemic D, L-amino acids during recrystallization: a hypothesis accounting for the origin of L-amino acids in the biosphere. Chem. Commun. (Cambridge, U. K.) 2146–2147 (2004).
Levy, M., Miller, S. L., Brinton, K. & Bada, J. L. Prebiotic synthesis of adenine and amino acids under Europa-like conditions. Icarus, 145, 609–613 (2000).
Miller, S. L. A production of amino acids under possible primitive earth conditions. Science 117, 528–529 (1953).
Mumma, M. J. et al. Strong Release of Methane on Mars in Northern Summer 2003. Science (Washington, DC, U. S.) 323, 1041–1045 (2009).
Parker, E. T. et al. Primordial synthesis of amines and amino acids in a 1958 Miller H2S-rich spark discharge experiment. Proc. Nat. Acad. Sci. U. S. 108, 5526–5531 (2011).
Pizzarello, S. et al. Large enantiomeric excesses in primitive meteorites and the diverse effects of water in cosmochemical evolution. Proc. Nat. Acad. Sci. U. S. 109, 11949–11954 (2012).
Ring, D., Wolman, Y., Friedmann, N. & Miller, S. L. Prebiotic synthesis of hydrophobic and protein amino acids. Proc. Nat. Acad. Sci. U. S. 69, 765–768 (1972).
Anúncios

Deixe um comentário

Preencha os seus dados abaixo ou clique em um ícone para log in:

Logotipo do WordPress.com

Você está comentando utilizando sua conta WordPress.com. Sair / Alterar )

Imagem do Twitter

Você está comentando utilizando sua conta Twitter. Sair / Alterar )

Foto do Facebook

Você está comentando utilizando sua conta Facebook. Sair / Alterar )

Foto do Google+

Você está comentando utilizando sua conta Google+. Sair / Alterar )

Conectando a %s