UMA PISTA QUÍMICA DE COMO A VIDA COMEÇOU NA TERRA.

A Terra nem sempre abrigou a vida. Mas há cerca de 4 bilhões de anos, algo no ambiente mudou e sistemas com propriedades biológicas começaram a surgir. Muitos cientistas acreditam que uma dança animada de moléculas chamadas aminoácidos é parcialmente responsável pela mudança: as moléculas se ligaram, se separaram e finalmente se juntaram para formar a vida como a conhecemos.

Podemos nunca saber exatamente como o processo funcionou, mas os químicos de hoje fizeram novas descobertas que se baseiam em teorias promissoras sobre como a vida se formou.

“Como a química levou a vida complexa é uma das questões mais fascinantes que a humanidade tem ponderado”, diz Luke Leman, PhD, professor assistente de química na Scripps Research. “Há muitas teorias sobre as origens das proteínas, mas não tanto apoio laboratorial experimental para essas ideias.”

Leman recentemente co-liderou um estudo sobre a própria receita da vida na Terra primitiva; a pesquisa foi publicada na revista Proceedings of National Academy of Sciences. Ele trabalhou em estreita colaboração com pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia e do Centro de Evolução Química, que é apoiado pela National Science Foundation e pela NASA.

“A pesquisa nos ajuda a entender como os peptídeos carregados positivamente poderiam ter se formado na terra pré-biótica”, diz Moran Frenkel-Pinter, PhD, um pós-doutorado na Georgia Tech e primeiro autor do artigo. Os peptídeos são formados quando dois ou mais blocos de aminoácidos se ligam, levando às proteínas que compõem todo organismo.

Leman, Frenkel-Pinter e muitos outros cientistas neste campo acham estranho que todos os seres vivos do nosso planeta formem as suas proteínas a partir do mesmo conjunto de 20 aminoácidos. Por que esse conjunto específico? Os cientistas sabem que existem muitos mais aminoácidos por aí. De fato, meteoritos com até 80 aminoácidos aterrissaram na Terra.

“Na Terra pré-biótica, haveria um conjunto muito maior de aminoácidos”, diz Leman, que também é colaborador científico do Center for Chemical Evolution. “Há algo de especial nesses 20 aminoácidos, ou eles foram congelados em um momento pela evolução?”

O novo estudo sugere que a dependência da vida desses 20 aminoácidos não é um acidente. Os pesquisadores mostram que os tipos de aminoácidos usados ​​em proteínas são mais propensos a se unirem porque reagem juntos de forma mais eficiente e têm poucas reações colaterais ineficientes.

Essa descoberta dá aos pesquisadores uma retrospectiva no tempo e um modelo funcional para testar novas teorias sobre as origens da vida. Compreender como os peptídeos se formam também é importante para o campo da química sintética, onde os cientistas estão se esforçando para projetar novas moléculas que possam ser usadas para terapias com drogas e ciência dos materiais.

“Este trabalho é um passo real para entender por que certos componentes são encontrados nas proteínas essenciais para a vida”, diz Kathy Covert, diretora de programa dos Centros de Inovação Química da National Science Foundation, que co-financia o Center for Chemical Evolution (CCE). “Através de pesquisas como essa, o Centro está realizando sua missão ambiciosa de lançar luz sobre as químicas dos biopolímeros, uma fundação de todos os seres vivos.”

Para o experimento, os pesquisadores compararam aminoácidos “proteicos” – aqueles usados ​​por organismos hoje – com aminoácidos que não estão presentes nos seres vivos. Os pesquisadores sabiam que a evaporação da água poderia ter criado as condições necessárias para a ligação dos aminoácidos no início da Terra, então usaram uma reação de secagem – a água evapora e o calor é aplicado – para imitar as condições naturais que levam os aminoácidos a formarem peptídeos.

“Com ciclos de aquecimento e secagem, você pode formar cadeias de aminoácidos que são semelhantes às estruturas de proteínas”, diz Leman.

Suas experiências mostraram que os aminoácidos proteináceos são mais propensos a se ligarem espontaneamente para formar grandes “macromoléculas” sem a necessidade de outros ingredientes, como enzimas ou agentes ativadores. Esta ligação é um passo importante na formação de uma proteína.

Os aminoácidos proteináceos pareciam preferir reatividade através de uma parte de sua estrutura chamada α-amina. Eles formaram principalmente “topologias” lineares (formações geométricas) semelhantes às proteínas. Essa tendência poderia ter dado a esses aminoácidos uma vantagem inicial na dobra e ligação, levando eventualmente a proteínas.

Com base na química que eles observaram, os cientistas agora têm uma explicação possível para a seleção dos aminoácidos carregados positivamente encontrados nas proteínas atuais.

“Esta é uma força motriz puramente química que poderia ter levado à seleção de certos aminoácidos em detrimento de outros”, diz Leman.

Loren Williams, PhD, professor da Georgia Tech e co-líder do estudo, diz que a pesquisa dá aos químicos um ponto de partida para entender como a vida poderia ter começado na Terra primitiva, também chamada de Terra Hadeana. “Estamos começando a entender como os processos puramente químicos, baseados nos da Terra Hadeana, podem produzir moléculas que têm semelhanças surpreendentes com os polímeros biológicos”, diz Williams, que também é membro da CCE.

Indo adiante, os pesquisadores gostariam de investigar como esses aminoácidos interagem com o RNA, o ingrediente no início que pode ter feito o próximo passo na evolução possível.

“Será interessante aprender como esses ancestrais de proteínas carregados positivamente cooperam com moléculas negativamente carregadas, como o RNA”, diz Frenkel-Pinter.

Jornal Referência: Moran Frenkel-Pinter, Jay W. Haynes, Martin C, Anton S. Petrov, Bradley T. Burcar, Ramanarayanan Krishnamurthy, Nicholas V. Hud, Luke J. Leman, Loren Dean Williams. Selective incorporation of proteinaceous over nonproteinaceous cationic amino acids in model prebiotic oligomerization reactionsProceedings of the National Academy of Sciences, 2019; 201904849 DOI: 10.1073/pnas.1904849116

Fonte: Science Daily

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