A questão de como a vida na Terra surgiu pela primeira vez é uma pergunta que os humanos se perguntam desde tempos imemoriais. Embora os cientistas estejam relativamente confiantes sobre quando isso aconteceu, não houve resposta definitiva sobre o motivo. Como os aminoácidos, os componentes químicos da vida, se uniram cerca de quatro bilhões de anos atrás para criar as primeiras moléculas de proteína?
Enquanto essa pergunta ainda não foi respondida, os cientistas estão fazendo novas descobertas que podem ajudar a reduzi-la. Por exemplo, uma equipe de pesquisadores do Centro de Evolução Química do Instituto de Tecnologia da Geórgia (CCT) conduziu recentemente um estudo que mostrou como alguns dos primeiros predecessores da molécula de proteína podem ter se ligado espontaneamente para formar uma cadeia.
O estudo apareceu recentemente no Anais da Academia Nacional de Ciências. O estudo foi liderado pelo Dr. Moran Frenkel-Pinter, da Georgia Tech, e incluiu vários pesquisadores do CCT - que é apoiado pela NASA e pela National Science Foundation (NSF) - com assistência do Dr. Luke Leman e professor assistente de química na Scripps Research, um instituto de pesquisa médica sem fins lucrativos.
Por décadas, os cientistas têm teorias sobre como os primeiros aminoácidos se uniram para formar moléculas de proteína. Infelizmente, todas as tentativas de verificar essas teorias falharam até agora. Como o Dr. Leman explicou:
“Como a química levou à vida complexa é uma das questões mais fascinantes que a humanidade ponderou. Existem muitas teorias sobre as origens das proteínas, mas não há muito suporte experimental de laboratório para essas idéias. ”
Para o estudo, a equipe de pesquisa conduziu um experimento em que uma pequena seleção de aminoácidos (lisina, arginina e histidina) foi colocada junto com três aminoácidos concorrentes não biológicos. Os ácidos foram então submetidos a condições semelhantes às que se acredita terem existido na Terra durante o Hadean Eon (cerca de 4 bilhões de anos atrás).
Isso consistiu em colocar os aminoácidos selecionados em água contendo hidroxiácidos, que são conhecidos por facilitar as reações de aminoácidos e seriam comuns na Terra prebiótica. A mistura foi então aquecida a 85 °C (185 °F), que acelerou o processo de reação e causou a evaporação da água. As reações químicas resultantes foram então estudadas.
Para sua surpresa, os aminoácidos biológicos se formaram espontaneamente em segmentos puros que se ligavam através de grupos a-amina. Esses grupos são aqueles que são feitos de nitrogênio e hidrogênio e são bastante reativos. No entanto, eles também fazem parte do núcleo de aminoácidos e outras aminas que formam cadeias laterais que se estendem a partir do núcleo (que foram usadas neste experimento) são geralmente mais reativos. Frenkel-Pinter disse:
“Surpreendeu-nos que esta química favorecesse a conexão? -Amina encontrada nas proteínas, mesmo que os princípios químicos nos levassem a acreditar que a conexão não protéica seria favorecida. A preferência pela ligação semelhante à proteína sobre a não-proteína foi de cerca de sete para um. ”
Outra surpresa foi o fato de que os aminoácidos biológicos superaram os não biológicos em termos de reatividade. Os últimos ácidos, que hoje não são encontrados nas proteínas, tinham o potencial de reagir quimicamente tão bem quanto (ou melhor que) os biológicos. Além disso, a equipe previu que a inclusão desses ácidos daria aos biológicos uma corrida pelo seu dinheiro e poderia até levar ao c
No entanto, as reações resultaram principalmente na formação de peptídeos (dois ou mais blocos de aminoácidos ligados) que estavam mais próximos das proteínas atuais. Em particular, os pesquisadores pensaram que os aminoácidos não biológicos superariam o aminoácido biológico conhecido como lisina e que a lisina não seria capaz de formar cadeias de maneira confiável.
Em ambos os casos, eles estavam errados e, em vez disso, descobriram que a lisina entrava predominantemente nas cadeias de uma maneira que é semelhante ao que acontece hoje com as proteínas. A partir disso, a equipe levantou a hipótese de que as cadeias de aminoácidos pré-fabricadas que são úteis nos sistemas vivos evoluíram antes que a vida encontrasse uma maneira de produzir proteínas.
O fato de o experimento deles mostrar que os aminoácidos biológicos são preferidos aos não biológicos também pode oferecer uma nova visão sobre o motivo pelo qual apenas 20 aminoácidos entraram na formação da vida. Os cientistas acreditam que havia mais de 500 ácidos naturais presentes na Terra durante o Hadean Eon. Como Loren Williams, professor de bioquímica da Georgia Tech, explica
"Nossa idéia é que a vida começou com os vários blocos de construção existentes e selecionou um subconjunto deles, mas não sabemos quanto foi selecionado com base na química pura ou quantos processos biológicos foram selecionados. Olhando para este estudo, parece que a biologia de hoje pode refletir essas reações químicas pré-bióticas mais do que pensávamos. ”
“Na Terra prebiótica, haveria um conjunto muito maior de aminoácidos. Existe algo de especial nesses 20 aminoácidos, ou eles congelaram em um momento pela evolução? ” Em suma, o experimento sugere que os tipos de aminoácidos usados nas proteínas têm maior probabilidade de se unirem porque reagem de maneira mais eficiente e têm poucas reações colaterais ineficientes.
Em suma, o experimento sugere que os tipos de aminoácidos usados nas proteínas têm maior probabilidade de se unirem porque reagem de maneira mais eficiente e têm poucas reações colaterais ineficientes. Também confere credibilidade adicional à teoria de que a maioria dos polímeros biológicos se formam em ciclos úmidos e secos, algo que os pesquisadores da CCT têm
Essa teoria, que afirma que as primeiras proteínas ocorreram em planícies de terra varridas pela chuva ou em rochas banhadas pelo sol do lago, está em desacordo com a narrativa mais convencional de que os blocos de construção da vida dependem de eventos raros e cataclísmicos, bem como de múltiplos ingredientes. para emergir. Ao mostrar que provavelmente era um processo muito mais direto, essa pesquisa poderia nos levar um passo mais perto de desvendar esse mistério milenar.
Também poderia ter implicações na busca de vida além da Terra. Se os elementos básicos da vida são naturalmente reativos e atraídos um pelo outro, provavelmente aumenta as chances de que reações químicas semelhantes tenham ocorrido em outras partes do Universo!
