Cientistas estão cada vez mais perto de resolver o mistério químico da origem da vida

Há muito que intriga as pessoas que tentam compreender como funcionava a vida depois da formação da Terra, há milhares de milhões de anos. Agora, os químicos descobriram a receita, em parte, criando em laboratório um composto complexo essencial para toda a vida.

Tal como fazer os ingredientes para um bolo, os investigadores conseguiram criar um composto que é importante para o metabolismo de todas as células vivas e é essencial para a produção e regulação de energia. O caminho, que intriga os cientistas há décadas, envolve moléculas relativamente simples que podem ter estado presentes na Terra primitiva, que se combinaram à temperatura ambiente durante um período de meses.

Esta descoberta apoia a ideia de que muitos dos principais componentes da vida poderiam ter-se formado precocemente e combinados para formar células vivas.

“Por que temos vida? Por que as regras da química significam que a vida aqui tem a aparência que tem?”, disse Matthew Bower, autor sênior do livro. Artigo de pesquisa. Estas são “apenas as perguntas mais fascinantes que podemos responder”.

Embora os organismos variem muito na aparência, eles são feitos dos mesmos blocos químicos básicos, chamados metabólitos primários, que estão diretamente envolvidos no crescimento e desenvolvimento celular. Os exemplos incluem aminoácidos que ajudam a construir proteínas e nucleotídeos que constituem o ácido ribonucleico (RNA) e o DNA.

A nova experiência laboratorial centrou-se nas origens de outro metabolito essencial: a coenzima A, que está no cerne do metabolismo em todas as áreas da vida (como uma das suas muitas funções). Por exemplo, o composto desempenha um papel vital na libertação de energia a partir de hidratos de carbono, gorduras e proteínas em organismos que necessitam de oxigénio, mas também desempenha funções metabólicas em formas de vida que não necessitam de oxigénio, como muitas bactérias.

Especificamente, Pawner e sua equipe procuravam recriar uma parte específica da molécula da coenzima A chamada pantetina. A pantetina é o braço funcional da coenzima A e é frequentemente transportada e permite que outras reações químicas ocorram no corpo. Essa extremidade é chamada de cofator e atua como um interruptor, sem ela a coenzima não seria utilizável.

“Todos os nossos processos metabólicos dependem de um pequeno subconjunto destes fatores comuns”, disse Aaron Goldman, biólogo do Oberlin College que não esteve envolvido no estudo. “Isso levou os pesquisadores a sugerir que esses mesmos fatores comuns podem ter precedido enzimas maiores e mais complexas durante a origem e evolução inicial da vida”.

Alguns pesquisadores sugeriram que as primeiras formas de vida poderiam ter usado a pantetina para armazenar energia antes da evolução das células maiores e mais complexas que usam hoje como moeda de energia, disse Goldman.

Se sim, o mistério permanece: de onde veio a pantetina?

“Não podemos voltar no tempo. Não podemos voltar à origem da vida. Não podemos encontrar amostras desse período de tempo”, disse Pawner, professor da University College London. “Nossa única capacidade de obter o cerne deste problema é reconstruí-lo e começar “do zero, reengenharia da célula e compreensão do que é necessário para construir um organismo”.

Construir Panteten foi difícil. Ele disse que a molécula era “estranha” para os padrões bioquímicos. Assemelhava-se muito à estrutura dos peptídeos (cadeias de aminoácidos) usados ​​para construir proteínas, mas tinha várias propriedades estranhas – elementos incomuns que estavam em lugares estranhos – que pareciam dar-lhe uma estrutura mais complexa.

O composto é um pato tão curioso que os cientistas sugeriram anteriormente que era demasiado complexo para ser produzido a partir de moléculas básicas. Outros tentaram e não conseguiram criar o panteteno, acreditando que ele nem existia nas origens da vida. Muitos cientistas acreditavam que a biologia havia criado uma versão simples dela, que teria evoluído para se tornar mais complexa com o tempo, como construir uma cabana e posteriormente transformá-la em um palácio.

Porém, a equipe foi ao laboratório. Eles se concentraram principalmente no uso de materiais que seriam abundantes na Terra primitiva, como cianeto de hidrogênio e água. As primeiras etapas da reação demoraram cerca de um dia, mas a etapa final durou 60 dias, a reação mais longa já realizada pelo laboratório de Boulder. A equipe finalmente parou de reagir “em parte porque ficamos entediados”, disse ele. Mas o resultado foi muita pantetina.

O sucesso da equipe em comparação com estudos fracassados ​​conduzidos por outros usando compostos à base de nitrogênio chamados nitrila. Esses compostos forneceram a energia necessária para catalisar as reações. Sem nitrilo, é como ter um cortador de grama, mas sem gás para movê-lo.

“Acho muito surpreendente que ninguém tenha tentado isso. Se você misturar todos eles, eles serão mutuamente reativos”, disse Jasper Fairchild, candidato a doutorado na University College London, que liderou o experimento. No caos, mas você não. Você pode simplesmente obter pantetina. E para mim isso é muito bonito.”

Os pesquisadores disseram que na Terra primitiva, a reação poderia ter ocorrido em pequenas piscinas ou lagos de água. No entanto, os grandes oceanos provavelmente diluíram a concentração de produtos químicos.

O químico Joseph Moran, que não esteve envolvido no estudo, disse: “Este é outro belo exemplo de como as moléculas da vida, mesmo as mais complexas como as coenzimas, estão prestes a se formar”.

Uma receita simples para uma molécula tão complexa poderia reimaginar como a vida começou na Terra. Historicamente, diz Pawner, os cientistas sugeriram que as moléculas biológicas apareceram gradualmente, como se O mundo do RNA O que mais tarde levou ao surgimento de proteínas e outros produtos químicos.

Mas a nova descoberta mostra que muitos dos elementos essenciais da vida poderiam ter sido criados simultaneamente a partir dos mesmos produtos químicos e condições básicas, produzindo proteínas, RNA e outros componentes simultaneamente. Na verdade, os estudos anteriores da equipe usaram condições e reações semelhantes para criar nucleotídeos (que ajudam a formar o DNA) e peptídeos (que ajudam a formar proteínas). Esses elementos básicos poderiam ter se juntado, interagido entre si e, por fim, levado à origem da vida.

Uma melhor compreensão de como estes componentes se formam e se fundem poderá um dia ajudar os cientistas a criar vida a partir de materiais estáveis ​​no laboratório, ou mesmo noutro planeta.

“Estamos longe de conseguir fazer isso [from scratch] “Faça uma colmeia”, disse Pawner. “Isso pode não acontecer durante a minha vida, mas estamos no caminho de entender como essas moléculas funcionam juntas.”

Este artigo faz parte Planeta escondidouma coluna que explora a ciência maravilhosa, inesperada e bizarra do nosso planeta e além.

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