Usando métodos de química quântica, uma equipe de pesquisadores liderada pelo Dr. Matthias Granold e o professor Bernd Moosmann, do Instituto de Patobioquímica da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz, resolveu um dos mais antigos quebra-cabeças da bioquímica. Eles descobriram por que existem 20 aminoácidos que formam a base de toda a vida hoje, mesmo que os primeiros 13 aminoácidos gerados ao longo do tempo teriam sido suficientes para formar um repertório abrangente das proteínas funcionais necessárias. O fator decisivo é a maior reatividade química dos aminoácidos mais recentes, em vez de sua estrutura espacial. Em sua publicação no principal jornal PNAS , os pesquisadores baseados em Mainz também postulam que foi o aumento do oxigênio na biosfera que desencadeou a adição de aminoácidos suplementares à caixa de ferramentas da proteína.

Toda a vida na Terra é baseada em 20 aminoácidos, que são governados pelo DNA para formar proteínas. No DNA herdado, são sempre três bases sequenciais de DNA, ou códons, que se combinam para "codificar" um único desses 20 aminoácidos. A grade resultante de códons é conhecida como código genético. "Os pesquisadores ficaram intrigados por décadas por que a evolução selecionou esses 20 aminoácidos para a codificação genética, "disse o professor Bernd Moosmann." A presença dos últimos e mais novos sete aminoácidos é particularmente difícil de explicar, porque proteínas adequadas e funcionais podem ser montadas usando apenas os primeiros e mais antigos 10 a 13 aminoácidos. "

Em uma nova abordagem, os pesquisadores compararam a química quântica de todos os aminoácidos usados ​​pela vida na Terra com a química quântica dos aminoácidos do espaço, trouxe meteoritos, bem como com biomoléculas de referência modernas. Eles descobriram que os novos aminoácidos se tornaram sistematicamente mais suaves, ou seja, mais prontamente reativo ou sujeito a mudanças químicas. "A transição da química morta lá fora no espaço para nossa própria bioquímica aqui hoje foi marcada por um aumento na suavidade e, portanto, uma reatividade aprimorada dos blocos de construção, "explicou Moosmann. Os pesquisadores puderam verificar os resultados de seus cálculos teóricos em experimentos bioquímicos. Os aspectos funcionais também devem ter desempenhado um papel significativo em relação aos aminoácidos mais recentes, pois esses recém-chegados dificilmente apresentam vantagens particulares no que diz respeito à construção de proteínas estruturas.

Contudo, permanecia o problema de por que os aminoácidos moles foram adicionados à caixa de ferramentas em primeiro lugar. Com o que exatamente esses aminoácidos prontamente reativos deveriam reagir? Com base em seus resultados, os pesquisadores concluíram que pelo menos alguns dos novos aminoácidos, especialmente metionina, triptofano, e selenocisteína, foram adicionados como consequência do aumento dos níveis de oxigênio na biosfera. Este oxigênio promoveu a formação de radicais livres tóxicos, que expõe organismos e células modernos a um enorme estresse oxidativo. Os novos aminoácidos passaram por reações químicas com os radicais livres e, assim, os eliminaram de maneira eficiente. Os novos aminoácidos oxidados, por sua vez, eram facilmente reparáveis ​​após a oxidação, mas eles protegeram outras estruturas biológicas mais valiosas, que não são reparáveis, de danos induzidos por oxigênio. Portanto, os novos aminoácidos forneceram aos ancestrais remotos de todas as células vivas uma vantagem de sobrevivência muito real que lhes permitiu ter sucesso na forma mais oxidante, "admirável" novo mundo na Terra. "Com isso em vista, poderíamos caracterizar o oxigênio como o autor adicionando o toque final ao código genético, "afirmou Moosmann.