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

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

"Como a química levou a uma vida complexa é uma das questões mais fascinantes que a humanidade já ponderou, "diz Luke Leman, Ph.D., professor assistente de química na Scripps Research. "Existem muitas teorias sobre as origens das proteínas, mas nem tanto o suporte experimental de laboratório para essas idéias."

Leman recentemente co-liderou um estudo sobre a própria receita para a vida na Terra primitiva; a pesquisa é publicada no Proceedings of the 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 NASA.

"A pesquisa nos ajuda a entender como os peptídeos carregados positivamente poderiam ter se formado na Terra pré-biótica, "diz Moran Frenkel-Pinter, Ph.D., um pós-doutorado na Georgia Tech e primeiro autor do artigo. Os peptídeos são feitos quando dois ou mais blocos de construção de aminoácidos se ligam, levando às proteínas que constituem cada organismo.

Leman, Frenkel-Pinter e muitos outros cientistas neste campo acham estranho que cada ser vivo em nosso planeta forme suas proteínas a partir do mesmo conjunto de 20 aminoácidos. Por que esse conjunto específico? Os cientistas sabem que existem muito mais aminoácidos por aí. Na verdade, meteoritos com até 80 aminoácidos pousaram 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. "Existe algo especial sobre esses 20 aminoácidos, ou eles simplesmente ficaram congelados em um momento no tempo pela evolução? "

O novo estudo sugere que a dependência da vida desses 20 aminoácidos não é acidental. Os pesquisadores mostram que os tipos de aminoácidos usados ​​nas proteínas têm maior probabilidade de se ligar porque reagem mais eficientemente e têm poucas reações colaterais ineficientes.

Essa descoberta dá aos pesquisadores uma retrospectiva no tempo e um modelo de trabalho para testar outras 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 podem ser usadas para terapias de drogas e ciência de materiais.

"Este trabalho é um passo real para entender por que certos blocos de construção são encontrados nas proteínas essenciais para a vida, "diz Kathy Covert, diretor do programa nos Centros de Inovação Química da National Science Foundation, que co-financia o Center for Chemical Evolution. "Por meio de pesquisas como esta, o Centro está realizando sua ambiciosa missão de lançar luz sobre a química dos biopolímeros, um alicerce de todas as coisas vivas. "

Para o experimento, os pesquisadores compararam os aminoácidos "proteicos" - aqueles usados ​​pelos organismos hoje - com os aminoácidos que não estão presentes nos seres vivos. Os pesquisadores sabiam que a evaporação da água poderia ter criado as condições necessárias para que os aminoácidos se ligassem na Terra primitiva, então, eles usaram uma reação de secagem - a água evapora e o calor é aplicado - para imitar as condições naturais que fazem com que os aminoácidos formem peptídeos.

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

Seus experimentos mostraram que os aminoácidos proteicos são mais propensos a se ligar espontaneamente para formar grandes "macromoléculas" sem a necessidade de quaisquer outros ingredientes, tais como enzimas ou agentes ativadores. Esta ligação é uma etapa importante na formação de uma proteína.

Os aminoácidos proteicos pareciam preferir a reatividade por meio de uma parte de sua estrutura chamada alfa-amina. Eles se formaram principalmente lineares, "topologias" de backbone semelhantes a proteínas (formações geométricas). Essa tendência pode ter dado a esses aminoácidos uma vantagem na dobragem e ligação, levando eventualmente a proteínas.

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

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

Loren Williams, Ph.D., 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 Hadean. "Estamos começando a entender como os processos puramente químicos, com base nos da Terra Hadean, pode produzir moléculas que têm semelhanças surpreendentes com polímeros biológicos, "diz Williams, que também é membro do CCE.

Daqui para frente, os pesquisadores gostariam de investigar como esses aminoácidos interagem com o RNA, o ingrediente no início que pode ter tornado possível o próximo passo na evolução.

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