Descobrir como surgiram as primeiras moléculas biológicas (como proteínas e DNA) é o principal objetivo dos pesquisadores que buscam solucionar a origem da vida. Hoje, químicos na Saint Louis University, em colaboração com cientistas do College of Charleston e do NSF / NASA Center for Chemical Evolution, publicou um estudo na revista Nature Communications isso sugere que os minerais deliquescentes - que se dissolvem na água que absorvem do ar úmido - podem ajudar na construção de proteínas a partir de blocos de construção mais simples durante os ciclos programados para imitar o dia e a noite na Terra primitiva.

“Em termos de história do planeta, como a vida se originou é provavelmente a maior pergunta científica que podemos fazer, "disse Paul Bracher, Ph.D., professor assistente de química na Saint Louis University e investigador principal do estudo. "Uma peça-chave desse grande desafio é descobrir o quão grandes moléculas de polímero que sabemos ser importantes para a vida poderiam ter se formado antes que toda a nossa maquinaria biológica evoluísse para produzi-las."

Proteínas de cozimento na cozinha pré-biótica

Os aminoácidos são os blocos de construção moleculares ligados entre si por ligações peptídicas para formar proteínas. Os químicos sabem há muito tempo que simplesmente assar misturas de aminoácidos à secura levará à formação de ligações peptídicas. Os rendimentos de peptídeos melhoram quando a água é adicionada e a amostra é seca novamente, após os ingredientes serem misturados novamente. Submeter aminoácidos a ciclos repetidos de úmido-seco poderia ter sido uma boa receita para preparar peptídeos e proteínas na Terra primitiva, já que dias quentes e ensolarados interrompidos por chuvas ocasionais parecem padrões de tempo razoáveis. Mas uma das principais críticas a esse processo é sua dependência de tempestades imprevisíveis que podem ter diluído os ingredientes em excesso.

Água:um ingrediente necessário, mas problemático

"Siga a água" tem sido o lema da NASA na busca por vida fora do nosso planeta. Sem água, a bioquímica da vida como a conhecemos seria impossível.

Na química da origem da vida, a solução geralmente é o problema. Para que processos químicos construtivos ocorram, os blocos de construção devem se dissolver em uma solução líquida para encontrar parceiros para reagir. Na terra, este meio é água, o solvente da vida.

Contudo, a água pode ser uma espada de dois gumes. Enquanto a vida precisa de água para sobreviver, muita água pode ser destrutiva. A maioria das moléculas biológicas são propensas a hidrólise, um processo no qual a água quebra as ligações químicas. E muita água acabará inundando as células em desenvolvimento que contêm as biomoléculas em evolução, espalhando-os muito longe um do outro para reagir.

Uma pitada de sal

Os minerais deliquescentes oferecem um meio de contornar as limitações da ciclagem tradicional úmida-seca. Esses sais absorvem uma quantidade limitada de água do ar, com base na umidade relativa, oferecendo regulação natural da água presente em uma solução.

O novo estudo - uma colaboração entre cientistas da SLU e do College of Charleston - relata como os sais deliquescentes podem ajudar a fazer peptídeos a partir do aminoácido mais simples, glicina, durante a autorregulação, repetir o ciclo úmido-seco. Durante o dia, as misturas de reação formam peptídeos quando evaporam até a secura em altas temperaturas. À noite, as reações adquirem água da atmosfera para formar soluções aquosas a baixas temperaturas, reumedecendo assim sem a adição de água por uma tempestade e evitando a possibilidade de sobrediluição destrutiva.

Diferenças aparentemente pequenas, como mudar a umidade ambiente de 50% para 70%, pode levar a profundas diferenças na tendência das amostras de absorver água, e, portanto, grandes diferenças no rendimento das reações que hospedam. E embora o potássio e o sódio sejam vizinhos na tabela periódica com reatividades quase idênticas, muitos sais de potássio são deliquescentes onde seus equivalentes de sódio não são. O sal K2HPO4 promoveu rendimentos de peptídeos de glicina dez vezes maiores do que em Na ₂ HPO ₄ .

A equipe acredita que seu sistema pode fornecer pistas relevantes para resolver o mistério de por que toda a vida na Terra gasta tanta energia enriquecendo o potássio dentro das células e jogando o sódio para fora.

"Esta pesquisa criativa, explorando como o ambiente químico regula a formação de grandes moléculas, representa outro grande passo em direção ao objetivo do CCE de compreender a química por trás das moléculas biológicas iniciais. O envolvimento bem-sucedido de pesquisadores de graduação neste trabalho também reflete a missão da NSF de integração da pesquisa com a educação para o treinamento da força de trabalho futura, "disse o Dr. Lin He, o vice-diretor da Divisão de Química da National Science Foundation.

Padarias além da terra

Apesar de seu nome soar exótico, os sais deliquescentes são comuns e existem em ambientes naturais, onde podem desempenhar um papel em permitir a existência de água líquida em ambientes que são de outra forma muito frios e / ou secos.

Em uma região hiperárida do deserto do Atacama, no Chile, que é inóspita para a vida, comunidades microbianas residem em depósitos de halita mineral. Sua atividade fotossintética aumenta quando a umidade relativa do ar sobe acima de 70%, excedendo o limite onde seu ambiente de halita se torna deliquescente.

Misturas deliquescentes de sais de cloreto e perclorato também foram identificadas em Marte. Essas misturas parecem fluir sazonalmente e têm atraído um interesse significativo dos astrobiólogos como a única água líquida na superfície do planeta.

Fazendo uso desses minerais naturais, este novo estudo propõe ciclos úmido-seco regulados por oscilações diárias naturais de temperatura e umidade - não em eventos de chuva incontroláveis ​​- constituem um modelo prebioticamente viável para conduzir a formação química de biopolímeros essenciais para a biologia.

Uma simples pitada de sal era o ingrediente que faltava para preparar a vida na Terra? Podemos nunca saber com certeza, mas neste caso, certamente parece fazer uma grande melhoria na receita para assar proteínas.