p A maior parte dos esforços na pesquisa sobre as origens da vida concentra-se na compreensão da formação pré-biótica dos blocos de construção biológicos. Contudo, é possível que a evolução biológica inicial dependesse de diferentes estruturas e processos químicos, e estes foram substituídos gradualmente ao longo do tempo por eras de evolução. Recentemente, químicos Irena Mamajanov, Melina Caudan e Tony Jia, do Earth-Life Science Institute (ELSI) no Japão, pegaram ideias emprestadas da ciência dos polímeros, entrega de drogas, e biomimética para explorar essa possibilidade. Surpreendentemente, eles descobriram que mesmo pequenos polímeros altamente ramificados podem servir como catalisadores eficazes, e isso pode ter ajudado a vida a começar. p Na biologia moderna, enzimas de proteínas codificadas fazem a maior parte do trabalho catalítico nas células. Essas enzimas são constituídas por polímeros lineares de aminoácidos, que se dobram e se dobram para trás para formar formas tridimensionais fixas. Essas formas pré-formadas permitem que eles interajam muito especificamente com os produtos químicos cujas reações catalisam. Os catalisadores ajudam as reações a ocorrerem muito mais rapidamente do que fariam de outra forma, mas não se deixe levar pela reação em si, portanto, uma única molécula de catalisador pode ajudar a mesma reação acontecer muitas vezes. Nestes estados dobrados tridimensionais, a maior parte da estrutura do catalisador não interage diretamente com os produtos químicos sobre os quais atua, e apenas ajuda a estrutura da enzima a manter sua forma.

p No presente trabalho, Os pesquisadores da ELSI estudaram polímeros hiper-ramificados - estruturas semelhantes a árvores com alto grau e densidade de ramificação que são intrinsecamente globulares sem a necessidade de dobramento informado - o que é necessário para as enzimas modernas. Polímeros hiper-ramificados, como enzimas, são capazes de posicionar catalisadores e reagentes, e modulando a química local de maneiras precisas.

p A maior parte dos esforços na pesquisa sobre as origens da vida concentra-se na compreensão da formação pré-biótica das estruturas e blocos de construção biológicos modernos. A lógica é que esses compostos existem agora, e assim entender como eles podem ser feitos no ambiente pode ajudar a explicar como eles surgiram. Contudo, nós só conhecemos um exemplo de vida, e sabemos que a vida está em constante evolução, o que significa que apenas as variantes mais bem-sucedidas de organismos sobrevivem. Portanto, pode ser razoável supor moderno organismos podem não ser muito semelhantes aos primeiro organismos, e é possível que a química pré-biótica e a evolução biológica inicial dependessem de estruturas e processos químicos diferentes dos da biologia moderna para se reproduzir. Como analogia com a evolução tecnológica, os primeiros aparelhos de TV de raios catódicos desempenhavam mais ou menos a mesma função que os modernos monitores de alta definição, mas são tecnologias fundamentalmente diferentes. Uma tecnologia levou à criação da outra de algumas maneiras, mas não foi necessariamente o precursor lógico e direto do outro.

p Se este tipo de modelo de 'andaime' para a evolução bioquímica for verdadeiro, a questão passa a ser que tipo de estruturas mais simples, além daqueles usados ​​em sistemas biológicos contemporâneos, poderia ter ajudado a realizar os mesmos tipos de funções catalíticas que a vida moderna exige? Mamajanov e sua equipe argumentaram que os polímeros hiper-ramificados podem ser bons candidatos.

p A equipe sintetizou alguns dos polímeros hiper-ramificados que eles estudaram a partir de substâncias químicas que poderiam razoavelmente estar presentes na Terra primitiva antes do início da vida. A equipe então mostrou que esses polímeros podem ligar pequenos aglomerados inorgânicos de ocorrência natural de átomos conhecidos como nanopartículas de sulfeto de zinco. Essas nanopartículas são conhecidas por serem extraordinariamente catalíticas por conta própria.

p Como comenta o cientista-chefe Mamajanov, 'Testamos dois tipos diferentes de andaimes de polímero hiper-ramificados neste estudo. Para fazê-los funcionar, tudo o que precisávamos fazer era misturar uma solução de cloreto de zinco e uma solução de polímero, em seguida, adicione sulfeto de sódio, e "voila, "obtivemos um catalisador baseado em nanopartículas estável e eficaz. '

p O próximo desafio da equipe foi demonstrar que esses híbridos de nanopartículas de polímero hiper-ramificados poderiam realmente fazer algo interessante e catalítico. Eles descobriram que esses polímeros dopados com sulfeto de metal que degradam pequenas moléculas eram especialmente ativos na presença de luz, em alguns casos, eles catalisaram a reação em até um fator de 20. Como diz Mamajanov, “Até agora, exploramos apenas dois andaimes possíveis e apenas um dopante. Sem dúvida, existem muitos, muitos outros exemplos disso ainda precisam ser descobertos. '

p Os pesquisadores notaram ainda que essa química pode ser relevante para um modelo de origens de vida conhecido como 'Mundo do Zinco'. De acordo com este modelo, o primeiro metabolismo foi impulsionado por reações fotoquímicas catalisadas por minerais de sulfeto de zinco. Eles acham que, com algumas modificações, tais arcabouços hiper-ramificados poderiam ser ajustados para estudar análogos de enzimas proteicas contendo ferro ou molibdênio, incluindo os importantes envolvidos na fixação biológica moderna de nitrogênio. Mamajanov diz, 'A outra questão que isso levanta é, assumindo que a vida ou a pré-vida usaram este tipo de processo de andaime, por que a vida finalmente se baseou nas enzimas? Existe uma vantagem em usar polímeros lineares sobre os ramificados? Quão, quando e por que essa transição ocorreu? '