p Toda a vida moderna usa energia para se reproduzir. Durante este processo, organismos constroem e quebram moléculas maiores, como gorduras e açúcares, usando um conjunto extraordinariamente comum de moléculas transportadoras de energia intermediária reativa. Esses portadores de energia intermediários (por exemplo, ATP) muitas vezes não são blocos de construção em si, mas eles permitem o acoplamento de energia entre reações separadas necessárias para impulsionar a reprodução celular. p Uma classe desses compostos são os tioésteres, compostos químicos que contêm uma ligação carbono-enxofre de alta energia. Os pesquisadores especulam há algum tempo que os tioésteres podem estar entre as versões mais antigas de tais intermediários metabólicos reativos, em parte porque os organismos modernos ainda usam tioésteres para quebrar os açúcares e produzir proteínas a partir dos aminoácidos. Exatamente como compostos intermediários reativos, como tioésteres, poderiam ter se desenvolvido antes que a vida evoluísse, ou quando a infância dava seus primeiros passos de bebê, permanece envolta em mistério.

p Um novo trabalho de pesquisadores do Earth-Life Science Institute (ELSI) no Instituto de Tecnologia de Tóquio mostra que um composto simples encontrado em alguns gases vulcânicos modernos, um tioácido (um composto formado a partir de um ácido orgânico e sulfeto de hidrogênio), reage prontamente com compostos de tiol contendo enxofre simples semelhantes aos fundamentais para o metabolismo moderno para formar tioésteres reativos semelhantes aos encontrados na biologia moderna. Essa reação ocorre prontamente na água e pode ter servido como um ponto de partida para a evolução de uma bioquímica mais complexa. Durante a pesquisa, os pesquisadores descobriram que, quando incluíram ferro em suas reações (que é altamente abundante na Terra), os rendimentos do produto da reação aumentaram.

p A equipe sugere que isso pode significar acoplamento de energia entre várias reações, em que uma reação leva a outra para a frente, pode ter suas origens na química ambiental não viva. Notavelmente, eles também descobriram que um produto secundário da reação pode ser usado para fazer um segundo tipo de composto de acoplamento de energia versátil exigido por todas as coisas vivas:aglomerados de FeS (abreviação de ferro-enxofre). Estes são pequenos agregados de apenas alguns átomos cada um de ferro e enxofre, que ajudam os organismos a metabolizar à medida que movem os elétrons de uma molécula para outra. Um exemplo importante dessa via de uso de aglomerados de FeS é a fotossíntese, que transfere elétrons da água para o CO ₂ para fazer açúcares e oxigênio. Este trabalho, portanto, fornece uma nova compreensão de como as moléculas de alta energia e as reações de transferência de elétrons podem ter sido produzidas naturalmente à medida que o metabolismo inicial estava evoluindo.

p Embora os cientistas venham tentando há algum tempo entender as origens dos blocos de construção da vida, pouco esforço foi dado para entender como a transferência de energia se originou na química pré-biótica. Compreender essa troca de energia pode ser tão importante quanto compreender a origem dos blocos de construção, então a equipe ELSI decidiu pesquisar reações que pudessem ser acopladas energeticamente.

p O autor principal Sebastian Sanden diz:"Já estávamos estudando minerais FeS, e sabíamos o quão fácil era sua formação, então queríamos ver se poderíamos acoplar esse excesso de energia desperdiçada a outra reação. "O tioácido que eles estudaram inicialmente contém enxofre, que eles sabiam que precisavam apenas reagir com ferro para formar os aglomerados de FeS que já estavam estudando.

p Os experimentos e análises que os pesquisadores ELSI realizaram tiveram que ser feitos em rápida sucessão para rastrear o progresso da reação. Eles desenvolveram técnicas para fazer isso, e assim eles foram capazes de determinar a rapidez com que essas reações aconteceram. Seus experimentos preliminares de produção de tioéster não ocorreram tão rapidamente quanto esperavam inicialmente, mas adicionando um catalisador e aumentando a temperatura, eles descobriram que os rendimentos máximos de tioéster foram obtidos em menos de uma hora, em vez de alguns dias antes de fazer essas alterações.

p A equipe acha que é especialmente fascinante que esses tipos de reações possam criar "reações em cascata, "que fazem moléculas cada vez mais complexas:o piruvato se decompõe, ajudando a formar um tioéster, que então permite que os peptídeos (primos menores das proteínas) se formem por meio da recém-descoberta rota do tioéster. A equipe espera testar isso experimentalmente a seguir e criar um sistema que possa aumentar o número de componentes que contém por si só, talvez até a auto-reprodução.

p Na verdade, alguns micróbios modernos usam decomposição de piruvato e formação de tioéster assistida por aglomerados de FeS em seu metabolismo, e é possível que as reações que a equipe descobriu recapitulem como a evolução pré-biológica ou biológica as descobriu. Investigador principal, O professor associado da ELSI Shawn McGlynn, diz, "Este trabalho fornece novas conexões entre vários componentes da reação prebiótica que podem ter sido essenciais para estabelecer o metabolismo energético inicial na Terra."

p Embora este trabalho possa lançar uma nova luz sobre como as reações de troca de energia que ocorrem naturalmente podem ter ajudado a impulsionar o metabolismo, também pode ser importante para o campo da química verde, que se preocupa em encontrar os métodos mais eficientes em termos energéticos e ecologicamente corretos para fazer compostos químicos. Embora metais pesados ​​tóxicos como cádmio e mercúrio e solventes como clorofórmio sejam frequentemente usados ​​na química orgânica industrial, as reações descobertas por este grupo de pesquisa são muito eficientes e funcionam em água usando ferro não tóxico como catalisador.