Quatro bilhões de anos atrás, a Terra parecia muito diferente do que é hoje, desprovida de vida e coberta por um vasto oceano. Ao longo de milhões de anos, nessa sopa primordial, surgiu a vida. Os pesquisadores há muito teorizam como as moléculas se uniram para desencadear essa transição. Agora, cientistas da Scripps Research descobriram um novo conjunto de reações químicas que usam cianeto, amônia e dióxido de carbono – todos considerados comuns na Terra primitiva – para gerar aminoácidos e ácidos nucleicos, os blocos de construção de proteínas e DNA.
"Nós criamos um novo paradigma para explicar essa mudança da química prebiótica para a química biótica", diz Ramanarayanan Krishnamurthy, Ph.D., professor associado de química da Scripps Research e principal autor do novo artigo, publicado em 28 de julho. , 2022 na revista Nature Chemistry . "Achamos que o tipo de reação que descrevemos é provavelmente o que poderia ter acontecido na Terra primitiva."

Além de dar aos pesquisadores uma visão da química da Terra primitiva, as reações químicas recém-descobertas também são úteis em certos processos de fabricação, como a geração de biomoléculas rotuladas personalizadas a partir de materiais iniciais baratos.

No início deste ano, o grupo de Krishnamurthy mostrou como o cianeto pode permitir as reações químicas que transformam moléculas prebióticas e água em compostos orgânicos básicos necessários à vida. Ao contrário das reações propostas anteriormente, esta funcionou à temperatura ambiente e em uma ampla faixa de pH. Os pesquisadores se perguntaram se, nas mesmas condições, haveria uma forma de gerar aminoácidos, moléculas mais complexas que compõem as proteínas em todas as células vivas conhecidas.

Nas células de hoje, os aminoácidos são gerados a partir de precursores chamados α-cetoácidos usando nitrogênio e proteínas especializadas chamadas enzimas. Pesquisadores encontraram evidências de que os α-cetoácidos provavelmente existiam no início da história da Terra. No entanto, muitos levantaram a hipótese de que antes do advento da vida celular, os aminoácidos devem ter sido gerados a partir de precursores completamente diferentes, aldeídos, em vez de α-cetoácidos, uma vez que as enzimas para realizar a conversão ainda não existiam. Mas essa ideia levou ao debate sobre como e quando ocorreu a mudança de aldeídos para α-cetoácidos como o ingrediente-chave para a produção de aminoácidos.

Após seu sucesso usando cianeto para conduzir outras reações químicas, Krishnamurthy e seus colegas suspeitaram que o cianeto, mesmo sem enzimas, também poderia ajudar a transformar α-cetoácidos em aminoácidos. Como eles sabiam que o nitrogênio seria necessário de alguma forma, eles adicionaram amônia – uma forma de nitrogênio que estaria presente na Terra primitiva. Então, por tentativa e erro, eles descobriram um terceiro ingrediente chave:dióxido de carbono. Com essa mistura, eles rapidamente começaram a ver a formação de aminoácidos.

"Estávamos esperando que fosse muito difícil descobrir isso, e acabou sendo ainda mais simples do que imaginávamos", diz Krishnamurthy. "Se você misturar apenas o cetoácido, cianeto e amônia, ele simplesmente fica lá. Assim que você adiciona dióxido de carbono, mesmo pequenas quantidades, a reação ganha velocidade."

Como a nova reação é relativamente semelhante ao que ocorre hoje dentro das células – exceto por ser impulsionada por cianeto em vez de uma proteína – parece mais provável que seja a fonte do início da vida, em vez de reações drasticamente diferentes, dizem os pesquisadores. A pesquisa também ajuda a reunir dois lados de um debate de longa data sobre a importância do dióxido de carbono para o início da vida, concluindo que o dióxido de carbono era fundamental, mas apenas em combinação com outras moléculas.

No processo de estudar sua sopa química, o grupo de Krishnamurthy descobriu que um subproduto da mesma reação é o orotato, um precursor dos nucleotídeos que compõem o DNA e o RNA. Isso sugere que a mesma sopa primordial, nas condições certas, poderia ter dado origem a um grande número de moléculas necessárias para os elementos-chave da vida.

"O que queremos fazer a seguir é continuar investigando que tipo de química pode emergir dessa mistura", diz Krishnamurthy. "Os aminoácidos podem começar a formar pequenas proteínas? Poderia uma dessas proteínas voltar e começar a agir como uma enzima para produzir mais desses aminoácidos?"

Além de Krishnamurthy, os autores do estudo, "Síntese prebiótica de α-aminoácidos e Orotato de α-cetoácidos potencializam a transição para vias metabólicas existentes", são Sunil Pulletikurti, Mahipal Yadav e Greg Springsteen. + Explorar mais

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