Descobertas reações químicas que podem ter dado origem à vida

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/07/2022

Há tanta vida em nosso planeta que não se sabe onde na Terra a vida não é possível. Mas como ela começou é um enigma.
[Imagem: Sunil Pulletikurti et al. - 10.1038/s41557-022-00999-w]

Transição prebiótica para biótica

Esta é uma das maiores questões científicas de todos os tempos: Como as moléculas inorgânicas do recém-nascido planeta Terra se combinaram para formar as moléculas que fizeram a transição para a vida orgânica?

Em termos gerais, a ciência moderna propõe que a vida começou por um processo chamado abiogênese, ou geração espontânea. Existem muitas hipóteses, mas nunca se conseguiu reproduzir em laboratório todo o caminho da não-vida para a vida, quando a química virou biologia.

Agora, uma equipe de quatro químicos do Centro de Pesquisas Scripps, nos EUA, descobriu 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 das proteínas e do DNA.

"Nós criamos um novo paradigma para explicar essa mudança da química prebiótica para a química biótica," disse o professor Ramanarayanan Krishnamurthy, coordenador da equipe. "Acreditamos que o tipo de reação que descrevemos é provavelmente o que pode ter acontecido na Terra primitiva."

Além de fornecer uma nova visão da química da Terra primitiva, as reações químicas recém-descobertas também são úteis em processos industriais, como a geração de biomoléculas personalizadas a partir de materiais iniciais mais baratos.

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Reações químicas na origem da vida

No início deste ano, o mesmo grupo 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 funciona à temperatura ambiente e em uma ampla faixa de pH.

Eles agora demonstraram que, nas mesmas condições, existe um caminho para gerar aminoácidos, moléculas mais complexas e que compõem as proteínas em todas as células vivas conhecidas.

Nas células de hoje, os aminoácidos são gerados a partir de precursores chamados alfa-cetoácidos, usando nitrogênio e proteínas especializadas, chamadas enzimas. Há indícios de que os alfa-cetoácidos existiram na Terra primitiva, mas muitos cientistas acreditam que, antes do advento da vida celular, os aminoácidos devem ter sido gerados a partir de precursores completamente diferentes, aldeídos, em vez de alfa-cetoácidos, uma vez que as enzimas para realizar a conversão ainda não existiam.

Essa ideia levou ao debate sobre como e quando ocorreu a mudança de aldeídos para alfa-cetoácidos como o ingrediente-chave para a produção de aminoácidos. É aqui que entram as novas reações descobertas agora.

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Segundo esta hipótese, o dióxido de carbono foi essencial para a origem da vida, embora atuando em conjunto com outros compostos.
[Imagem: Mahipal Yadav et al. - 10.1038/s41557-021-00878-w]

Vida gerada pelo cianeto?

Após seu sucesso usando cianeto para conduzir outras reações químicas, a equipe suspeitou que o cianeto, mesmo sem enzimas, também poderia ajudar a transformar alfa-cetoácidos em aminoácidos. Como eles sabiam que o nitrogênio seria necessário de alguma forma, eles adicionaram amônia - uma forma de nitrogênio provavelmente 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.

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 esta seja a fonte do início da vida, em vez de reações drasticamente diferentes propostas até agora, dizem os pesquisadores.

O trabalho 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 foi fundamental, mas apenas em combinação com outras moléculas.

Finalmente, a equipe descobriu que um subproduto da mesma reação, chamado orotato, é 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," disse 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?"

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