La Tierra no siempre albergaba vida. Pero hace alrededor de 4 mil millones de años, algo cambió en el medio ambiente y comenzaron a surgir sistemas con propiedades biológicas. Muchos científicos creen que una danza viva de moléculas llamadas aminoácidos es en parte responsable del cambio:Las moléculas se unieron, se separaron y finalmente se unieron para formar la vida tal como la conocemos.
Es posible que nunca sepamos exactamente cómo funcionó el proceso, pero los químicos de hoy han hecho nuevos descubrimientos que se basan en teorías prometedoras sobre cómo se formó la vida.
"Cómo la química condujo a una vida compleja es una de las preguntas más fascinantes que la humanidad ha reflexionado", dice Luke Leman, PhD, profesor asistente de química en Scripps Research. "Hay muchas teorías sobre el origen de las proteínas, pero notanto apoyo experimental de laboratorio para estas ideas "
Leman codirigió recientemente un estudio sobre la receta de la vida en la Tierra primitiva; la investigación se publica en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias . Trabajó en estrecha colaboración con investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia y el Centro para la Evolución Química, que cuenta con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias y la NASA.
"La investigación nos ayuda a comprender cómo los péptidos cargados positivamente podrían haberse formado en la tierra prebiótica", dice Moran Frenkel-Pinter, PhD, becario postdoctoral en Georgia Tech y primer autor del artículo. Los péptidos se producen cuando dos ose unen más bloques de construcción de aminoácidos, lo que conduce a las proteínas que forman cada organismo.
Leman, Frenkel-Pinter y muchos otros científicos en este campo encuentran extraño que todos los seres vivos de nuestro planeta formen sus proteínas exactamente del mismo conjunto de 20 aminoácidos. ¿Por qué ese conjunto específico? Los científicos saben que hay muchos más aminoácidosallá afuera. De hecho, meteoritos con hasta 80 aminoácidos han aterrizado en la Tierra.
"En la Tierra prebiótica, habría habido un conjunto mucho más grande de aminoácidos", dice Leman, quien también es colaborador científico en el Centro para la Evolución Química. "¿Hay algo especial en estos 20 aminoácidos, o hicieron estossimplemente congelarse en un momento por la evolución? "
El nuevo estudio sugiere que la dependencia de la vida de estos 20 aminoácidos no es accidental. Los investigadores muestran que los tipos de aminoácidos utilizados en las proteínas tienen más probabilidades de unirse porque reaccionan juntos de manera más eficiente y tienen pocas reacciones secundarias ineficientes.
Este hallazgo brinda a los investigadores una visión del tiempo y un modelo de trabajo para probar más teorías sobre los orígenes de la vida. Comprender cómo se forman los péptidos también es importante para el campo de la química sintética, donde los científicos se esfuerzan por diseñar nuevas moléculas que puedan serutilizado para terapias farmacológicas y ciencia de materiales.
"Este trabajo es un paso real hacia la comprensión de por qué se encuentran ciertos componentes básicos en las proteínas esenciales para la vida", dice Kathy Covert, directora del programa en los Centros para la Innovación Química de la Fundación Nacional de Ciencias, que cofinancia el Centro para la Evolución Química"A través de una investigación como esta, el Centro está cumpliendo su ambiciosa misión de arrojar luz sobre la química de los biopolímeros, una base de todos los seres vivos".
Para el experimento, los investigadores compararon los aminoácidos "proteináceos", los utilizados por los organismos hoy en día, con los aminoácidos que no están presentes en los seres vivos. Los investigadores sabían que la evaporación del agua podría haber creado las condiciones necesarias para que los aminoácidos se unanjuntos en la Tierra primitiva, por lo que utilizaron una reacción de secado el agua se evapora y se aplica calor para imitar las condiciones naturales que hacen que los aminoácidos formen péptidos.
"Con los ciclos de calentamiento y secado, puede formar cadenas de aminoácidos que son similares a las estructuras de proteínas", dice Leman.
Sus experimentos mostraron que los aminoácidos proteináceos tienen más probabilidades de unirse espontáneamente para formar "macromoléculas" grandes sin requerir ningún otro ingrediente, como enzimas o agentes activadores. Este enlace es un paso importante en la formación de una proteína.
Los aminoácidos proteináceos parecían preferir la reactividad a través de una parte de su estructura llamada alfa-amina. En su mayoría formaban "topologías" lineales, similares a proteínas estructuras geométricas. Esta tendencia podría haber dado una ventaja inicial a estos aminoácidosen plegamiento y unión, lo que finalmente conduce a proteínas.
Según la química que observaron, los científicos ahora tienen una posible explicación para la selección de los aminoácidos cargados positivamente que se encuentran en las proteínas actuales.
"Esta es una fuerza impulsora puramente química que podría haber llevado a la selección de ciertos aminoácidos sobre otros", dice Leman.
Loren Williams, PhD, profesor de Georgia Tech y co-líder del estudio, dice que la investigación les da a los químicos un punto de partida para comprender cómo pudo haber comenzado la vida en la Tierra primitiva, también llamada Tierra Hadean. "Estamos comenzando a entendercómo los procesos puramente químicos, basados en los de la Tierra Hadeana, pueden producir moléculas que tienen sorprendentes similitudes con los polímeros biológicos ", dice Williams, quien también es miembro del CCE.
En el futuro, a los investigadores les gustaría investigar cómo interactúan estos aminoácidos con el ARN, el ingrediente temprano que puede haber hecho posible el siguiente paso en la evolución.
"Será interesante saber cómo estos antepasados de proteínas con carga positiva cooperan con moléculas con carga negativa como el ARN", dice Frenkel-Pinter.
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Materiales proporcionado por Instituto de Investigación Scripps . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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