Cuando la Tierra era un planeta sin vida hace unos 4 mil millones de años, los componentes químicos se unieron en pequeñas cadenas moleculares que luego evolucionarían en proteínas, elementos fundamentales de la vida. Un nuevo estudio ha demostrado cuán fortuitamente pueden haber caído algunos de los primeros predecesores de la proteína.línea.
En el laboratorio, en condiciones que imitan a las de la Tierra anterior a la vida, una pequeña selección de aminoácidos se unió espontáneamente en segmentos limpios de una manera que sorprendió a los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia. Le habían dado estos aminoácidos que se encuentran en las proteínashoy existe una fuerte competencia al agregar aminoácidos que no se encuentran en las proteínas, pensando que estos aminoácidos no proteicos o no biológicos probablemente no permitirían que se unan segmentos predominantemente biológicos.
Los aminoácidos no biológicos tenían el potencial de reaccionar químicamente igual o mejor que los biológicos y con frecuencia se convierten en parte de las pequeñas cadenas, quizás sirviendo como un paso intermedio en la mayor evolución hacia las proteínas.expectativas, pero para deleite de los investigadores. Las reacciones resultaron principalmente en cadenas que estaban más cerca de las proteínas actuales y menos en cadenas que incluían aminoácidos no biológicos.
"Los aminoácidos no biológicos estaban siendo excluidos en cierta medida", dijo Nick Hud, uno de los principales investigadores del estudio y profesor de Regentes en la Facultad de Química y Bioquímica de Georgia Tech.
puerta de entrada a la evolución
En particular, los investigadores habían pensado que los aminoácidos no biológicos superarían al aminoácido biológico lisina, pero ese no era el caso. También pensaron que la lisina a menudo no encajaría perfectamente en las cadenas como lo hace en las proteínas.la reacción los sorprendió de nuevo.
"La lisina entró en las cadenas predominantemente en la forma en que está conectada a las proteínas hoy en día", dijo Hud, quien también es director de la Fundación Nacional de Ciencias / Centro de la NASA para la Evolución Química CCE, con sede en Georgia Tech yexplora la química que puede haber allanado el camino a la primera vida.
El equipo de investigación, que incluía colaboradores del Instituto de Investigación Scripps, publicó sus resultados en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias el 29 de julio de 2019. La investigación fue financiada por la NSF y la NASA.
El experimento del estudio apunta a la evolución química después de haber prefabricado algunas cadenas de aminoácidos útiles en los sistemas vivos antes de que la vida haya desarrollado una forma de producir proteínas. La preferencia por la incorporación de los aminoácidos biológicos sobre las contrapartes no biológicas también se suma a posibles explicaciones parapor qué la vida se seleccionó para solo 20 aminoácidos cuando 500 ocurrieron naturalmente en la Tierra de los Andes.
"Nuestra idea es que la vida comenzó con los muchos bloques de construcción que estaban allí y seleccionó un subconjunto de ellos, pero no sabemos cuánto se seleccionó sobre la base de la química pura o cuántos procesos biológicos seleccionó.en este estudio, parece que la biología de hoy puede reflejar estas reacciones químicas prebióticas tempranas más de lo que pensábamos ", Loren Williams, otro investigador principal en el estudio y profesor de la Facultad de Química y Bioquímica de Georgia Tech".
Mono, oligo, poli
Para ayudar a comprender la importancia del estudio, veamos cómo se forman las proteínas, luego en el experimento central del estudio, que reveló una preferencia inesperadamente alta por enlaces entre sitios llamados alfa-aminas α-aminas en los aminoácidos biológicos.dio a los segmentos moleculares resultantes una forma de proteína en el laboratorio.
En una proteína, un aminoácido es una sola unidad química o monómero. Algunos de ellos unidos se llaman oligómero, y las cadenas realmente largas son polímeros. En las proteínas, el polímero se llama polipéptido, llamado así por elenlaces peptídicos que unen sus monómeros.
Los polipéptidos son cadenas largas que a menudo forman hélices, como cables telefónicos viejos u hojas planas. Se pliegan y se pliegan en forma de tacos, hojas y otras formas específicas, en su mayoría funcionales, que se llaman proteínas. El estudio analizó cómo los aminoácidosmonómeros unidos para formar oligómeros interesantes que parecen pequeños pedazos de proteínas.
Experimento Eon Hadean
Al final del Hade Eón, la fase más temprana de la Tierra, cuando la química prebiótica estaba tomando forma, la superficie del planeta estaba inundada de vulcanismo y lluvia, y grandes meteoritos la golpearon con nuevos químicos. La configuración experimental del laboratorio de los investigadores reflejó condiciones relativamente suaves para aquellostiempos y ingredientes presentes de manera factible.
El primer autor Moran Frenkel-Pinter colocó los aminoácidos biológicos lisina, arginina e histidina junto con tres competidores no biológicos en agua que contiene hidroxiácidos. Se sabe que los hidroxiácidos facilitan las reacciones de aminoácidos y habrían sido comunes en la Tierra prebiótica.
La mezcla se calentó a 85 grados Celsius, empujando la reacción y evaporando el agua, y los investigadores analizaron los productos formados.
"Encontramos esta alta preferencia por la inclusión de estos aminoácidos biológicos y el enlace a través de la α-amina", dijo Frenkel-Pinter, un investigador postdoctoral de la NASA en el CCE.
Los grupos amina están formados por nitrógeno e hidrógeno y son bastante reactivos, pero la α-amina es parte del núcleo de un aminoácido, y otras aminas en este experimento estaban al final de una cadena lateral que se extendía fuera del núcleo. Este últimoa menudo es más reactivo.
"Nos sorprendió que esta química favoreciera la conexión de la α-amina encontrada en las proteínas, a pesar de que los principios químicos podrían habernos llevado a creer que se favorecería la conexión no proteica", dijo Frenkel-Pinter. "La preferencia por elel enlace similar a la proteína sobre la no proteína fue de aproximadamente siete a uno "
fácil evolución química
La mayoría de los oligómeros resultantes habían colocado enlaces de manera uniforme en la cadena, que se usan en la vida, a diferencia de los oligómeros no unidos a aminas, que construyeron cadenas más irregulares.
Los productos terminados eran en su mayoría depsipéptidos, que el CCE estableció previamente como productos de trampolín en una ruta fácil y confiable a los péptidos.
En otro reflejo de la química de la vida, la transición abéptica del depsipéptido a los péptidos es la misma reacción básica éster-amida llevada a cabo por los ribosomas, las máquinas celulares que producen proteínas en la actualidad.
Las reacciones sorpresivas, en las que la química potencial previa a la vida cae casualmente en su lugar, a menudo han sucedido en la investigación del CCE. Han respaldado la hipótesis central del centro de que la mayoría de los polímeros biológicos se formaron en ciclos húmedos y secos, tal vez en la suciedad arrastrada por la lluviapisos o rocas a orillas del lago regularmente horneadas por el calor del sol.
A pesar de su sencillez fundamentada, la premisa de que los ciclos húmedos y secos diarios son la clave del origen de la vida es poco convencional, desafiando una narrativa más establecida de que las concurrencias improbables de cataclismos y múltiples ingredientes eran necesarios para producir los primeros materiales de la vida en eventos raros y volátiles.
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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