Cualquiera que haya notado un charco de agua secándose al sol ha visto un entorno que puede haber provocado el tipo de reacciones químicas que los científicos creen que fueron críticas para la formación de vida en la Tierra primitiva.
La investigación informó el 15 de julio en la revista Edición internacional Angewandte Chemie demuestra que las moléculas importantes de la vida contemporánea, conocidas como polipéptidos, pueden formarse simplemente mezclando aminoácidos e hidroxiácidos, que se cree que existieron juntos en la Tierra primitiva, y luego sometiéndolos a ciclos de condiciones húmedas y secas.Este proceso simple, que podría haber tenido lugar en un charco secándose al sol y luego reformando con la próxima lluvia, funciona porque los enlaces químicos formados por un compuesto hacen que los enlaces sean más fáciles de formar con el otro.
La investigación respalda la teoría de que la vida podría haber comenzado en tierra firme, tal vez incluso en el desierto, donde los ciclos de enfriamiento nocturno y formación de rocío son seguidos por calentamiento y evaporación durante el día. Solo 20 de estos ciclos diurnos y secos y húmedoseran necesarios para formar una mezcla compleja de polipéptidos en el laboratorio. El proceso también permitió la descomposición y el reensamblaje de los materiales orgánicos para formar secuencias aleatorias que podrían haber llevado a la formación de las cadenas de polipéptidos que se necesitaban para la vida.
"La simplicidad de usar ciclos de hidratación-deshidratación para impulsar el tipo de química que necesita para la vida es realmente atractiva", dijo Nicholas Hud, profesor de la Facultad de Química y Bioquímica del Instituto de Tecnología de Georgia y director de laCentro NSF para la Evolución Química, que también cuenta con el apoyo del Programa de Astrobiología de la NASA. "Parece que la tierra seca habría proporcionado un ambiente muy favorable para obtener la química necesaria para que comience la vida".
Los científicos del origen de la vida habían hecho previamente polipéptidos a partir de aminoácidos calentándolos mucho más allá del punto de ebullición del agua, o impulsando la polimerización con químicos activadores. Pero las altas temperaturas están más allá del punto en el que la mayoría de la vida podría sobrevivir, yLa disponibilidad robusta de productos químicos activadores en la Tierra primitiva es cuestionable. Por lo tanto, la simplicidad del ciclo húmedo-seco hace que sea atractivo explicar cómo podrían haberse formado los péptidos, agregó Hud.
La idea de combinar aminoácidos y ácidos hidroxílicos químicamente similares se inspiró en la demostración de que los poliésteres son fáciles de formar por ciclos repetitivos de hidratación-deshidratación y el hecho de que los ésteres son activados para atacar por el grupo amino de aminoácidos. La importancia potencialDe esta reacción en las primeras etapas de la vida está respaldada por estudios de meteoritos, que revelaron que ambos compuestos habrían estado presentes en la Tierra prebiótica.
Los hidroxiácidos se combinan para formar poliéster, más conocido como fibra textil sintética, y esa reacción requiere menos energía que la formación de los enlaces amida necesarios para crear péptidos a partir de aminoácidos. En los ciclos de secado en húmedo, la formación de poliéster es lo primero:- lo que luego facilita la formación de péptidos más difícil, dijo Hud.
explicó: "En el transcurso de una evolución química muy simple, los polímeros progresan de tener hidroxiácidos con enlaces éster a los enlaces de éster que estamos haciendo en el poliéster pueden servir como un agente activador formado dentro de la solución".aminoácidos con enlaces peptídicos. Los hidroxiácidos se reemplazan gradualmente a través de los ciclos húmedo y seco porque los enlaces éster que los mantienen unidos no son tan estables como los enlaces peptídicos ".
Experimentalmente, el estudiante graduado Sheng-Sheng Yu sometió las mezclas de aminoácidos e hidroxiácidos a través de 20 ciclos de secado en húmedo para producir moléculas que son una mezcla de poliésteres y péptidos, que contienen hasta 14 unidades. Después de solo tres ciclos, y a temperaturasTan bajo como 65 grados centígrados, los péptidos que constan de dos y tres unidades comenzaron a formarse. El compañero postdoctoral Jay Forsythe confirmó las estructuras químicas mediante espectrometría de masas de RMN.
"Permitimos que se formaran los enlaces peptídicos porque los enlaces éster redujeron la barrera de energía que debía cruzarse", agregó Hud.
En la Tierra primitiva, esos ciclos podrían haber tomado 20 días y noches, o tal vez mucho más tiempo si los ciclos de calentamiento y secado correspondieran a las estaciones del año.
Más allá de formar fácilmente los polipéptidos, el proceso húmedo-seco tiene una ventaja adicional. Permite que compuestos como los péptidos se rompan y reforman regularmente, creando nuevas estructuras con aminoácidos ordenados al azar. Esta capacidad de reciclar los aminoácidos no soloconserva material orgánico que puede haber sido escaso en la Tierra primitiva, pero también proporciona el potencial para crear combinaciones más útiles.
Una combinación de hidroxi y aminoácidos probablemente existió en la sopa prebiótica de la Tierra primitiva, pero analizar una reacción tan "desordenada" fue un desafío, dijo Hud. "Nos llevaron a esta idea de que una mezcla podría funcionar mejor que componentes separados", explicó." Podría haber sido desordenado al principio, pero es más fácil comenzar que una reacción química prístina ".
Más allá de ayudar a explicar cómo pudo haber comenzado la vida, los ciclos húmedo-seco también podrían proporcionar una nueva forma de sintetizar polipéptidos. Las técnicas existentes producen los químicos a través de la ingeniería genética de microorganismos, o mediante la química orgánica sintética. El ciclo húmedo-seco podría proporcionarUn proceso basado en agua más simple y más sostenible para producir estos químicos.
La demostración de la formación de péptidos abre la puerta a hacer otras preguntas sobre cómo pudo haber comenzado la vida en tiempos prebióticos, dijo Ramanarayanan Krishnamurthy, miembro del equipo de investigación y profesor asociado de química en el Instituto de Investigación Scripps. Los estudios futuros lo haránincluya una mirada a las secuencias formadas, si hay secuencias favorecidas por el proceso y qué secuencias podrían resultar. El proceso podría conducir a reacciones capaces de continuar sin los ciclos de secado en húmedo.
"Si este proceso se repitiera muchas veces, podría crecer un péptido que podría adquirir una propiedad catalítica porque había alcanzado cierto tamaño y podría plegarse de cierta manera", dijo Krishnamurthy. "El sistema podría comenzar a desarrollarsecaracterísticas emergentes y propiedades que podrían permitir que se autopropague ".
Además de los ya mencionados, los autores del artículo incluyen a Irena Mamajanov, Martha A. Grover y Facundo M. Fernández, todos de Georgia Tech.
Esta investigación fue apoyada por el NSF y el Programa de Astrobiología de la NASA bajo el Centro NSF para la Evolución Química a través del número de concesión CHE-1004570.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Original escrito por John Toon. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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