Usando métodos químicos cuánticos, un equipo de investigadores dirigido por el Dr. Matthias Granold y el profesor Bernd Moosmann del Instituto de Patobioquímica de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz resolvió uno de los acertijos más antiguos de la bioquímica. Descubrieron por qué hay 20 aminoácidos que forman la base de toda la vida actual, aunque los primeros 13 aminoácidos generados a lo largo del tiempo habrían sido suficientes para formar un repertorio completo de las proteínas funcionales necesarias. El factor decisivo es la mayor reactividad química de los aminoácidos más nuevos en lugar de su estructura espacial. En su publicación en la revista líder PNAS , Los investigadores de Mainz también postulan que fue el aumento de oxígeno en la biosfera lo que provocó la adición de aminoácidos suplementarios a la caja de herramientas de proteínas.

Toda la vida en la Tierra se basa en 20 aminoácidos, que se rigen por el ADN para formar proteínas. En el ADN heredado, siempre son tres bases de ADN secuenciales, o codones, que se combinan para "codificar" uno solo de estos 20 aminoácidos. La red de codones resultante es lo que se conoce como código genético. "Los investigadores han estado desconcertados durante décadas por qué la evolución ha seleccionado estos 20 aminoácidos para la codificación genética, ", dijo el profesor Bernd Moosmann." La presencia de los últimos y más nuevos siete aminoácidos es particularmente difícil de explicar, porque las proteínas adecuadas y funcionales se pueden ensamblar utilizando solo los primeros y más antiguos 10 a 13 aminoácidos ".

En un nuevo enfoque, Los investigadores compararon la química cuántica de todos los aminoácidos utilizados por la vida en la Tierra con la química cuántica de los aminoácidos del espacio. traído en meteoritos, así como con el de las biomoléculas de referencia modernas. Descubrieron que los aminoácidos más nuevos se habían vuelto sistemáticamente más suaves, es decir., más fácilmente reactivo o propenso a sufrir cambios químicos. "La transición de la química muerta allá afuera en el espacio a nuestra propia bioquímica aquí hoy estuvo marcada por un aumento en la suavidad y, por lo tanto, una reactividad mejorada de los bloques de construcción, ", explicó Moosmann. Los investigadores pudieron verificar los resultados de sus cálculos teóricos en experimentos bioquímicos. Los aspectos funcionales también deben haber jugado un papel significativo con respecto a los aminoácidos más recientes, ya que estos recién llegados apenas exhiben ventajas particulares cuando se trata de construir proteínas estructuras.

Sin embargo, el problema seguía siendo por qué se añadieron los aminoácidos blandos a la caja de herramientas en primer lugar. ¿Con qué exactamente se suponía que reaccionaban estos aminoácidos fácilmente reactivos? Sobre la base de sus resultados, los investigadores concluyen que al menos algunos de los nuevos aminoácidos, especialmente metionina, triptófano, y selenocisteína, se agregaron como consecuencia del aumento de los niveles de oxígeno en la biosfera. Este oxígeno promovió la formación de radicales libres tóxicos, que expone a los organismos y células modernos a un estrés oxidativo masivo. Los nuevos aminoácidos experimentaron reacciones químicas con los radicales libres y, por lo tanto, los eliminaron de manera eficiente. Los nuevos aminoácidos oxidados, Sucesivamente, fueron fácilmente reparables después de la oxidación, pero protegieron otras estructuras biológicas más valiosas, que no son reparables, del daño inducido por el oxígeno. Por eso, los nuevos aminoácidos proporcionaron a los ancestros remotos de todas las células vivas una ventaja de supervivencia muy real que les permitió tener éxito en los procesos más oxidantes, Nuevo mundo "valiente" en la Tierra. "Con esto en vista, podríamos caracterizar al oxígeno como el autor que agrega el toque final al código genético, "declaró Moosmann.