La Tierra no siempre albergó vida. Pero hace unos 4 mil millones de años, algo en el ambiente cambió, y comenzaron a surgir sistemas con propiedades biológicas. Muchos científicos creen que una danza animada de moléculas llamadas aminoácidos es en parte responsable del cambio:moléculas unidas, se separó 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 llevó a una vida compleja es una de las preguntas más fascinantes que la humanidad ha reflexionado, "dice Luke Leman, Doctor., profesor asistente de química en Scripps Research. "Hay muchas teorías sobre los orígenes de las proteínas, pero no tanto apoyo de laboratorio experimental para estas ideas".

Leman recientemente codirigió un estudio sobre la receta misma de la vida en la Tierra primitiva; la investigación se publica en el procedimientos 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 National Science Foundation y la NASA.

"La investigación nos ayuda a comprender cómo se podrían haber formado péptidos cargados positivamente en la tierra prebiótica, "dice Moran Frenkel-Pinter, Doctor., becario postdoctoral en Georgia Tech y primer autor del artículo. Los péptidos se producen cuando dos o más bloques de construcción de aminoácidos se unen, conduciendo a las proteínas que componen 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 a partir del mismo conjunto exacto de 20 aminoácidos. ¿Por qué ese conjunto específico? Los científicos saben que existen muchos más aminoácidos. De hecho, meteoritos con hasta 80 aminoácidos han aterrizado en la Tierra.

"En la Tierra prebiótica, habría habido un conjunto mucho mayor de aminoácidos, "dice Leman, quien también es colaborador científico en el Centro de Evolución Química. "¿Hay algo especial en estos 20 aminoácidos, ¿O simplemente se congelaron en un momento debido a 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 ineficaces.

Este hallazgo ofrece a los investigadores una mirada al pasado 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 usarse para terapias con medicamentos y ciencia de materiales.

"Este trabajo es un paso real hacia la comprensión de por qué ciertos componentes básicos se encuentran en las proteínas esenciales para la vida, "dice Kathy Covert, director del programa en los Centros de Innovación Química de la Fundación Nacional de Ciencias, que cofinancia el Centro para la Evolución Química. "A través de investigaciones como esta, el Centro está realizando su ambiciosa misión de arrojar luz sobre la química de los biopolímeros, fundamento de todos los seres vivos ".

Para el experimento, los investigadores compararon los aminoácidos "proteináceos", los que utilizan los organismos en la actualidad, 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 unieran en la Tierra primitiva. de modo 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 ciclos de calentamiento y secado, puede formar cadenas de aminoácidos que son similares a las estructuras de las proteínas, "Dice Leman.

Sus experimentos demostraron que es más probable que los aminoácidos proteináceos se unan espontáneamente para formar grandes "macromoléculas" sin requerir ningún otro ingrediente. como enzimas o agentes activantes. 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 formaron lineales, "topologías" de la columna vertebral de tipo proteína (formaciones geométricas). Esta tendencia podría haber dado a estos aminoácidos una ventaja en el plegado y la unión, conduciendo eventualmente 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, Doctor., profesor de Georgia Tech y codirector del estudio, dice que la investigación brinda a los químicos un punto de partida para comprender cómo pudo haber comenzado la vida en la Tierra primitiva, también llamada la Tierra Hadeana. "Estamos empezando a comprender cómo los procesos puramente químicos, basado en los de la Tierra Hadeana, puede producir moléculas que tienen similitudes sorprendentes con los polímeros biológicos, "dice Williams, quien también es miembro de la CCE.

Avanzando, a los investigadores les gustaría investigar cómo estos aminoácidos interactúan con el ARN, el ingrediente temprano que puede haber hecho posible el siguiente paso en la evolución.

"Será interesante aprender cómo estos antepasados ​​de proteínas con carga positiva cooperan con moléculas cargadas negativamente como el ARN, "dice Frenkel-Pinter.