Un nuevo estudio del Centro de Evolución Química de NSF-NASA informa un posible modelo de cómo los polímeros biológicos pueden haberse formado durante el origen de la vida en la Tierra. Crédito:Bracher Lab, Universidad de Saint Louis.
Descubrir cómo surgieron las primeras moléculas biológicas (como proteínas y ADN) es un objetivo importante para los investigadores que intentan resolver el origen de la vida. Hoy dia, químicos en la Universidad de Saint Louis, en colaboración con científicos del College of Charleston y el Centro NSF / NASA para la Evolución Química, publicó un estudio en la revista Comunicaciones de la naturaleza Eso sugiere que los minerales delicuescentes, que se disuelven en el agua que absorben del aire húmedo, pueden ayudar a la construcción de proteínas a partir de bloques de construcción más simples durante ciclos cronometrados para imitar el día y la noche en la Tierra primitiva.
"En cuanto a la historia del planeta, cómo se originó la vida es probablemente la mayor pregunta científica que podemos hacer, "dijo Paul Bracher, Doctor., profesor asistente de química en la Universidad de Saint Louis e investigador principal del estudio. "Una pieza clave de este gran desafío es descubrir qué tan grandes moléculas de polímero que sabemos que son importantes para la vida podrían haberse formado antes de que toda nuestra maquinaria biológica evolucionara para producirlas".
Proteínas para hornear en la cocina prebiótica
Los aminoácidos son los bloques de construcción moleculares unidos por enlaces peptídicos para formar proteínas. Los químicos saben desde hace mucho tiempo que simplemente hornear mezclas de aminoácidos hasta que se sequen conducirá a la formación de enlaces peptídicos. Los rendimientos de péptidos mejoran cuando se agrega agua y la muestra se seca nuevamente, después de dejar que los ingredientes se vuelvan a mezclar. Someter los aminoácidos a ciclos repetidos de húmedo y seco podría haber sido una buena receta para cocinar péptidos y proteínas en la Tierra primitiva. ya que los días calurosos y soleados interrumpidos por tormentas ocasionales parecen patrones climáticos razonables. Pero una de las principales críticas a este proceso es su dependencia de tormentas impredecibles que pueden haber diluido los ingredientes en exceso.
Agua:un ingrediente necesario pero problemático
"Sigue el agua" ha sido el lema de la NASA en la búsqueda de vida fuera de nuestro planeta. Sin agua, la bioquímica de la vida tal como la conocemos sería imposible.
En química del origen de la vida, la solución suele ser el problema. Para que ocurran procesos químicos constructivos, los componentes básicos deben disolverse en una solución líquida para encontrar socios que reaccionen. En la tierra, este medio es agua, el solvente de la vida.
Sin embargo, el agua puede ser un arma de doble filo. Mientras que la vida necesita agua para sobrevivir, demasiada agua puede ser destructiva. La mayoría de las moléculas biológicas son propensas a la hidrólisis, un proceso en el que el agua rompe los enlaces químicos. Y demasiada agua eventualmente inundará las células en desarrollo que contienen las biomoléculas en evolución, esparcirlos demasiado lejos el uno del otro para reaccionar.
Una pizca de sal
Los minerales delicuescentes ofrecen un medio para eludir las limitaciones del ciclo tradicional húmedo-seco. Estas sales absorben una cantidad limitada de agua del aire, basado en la humedad relativa, ofreciendo una regulación natural del agua presente en una solución.
El nuevo estudio, una colaboración entre científicos de SLU y el College of Charleston, informa cómo las sales delicuescentes pueden ayudar a producir péptidos a partir del aminoácido más simple. glicina durante la autorregulación, repitiendo el ciclo húmedo-seco. Durante el día, las mezclas de reacción forman péptidos cuando se evaporan hasta sequedad a altas temperaturas. Por la noche, las reacciones adquieren agua de la atmósfera para formar soluciones acuosas a bajas temperaturas, rehumedecer así sin la adición de agua por una tormenta y evitar la posibilidad de una dilución excesiva destructiva.
Diferencias aparentemente menores, como cambiar la humedad ambiental del 50% al 70%, puede dar lugar a profundas diferencias en la tendencia de las muestras a absorber agua, y por lo tanto, grandes diferencias en los rendimientos de las reacciones que albergan. Y mientras que el potasio y el sodio son vecinos en la tabla periódica con reactividades casi idénticas, muchas sales de potasio son delicuescentes donde sus contrapartes de sodio no lo son. La sal K2HPO4 fomentó la producción de péptidos de glicina diez veces mayor que en Na 2 HPO 4 .
El equipo cree que su sistema puede proporcionar pistas relevantes para resolver el misterio de por qué toda la vida en la Tierra gasta tanta energía enriqueciendo el potasio dentro de las células y eliminando el sodio.
"Esta investigación creativa, explorar cómo el entorno químico regula la formación de moléculas grandes, representa otro paso importante hacia el objetivo de CCE de comprender la química detrás de las moléculas biológicas tempranas. La participación exitosa de investigadores de pregrado en este trabajo también refleja la misión de NSF de integrar la investigación con la educación para la formación de la fuerza laboral futura. "dijo el Dr. Lin He, el Subdirector interino de División de la División de Química de la National Science Foundation.
Panaderías más allá de la Tierra
A pesar de su nombre que suena exótico, Las sales delicuescentes son comunes y existen en entornos naturales donde pueden desempeñar un papel para permitir que el agua líquida exista en entornos que de otro modo serían demasiado fríos y / o secos.
En una región hiperárida del desierto de Atacama de Chile que es inhóspita para la vida, Las comunidades microbianas residen en depósitos del mineral halita. Su actividad fotosintética aumenta cuando la humedad relativa supera el 70%, superando el umbral donde su ambiente halita se vuelve delicuescente.
También se han identificado en Marte mezclas delicuescentes de sales de cloruro y perclorato. Estas mezclas parecen fluir estacionalmente y han ganado un interés significativo de los astrobiólogos como la única agua líquida en la superficie del planeta.
Haciendo uso de estos minerales naturales, Este nuevo estudio propone ciclos húmedo-seco regulados por oscilaciones diarias naturales de temperatura y humedad, no por lluvias incontrolables, que constituyen un modelo prebióticamente factible para impulsar la formación química de biopolímeros fundamentales para la biología.
¿Era una simple pizca de sal el ingrediente que faltaba para cocinar la vida en la Tierra? Puede que nunca sepamos a ciencia cierta, pero en este caso, Ciertamente, parece ser una gran mejora para la receta de proteínas para hornear.
