En un paso importante durante la evolución temprana de la vida en la Tierra, la formación del aminoácido cisteína entregó catalizadores vitales, que permitió que las primeras moléculas de proteína se formaran en el agua, según un nuevo estudio realizado por investigadores de la UCL.

Todas las proteínas se construyen a partir de los mismos 20 aminoácidos. Uno de estos, cisteína se asumió que no había estado presente en el origen de la vida. A pesar de su importancia fundamental para toda la vida actual, no estaba claro cómo se pudo haber formado la cisteína en la Tierra primitiva.

En un nuevo estudio, publicado en Ciencias , Los científicos de UCL han recreado cómo se formó la cisteína en los orígenes de la vida. Adicionalmente, han observado como, una vez formado, la cisteína cataliza la fusión de péptidos en agua, un paso fundamental en el camino hacia las enzimas proteicas.

Los investigadores de la UCL crearon la cisteína utilizando sustancias químicas y sustancias químicas muy simples (cianuro de hidrógeno y sulfuro de hidrógeno) que probablemente serían abundantes en la Tierra primitiva. La ruta que han desentrañado se parece mucho a cómo se sintetiza la cisteína en los organismos vivos de hoy, y los investigadores creen que están vinculados históricamente.

El estudio también encontró que los residuos de cisteína catalizan la síntesis de péptidos en agua al unir fragmentos de péptidos cortos que el equipo había encontrado previamente en un estudio publicado en Naturaleza el año pasado.

El autor principal, el profesor Matthew Powner (UCL Chemistry), dijo:"Nuestros resultados muestran cómo la cisteína puede haberse formado en la Tierra primitiva y cómo podría haber jugado un papel fundamental en la evolución de la síntesis de proteínas.

"Una vez formado, Los catalizadores de cisteína se comportan como "protoenzimas" para producir péptidos en el agua. Esta robusta química podría haber generado péptidos lo suficientemente largos como para plegarse en estructuras similares a enzimas, que serían los precursores de las enzimas proteicas que son fundamentales para todos los organismos vivos ".

El coautor principal e investigador Dr. Saidul Islam (UCL Chemistry) dijo:"Hemos demostrado que los nitrilos poseen la energía incorporada necesaria para formar enlaces peptídicos en el agua. Esta es la forma más sencilla de fabricar péptidos que funciona con todos los los 20 aminoácidos, lo que lo hace aún más increíble.

"Es precisamente el tipo de simple, pero especial química que fue esencial para poner en marcha la vida hace varios miles de millones de años. Nuestro estudio proporciona más evidencia de que las moléculas de la vida descienden de la química del nitrilo en la Tierra primitiva ".

El coautor principal, el Dr. Callum Foden, quien completó el trabajo mientras era un Ph.D. estudiante de la UCL, dijo:"La síntesis de péptidos que descubrimos es simple, altamente selectivo y utiliza moléculas que estaban disponibles en la Tierra primitiva.

"Un solo residuo de cisteína es suficiente para producir una sólida actividad catalítica. Es notable que moléculas tan pequeñas puedan llevar a cabo una reacción (bio) química tan importante, selectivamente en agua, a pH neutro, y con rendimientos tan altos ".

Discutiendo más implicaciones de su estudio, El profesor Powner dijo:"Hemos resuelto un problema de larga data sobre el origen de la vida al proporcionar una solución simple a la síntesis de péptidos catalíticos en agua. Es importante destacar que, los catalizadores se construyen únicamente a partir de aminoácidos biológicos. Entender cómo la cisteína pudo haber controlado la formación de los primeros péptidos de la Tierra ha hecho que el largo camino desde la química hasta un organismo vivo parezca un poco más corto. y un poco menos intimidante.

"Nuestro estudio sugiere que la cisteína se introdujo por primera vez en los péptidos de la vida mediante la modificación de la serina (otro de los aminoácidos de la vida). Esto ahora plantea preguntas importantes sobre la evolución temprana y la codificación de la síntesis de péptidos. Se asume ampliamente que la cisteína no estuvo presente en la primera codigo genetico, y esto encaja perfectamente con nuestras observaciones. Nuestros resultados indican que la serina codificada podría proporcionar péptidos de cisteína, lo que lleva a un papel clave para la cisteína en la evolución incluso antes de que fuera asignada al código genético de la vida ".