Hace cuatro mil millones de años, la Tierra se veía muy diferente a como se ve hoy, desprovista de vida y cubierta por un vasto océano. En el transcurso de millones de años, en esa sopa primordial, surgió la vida. Los investigadores han teorizado durante mucho tiempo cómo las moléculas se unieron para provocar esta transición. Ahora, los científicos de Scripps Research han descubierto un nuevo conjunto de reacciones químicas que utilizan cianuro, amoníaco y dióxido de carbono, que se cree que eran comunes en la Tierra primitiva, para generar aminoácidos y ácidos nucleicos, los componentes básicos de las proteínas y el ADN.

"Hemos ideado un nuevo paradigma para explicar este cambio de la química prebiótica a la biótica", dice Ramanarayanan Krishnamurthy, Ph.D., profesor asociado de química en Scripps Research y autor principal del nuevo artículo, publicado el 28 de julio. , 2022 en la revista Nature Chemistry . "Creemos que el tipo de reacciones que hemos descrito son probablemente las que podrían haber ocurrido en la Tierra primitiva".

Además de dar a los investigadores una idea de la química de la Tierra primitiva, las reacciones químicas recién descubiertas también son útiles en ciertos procesos de fabricación, como la generación de biomoléculas etiquetadas personalizadas a partir de materiales de partida económicos.

A principios de este año, el grupo de Krishnamurthy mostró cómo el cianuro puede permitir las reacciones químicas que convierten las moléculas prebióticas y el agua en compuestos orgánicos básicos necesarios para la vida. A diferencia de las reacciones propuestas anteriormente, esta funcionó a temperatura ambiente y en un amplio rango de pH. Los investigadores se preguntaron si, bajo las mismas condiciones, había una forma de generar aminoácidos, moléculas más complejas que componen proteínas en todas las células vivas conocidas.

Hoy en día, en las células, los aminoácidos se generan a partir de precursores llamados α-cetoácidos utilizando tanto nitrógeno como proteínas especializadas llamadas enzimas. Los investigadores han encontrado evidencia de que los α-cetoácidos probablemente existieron temprano en la historia de la Tierra. Sin embargo, muchos han planteado la hipótesis de que antes del advenimiento de la vida celular, los aminoácidos deben haberse generado a partir de precursores completamente diferentes, los aldehídos, en lugar de los α-cetoácidos, ya que aún no existían las enzimas para llevar a cabo la conversión. Pero esa idea ha llevado a un debate sobre cómo y cuándo se produjo el cambio de los aldehídos a los α-cetoácidos como ingrediente clave para producir aminoácidos.

Después de su éxito al usar cianuro para impulsar otras reacciones químicas, Krishnamurthy y sus colegas sospecharon que el cianuro, incluso sin enzimas, también podría ayudar a convertir los α-cetoácidos en aminoácidos. Como sabían que se requeriría nitrógeno de alguna forma, agregaron amoníaco, una forma de nitrógeno que habría estado presente en la Tierra primitiva. Luego, a través de prueba y error, descubrieron un tercer ingrediente clave:el dióxido de carbono. Con esta mezcla, rápidamente comenzaron a ver cómo se formaban los aminoácidos.

"Esperábamos que fuera bastante difícil resolver esto, y resultó ser aún más simple de lo que habíamos imaginado", dice Krishnamurthy. "Si mezclas solo el cetoácido, el cianuro y el amoníaco, simplemente se quedan allí. Tan pronto como agregas dióxido de carbono, incluso en cantidades mínimas, la reacción se acelera".

Debido a que la nueva reacción es relativamente similar a lo que ocurre hoy dentro de las células, excepto que es impulsada por cianuro en lugar de una proteína, parece más probable que sea la fuente de la vida temprana, en lugar de reacciones drásticamente diferentes, dicen los investigadores. La investigación también ayuda a unir los dos lados de un debate de larga data sobre la importancia del dióxido de carbono en los primeros años de vida, concluyendo que el dióxido de carbono era clave, pero solo en combinación con otras moléculas.

En el proceso de estudiar su sopa química, el grupo de Krishnamurthy descubrió que un subproducto de la misma reacción es el orotato, un precursor de los nucleótidos que forman el ADN y el ARN. Esto sugiere que la misma sopa primordial, en las condiciones adecuadas, podría haber dado lugar a una gran cantidad de moléculas que se requieren para los elementos clave de la vida.

"Lo que queremos hacer a continuación es seguir investigando qué tipo de química puede surgir de esta mezcla", dice Krishnamurthy. "¿Pueden los aminoácidos comenzar a formar pequeñas proteínas? ¿Podría una de esas proteínas volver y comenzar a actuar como una enzima para producir más de estos aminoácidos?"

Además de Krishnamurthy, los autores del estudio, "Síntesis prebiótica de α-aminoácidos y orotato de α-cetoácidos potencian la transición a vías metabólicas existentes", son Sunil Pulletikurti, Mahipal Yadav y Greg Springsteen. + Explora más

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