Toda la vida en la Tierra se compone de los mismos 20 aminoácidos. Los científicos ahora creen que saben por qué

La pregunta de cómo surgió por primera vez la vida en la Tierra es una que los humanos se han estado haciendo desde tiempos inmemoriales. Si bien los científicos confían relativamente en cuándo sucedió, no ha habido una respuesta definitiva sobre por qué sucedió. ¿Cómo se unieron los aminoácidos, los componentes químicos básicos de la vida, hace aproximadamente cuatro mil millones de años para crear las primeras moléculas de proteína?

Si bien esa pregunta aún no tiene respuesta, los científicos están haciendo nuevos descubrimientos que podrían ayudar a reducirla. Por ejemplo, un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia Centro de Evolución Química (CCT) realizado recientemente un estudio eso mostró cómo algunos de los primeros predecesores de la molécula de proteína pueden haberse unido espontáneamente para formar una cadena.

El estudio apareció recientemente en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias. El estudio fue dirigido por el Dr. Moran Frenkel-Pinter de Georgia Tech e incluyó a varios investigadores del CCT, que cuenta con el apoyo de la NASA y la Fundación Nacional de Ciencias (NSF), con la asistencia del Dr. lucas lemany profesor asistente de química en Investigación de Scrippsun instituto de investigación médica sin fines de lucro.

Durante décadas, los científicos han tenido teorías sobre cómo se unieron los primeros aminoácidos para formar moléculas de proteína. Desafortunadamente, todos los intentos de verificar estas teorías han fracasado hasta ahora. Como el Dr. Leman explicado:

“Cómo la química condujo a la vida compleja es una de las preguntas más fascinantes que la humanidad ha reflexionado. Hay muchas teorías sobre los orígenes de las proteínas, pero no tanto apoyo de laboratorio experimental para estas ideas”.

Para su estudio, el equipo de investigación realizó un experimento en el que se colocó una pequeña selección de aminoácidos (lisina, arginina e histidina) junto con tres aminoácidos competidores no biológicos. Luego, los ácidos se sometieron a condiciones similares a las que se cree que existieron en la Tierra durante el Eón Hadeano (hace aproximadamente 4 mil millones de años).

Esto consistió en poner los aminoácidos seleccionados en agua que contenía hidroxiácidos, que se sabe que facilitan las reacciones de los aminoácidos y habrían sido comunes en la Tierra prebiótica. A continuación, la mezcla se calentó a 85 °C(185 °F), lo que aceleró el proceso de reacción y provocó la evaporación del agua. Luego se estudiaron las reacciones químicas resultantes.

Para su sorpresa, los aminoácidos biológicos se formaron espontáneamente en segmentos nítidos que se unieron entre sí a través de grupos ?-amina. Estos grupos son los que están formados por nitrógeno e hidrógeno y son bastante reactivos. Sin embargo, también forman parte del núcleo de los aminoácidos y otras aminas que forman cadenas laterales que se extienden desde el núcleo (que se utilizaron en este experimento) suelen ser más reactivas. Como Dr. Frenkel-Pinter dijo:

“Nos sorprendió que esta química favoreciera la conexión ?-amina que se encuentra en las proteínas, aunque los principios químicos podrían habernos llevado a creer que se favorecería la conexión no proteica. La preferencia por el enlace de tipo proteico sobre el no proteico fue de siete a uno”.

Otra sorpresa fue el hecho de que los aminoácidos biológicos superaron a los no biológicos en términos de reactividad. Estos últimos ácidos, que hoy en día no se encuentran en las proteínas, tenían el potencial de reaccionar químicamente tan bien (o mejor) que los biológicos. Además, el equipo anticipó que la inclusión de estos ácidos les daría una oportunidad a los biológicos e incluso podría conducir a la cringestión de nuevas proteínas.

Sin embargo, las reacciones resultaron principalmente en la formación de péptidos (dos o más bloques de construcción de aminoácidos unidos entre sí) que estaban más cerca de las proteínas actuales. En particular, los investigadores pensaron que los aminoácidos no biológicos superarían al aminoácido biológico conocido como lisina y que la lisina no sería capaz de formar cadenas de forma fiable.

En ambos casos, se equivocaron y, en cambio, descubrieron que la lisina entraba predominantemente en las cadenas de una manera similar a lo que sucede con las proteínas en la actualidad. A partir de esto, el equipo planteó la hipótesis de que las cadenas de aminoácidos prefabricadas que son útiles en los sistemas vivos evolucionaron antes de que la vida encontrara una forma de producir proteínas.

El hecho de que su experimento mostrara que los aminoácidos biológicos son preferibles a los no biológicos también puede ofrecer una nueva perspectiva de por qué solo 20 aminoácidos entraron en la formación de la vida. Los científicos creen que hubo más de 500 ácidos naturales presentes en la Tierra durante el Eón Hadeano. Como Loren Williams, profesor de bioquímica en Georgia Tech, expliquemid:

“Nuestra idea es que la vida comenzó con los muchos bloques de construcción que estaban allí y seleccionó un subconjunto de ellos, pero no sabemos cuánto se seleccionó sobre la base de la química pura o cuántos procesos biológicos hicieron la selección. Mirando este estudio, parece que la biología actual puede reflejar estas primeras reacciones químicas prebióticas más de lo que habíamos pensado”.

“En la Tierra prebiótica, habría habido un conjunto mucho más grande de aminoácidos. ¿Hay algo especial en estos 20 aminoácidos, o simplemente se congelaron en un momento dado por la evolución? En resumen, el experimento sugiere 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 ineficientes.

En resumen, el experimento sugiere 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 ineficientes. También le da credibilidad adicional a la teoría de que la mayoría de los polímeros biológicos se formaron en ciclos húmedos y secos, que es algo que los investigadores de CCT tienen.mi estado discutiendo durante años.

Esta teoría, que establece que las primeras proteínas ocurrieron en los llanos de tierra barridos por la lluvia o en las rocas de la orilla del lago quemadas por el sol, está en desacuerdo con la narrativa más convencional de que los componentes básicos de la vida se basan en eventos raros y catastróficos, así como en múltiples ingredientes en orden de emerger. Al demostrar que era probable que fuera un proceso mucho más sencillo, esta investigación podría acercarnos un paso más a descifrar este antiguo misterio.

También podría tener implicaciones en la búsqueda de vida más allá de la Tierra. Si los componentes básicos de la vida son naturalmente reactivos y se atraen entre sí, ¡es probable que aumenten las probabilidades de que se produzcan reacciones químicas similares en otras partes del Universo!

Otras lecturas; Investigación de Scripps