Muito trabalho foi feito para determinar se os blocos de construção das moléculas biológicas presentes poderiam ter sido sintetizados no início da história da Terra. Aminoácidos e ácidos graxos foram encontrados em meteoros sugerindo a possibilidade. A atmosfera inicial da Terra teria tido pouco oxigênio, então a maioria dos componentes deveria ter sido reduzida. Provavelmente consistia de metano, amoníaco, hidrogênio e água semelhantes às atmosferas de outros planetas do nosso sistema solar. A composição da atmosfera primitiva ainda é controversa. Em 1953 (o mesmo ano em que Watson e Crick publicaram a estrutura do DNA de cadeia dupla), Stanley Miller mostrou que as descargas elétricas (para simular o clareamento) em uma atmosfera redutora sobre um “mar simulado” produziram muitos aminoácidos. Até 11 aminoácidos diferentes foram produzidos desta forma junto com purinas e pirimidinas (estas requerem misturas de reação concentrada) necessárias para ácidos nucléicos. A adenina pode ser produzida apenas através da reacção de cianeto de hidrogénio e amoníaco numa solução aquosa. Outras bases de ácidos nucléicos podem ser feitas com cianeto de hidrogênio, cianogênio (C2N2) e cianoacetileno (HC3N).
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Nenhum polímero complexo surge através destas reações. Entretanto, em 2004, Lehman, Orgel e Ghadiri conseguiram mostrar que, na presença de dissulfeto de carbono, foi produzido um gás descartado por vulcões, homo- e hetero-peptídeos. Os peptídeos anfifílicos podem até catalisar a sua própria formação a partir de fragmentos de peptídeos, se os fragmentos forem activados. Os fragmentos se ligariam ao peptídeo “modelo” maior através de ações não-polares das cadeias laterais que são orientadas ao longo de uma face dos eixos helicoidais. Se os fragmentos se ligarem de uma forma em que a extremidade eletrofílica esteja adjacente à extremidade nucleofílica do outro fragmento do peptídeo, resulta condensação dos dois fragmentos do peptídeo. O peptídeo modelo maior atua como um modelo (efetivamente como uma “enzima”) na orientação dos dois fragmentos para reação química e efetivamente aumentando sua concentração local. A reacção dos fragmentos ligados é essencialmente intramolecular. A reacção procede mesmo com a amplificação da homociralidade.
Pode os aminoácidos prebióticos ter polimerizado em uma proteína que poderia dobrar de uma forma semelhante às proteínas modernas? Essa questão foi recentemente abordada por Longo et al (2013). Eles fizeram a pergunta se os aminoácidos encontrados na mistura de síntese prebiótica tipo Miller e em cometas/meteoros (Ala, Asp, Glu, Gly, Ile, Leu, Pro, Ser, Thr e Val), um conjunto restrito (10) em comparação com os 20 aminoácidos que ocorrem naturalmente, poderiam formar um polímero que poderia dobrar. Note que este conjunto reduzido de aminoácidos carece de aminoácidos aromáticos e básicos. Estas proteínas seriam ácidas com baixo pI e podem ter problemas, dada a falta de aminoácidos aromáticos não polares, em formar um núcleo hidrofóbico enterrado que estabiliza as proteínas. No entanto Longo et al foram capazes de sintetizar uma proteína com um conjunto ligeiramente expandido de aminoácidos (12, incluindo Asn e Gln, com 70% de aminoácidos prebióticos). A estrutura de uma das proteínas, PV2, é mostrada abaixo. A proteína era mais estável em NaCl 2 M (em comparação com 0,1 M) na qual mostrou uma desnaturação térmica cooperativa com um ponto de fusão próximo a 650C usando a calorimetria diferencial de varredura. A proteína tinha propriedades semelhantes às dos organismos halofílicos que se desenvolvem em sal alto. Estas propriedades incluem baixa PI e alta densidade de carga negativa, o que permite interacções catio-proteína no ambiente de alto sal, e menor estabilidade em ambientes de baixo sal. Os oceanos anteriores eram mais salgados. Os halófilos são um exemplo de extremistas que são altamente representados nos arquétipos. Embora a maioria dos halofílicos sejam aeróbicos, alguns são aneróbicos. Talvez a vida tenha surgido em ambientes de alto sal.
Figura: Estrutura da proteína PV2 composta por um alfabeto reduzido de principalmente aminoácidos prebióticos.
Entrevista com Stanley Miller
Contribuintes
- Prof. Henry Jakubowski (College of St. Benedict/St. John’s University)