Um dos principais problemas científicos em que cientistas de todo o mundo estão trabalhando é a origem da vida na Terra. Nas últimas décadas, muitos sucessos foram alcançados nesta área, por exemplo, o conceito do mundo do RNA foi desenvolvido. No entanto, ainda não se sabe como exatamente surgiram as moléculas que serviram como os primeiros "blocos de construção" da vida. A revista Science publicou um artigo que responde talvez à questão mais importante: de onde vieram os nucleotídeos que compõem o RNA. "Lenta.ru" revela os detalhes do estudo e fala sobre seu significado.
De acordo com os conceitos científicos modernos, a vida se originou de compostos orgânicos que reagiram uns com os outros para criar moléculas-chave - nucleosídeos. O nucleosídeo é conhecido por ser formado pelo açúcar ribose ou desoxirribose e uma das cinco bases nitrogenadas: adenina, guanina, timina, citosina ou uracila. Os nucleosídeos são precursores dos nucleotídeos, dos quais, por sua vez, são compostos o DNA e o RNA. Para que um nucleosídeo se transforme em um nucleotídeo, um componente adicional é necessário - resíduos de ácido fosfórico.
Por que os nucleosídeos vêm à tona? Esta pergunta é respondida por um conceito científico conhecido como a hipótese do mundo do RNA, que acredita que foi o RNA que esteve na origem da vida. As moléculas dos ácidos ribonucléicos foram as primeiras a realizar a catálise de reações químicas no caldo primário, aprenderam a se copiar e a se copiar e, o mais importante, a carregar informações hereditárias. Esses RNAs são chamados de ribozimas. Se qualquer molécula de RNA tinha a capacidade de sintetizar suas próprias cópias, essa propriedade era transmitida de geração em geração. Às vezes, a cópia era acompanhada de erros, como resultado dos quais novos RNAs adquiriam mutações.
As mutações podem prejudicar seriamente as propriedades catalíticas das moléculas, mas também podem alterar o RNA, conferindo-lhe novas habilidades. Por exemplo, os cientistas descobriram que algumas mutações aceleram o processo de autocópia, e as ribozimas alteradas depois de um tempo começam a dominar as "normais". Os biólogos moleculares liderados por Brian Pegel, do Scripps Research Institute, na Califórnia, observaram como a atividade enzimática das ribozimas aumentou 90 vezes durante uma evolução de três dias em um laboratório. Portanto, mesmo que as ribozimas inicialmente não fossem muito ativas, a evolução molecular poderia transformá-las em máquinas catalíticas ideais.
No entanto, a hipótese do mundo do RNA enfrenta uma série de dificuldades. Por exemplo, não se sabe como poderia ocorrer a síntese das primeiras ribozimas, ou seja, sem a participação de organismos vivos. Embora muitos argumentos tenham sido encontrados em favor do mundo do RNA, a questão-chave - como ele surgiu - continua sendo uma pedra de tropeço.
Alguns cientistas sugerem que os compostos químicos a partir dos quais os nucleosídeos foram formados não poderiam surgir em condições terrestres, mas foram trazidos para o planeta do espaço. Vale ressaltar, entretanto, que o problema está associado aos nucleosídeos de purina - adenosina e guanosina, contendo adenina e guanina, respectivamente. Para as moléculas de pirimidina que contêm citosina, timina ou uracila, são conhecidas vias de síntese que poderiam existir na origem da vida. As reações químicas do tipo dominó levam à formação de grandes quantidades das pirimidinas necessárias.
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Os cientistas propuseram um caminho possível para a formação de nucleosídeos de purina, mas pode levar ao aparecimento de muitos outros compostos, entre os quais os nucleosídeos necessários seriam apenas uma pequena fração. Simplesmente escovar as purinas não funcionará, pois elas não são apenas componentes integrais do RNA e DNA, mas também formam o trifosfato de adenosina (ATP), que está envolvido no metabolismo da energia e de substâncias no corpo, e o trifosfato de guanosina, que serve como fonte de energia para a síntese de proteínas.
Uma maneira simples de formar um nucleosídeo como a adenosina é combinar a adenina com a ribose na presença de NH4OH. A ribose se liga a um dos átomos de nitrogênio da adenina, apenas possui vários deles, e apenas o nitrogênio na nona posição deve participar da síntese da adenosina. Além disso, descobriu-se que esse átomo de nitrogênio não é muito reativo. Isso significa que, se a hipótese do mundo do RNA estiver correta (o que é mais do que provável), deve haver alguma outra maneira de sintetizar adenosina e guanosina no caldo primário.
Em um novo estudo, os cientistas propuseram um caminho diferente para a síntese de nucleosídeos de purina que resolve o problema e fortalece a posição do conceito de mundo do RNA. Tudo começa com as moléculas de aminopirimidina, que são facilmente formadas a partir de um composto tão simples quanto o NH4CN. Isso acontece por meio da formação da guanidina, que reage com o aminomalonitrila, resultando na formação de uma molécula de tetraaminopirimidina. Oxida facilmente em um ambiente contendo oxigênio, mas permanece estável na atmosfera sem oxigênio que era característica da Terra antes do nascimento da vida. Além da tetraaminopirimidina, outras moléculas semelhantes podem ser formadas: triaminopirimidinona e triaminopirimidina. Todos esses compostos são facilmente solúveis em água.
Mais importante ainda, para todas as três aminopirimidinas, apenas um determinado átomo de nitrogênio é reativo, e isso resolve o problema da participação na reação de outros átomos, que é característica da adenina. O ambiente acidificado leva ao fato de que os átomos de nitrogênio no anel anexam prótons e bloqueiam todos os grupos amino externos, exceto um localizado na quinta posição. Quando uma mistura de aminopirimidinas e ácido fórmico é aquecida, apenas um composto possível é formado - formamidopirimidina. O rendimento da reação é de 70 a 90 por cento.
A formamidopirimidina, apesar de sua semelhança com as purinas, não tem suas desvantagens. O átomo de nitrogênio na nona posição, como se viu, é o mais reativo, e a reação com a ribose em um meio alcalino sempre leva ao mesmo resultado: a síntese de esqueletos de carbono para nucleosídeos de purina. Curiosamente, a formamidopirimidina está ativamente envolvida na formação de ribose a partir do glicolaldeído e do gliceraldeído, facilitando a síntese de nucleosídeos em um ambiente de amônia. Em geral, os cientistas conseguiram descobrir um caminho para a formação de precursores de nucleotídeos a partir dos derivados de amônia mais simples. Tais derivados foram encontrados recentemente no cometa Churyumov-Gerasimenko, o que confirma o ponto de vista sobre a participação ativa dos cometas no fornecimento à Terra de tudo o que é necessário para o surgimento da vida.
No entanto, a evolução química levanta muito mais questões, e respondê-las exigirá o esforço de pesquisadores de todo o mundo. O quadro completo da abiogênese deve descrever não apenas o surgimento de nucleotídeos e outras moléculas orgânicas sem a participação de organismos vivos, mas também sua interação nas condições da Terra primitiva, a interação que levou à formação das primeiras células.
Alexander Enikeev
