Uma origem comum para os precursores do ARN, das proteínas e dos lípidos

Síntese de ribonucleótidos, aminoácidos e precursores dos lípidos partindo de uma rede de vias protometabólicas comum.
Crédito: Patel et al., 2015.

A origem da vida na Terra é um problema científico com paradoxos aparentemente incontornáveis. Para que a vida desse os seus primeiros passos, deve ter surgido muito cedo uma molécula codificadora (um polinucleótido como o ARN ou o ADN), capaz de preservar e transmitir às novas gerações a informação necessária para a produção das proteínas, os maestros do metabolismo celular. Contudo, mesmo as células mais simples não conseguem fabricar cópias de ADN e ARN sem a intervenção de proteínas. Para tornar este problema ainda mais complexo, nenhuma destas moléculas consegue executar as suas tarefas sem a presença de uma membrana fosfolipídica que conserve o conteúdo da célula no seu interior. A formação destas estruturas depende, por sua vez, de vias metabólicas orquestradas por enzimas proteicas, também elas, codificadas por moléculas de ADN.

Até agora os cientistas assumiam que os precursores destes três grupos de biomoléculas eram demasiado divergentes para que pudessem ter emergido em simultâneo de uma cascata química pré-biótica comum. Muitos dos trabalhos mais recentes sugerem que foi o ARN a molécula pioneira da vida, devido à sua capacidade de desempenhar duas funções biológicas fundamentais: o armazenamento de informação genética e a catálise de reações bioquímicas. No entanto, alguns investigadores argumentam que pequenas moléculas orgânicas contendo metais de transição (como o ferro, o cobre ou níquel) poderiam ter sintetizado os blocos de construção das biomoléculas mais complexas.

Cientistas da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, vêm agora propor uma visão alternativa que soluciona de forma simples e elegante todos estes paradoxos. Num artigo publicado na semana passada na revista Nature Chemistry, a equipa liderada pelo químico inglês John Sutherland demonstra como um par de moléculas simples, provavelmente abundantes na Terra primitiva, poderiam ter criado uma rede de reações químicas simples, capazes de produzirem os precursores químicos do ARN, das proteínas e dos lípidos – moléculas essenciais para o aparecimento das primeiras células. Apesar de não provar que foi esta a forma como a vida emergiu no nosso planeta, este trabalho poderá eventualmente ajudar os cientistas a desvendarem um dos mais insondáveis mistérios da ciência moderna.

Em 2009, Sutherland e colegas descobriram que dois dos ribonucleótidos precursores do ARN poderiam ser produzidos sem a intervenção de enzimas, através de sequências de reações inciadas por compostos simples como o acetileno (C₂H₂) e o formaldeído (HCHO). Contudo, estas moléculas são, ainda assim, relativamente complexas, pelo que os investigadores decidiram reformular a experiência recorrendo a materiais ainda mais simples.

Usando luz ultravioleta e iões de cobre como catalisadores, Sutherland e colegas criaram ribonucleótidos, aminoácidos e precusores de lípidos, a partir de uma simples mistura de ácido cianídrico (HCN) e ácido sulfídrico (H₂S), dois compostos que se pensa terem sido abundantes na atmosfera primitiva da Terra. A experiência sugere que o nosso planeta teria reunido nos seus primórdios as condições necessárias para criar uma rede de vias protometabólicas anterior ao aparecimento das primeiras células. Esta descoberta mostra que os três principais grupos de biomoléculas poderiam ter surgido no nosso planeta em simultâneo, e que a vida poderá ter emergido como uma simples consequência da reatividade fundamental de compostos muito simples, trazidos pelo impacto de cometas e asteroides ao longo das primeiras centenas de milhões de anos de história do Sistema Solar.

Podem ler mais detalhes sobre este trabalho aqui.