Estrutura molecular da arginina.
Crédito: Sérgio Paulino (imagem construída com o software Avogrado).
A vida tal como a conhecemos deverá ter emergido espontaneamente nos primeiros oceanos terrestres, há 3,5 a 4 mil milhões de anos, quando pequenos conjuntos de moléculas orgânicas se especializaram ao ponto de formarem os primeiros sistemas moleculares autorreplicativos.
A descoberta de que a síntese proteica nos ribossomas depende exclusivamente da atividade catalítica de uma única molécula de ARN sugere que esta transição deverá ter ocorrido num cenário em que o ARN desempenhava as duas funções essenciais à vida de uma célula: o armazenamento de informação genética e a catálise de reacções bioquímicas. Nestas condições, os primeiros péptidos (moléculas biológicas constituídas por uma cadeia de aminoácidos) deveriam ter desempenhado essencialmente um papel de estabilização da conformação de moléculas de ARN funcionais.
Cientistas da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara (UCSB), nos Estados Unidos, descobriram agora que o aminoácido arginina (ou o seu equivalente prebiótico) poderá ter sido fundamental na formação dos primeiros complexos proteína-ARN, contribuindo assim de forma decisiva para um dos principais marcos evolutivos da vida na Terra.
“As pessoas tendem a pensar que a arginina não é [uma molécula] prebiótica”, disse Irene Chen, uma investigadora cujo trabalho se encontra focado nas origens químicas da vida. “[Geralmente] pensam que os aminoácidos mais simples, como a glicina e a alanina, são os mais plausíveis.” Como a arginina apresenta uma estrutura mais complexa, os cientistas tendem a considerar que este aminoácido deverá ter surgido numa fase posterior da transição entre a química pré-biótica e os processos bioquímicos que hoje observamos nos organismos vivos.
De acordo com a hipótese do “Mundo de ARN”, a Terra teria nos seus primórdios as condições necessárias para albergar diversos tipos de biomoléculas, incluindo os ácidos nucleicos (moléculas que se tornariam mais tarde no material genético de todos os organismos vivos), os aminoácidos (blocos de construção das proteínas responsáveis pela estrutura e funcionamento das estruturas celulares) e os lípidos (moléculas essenciais no armazenamento de energia e proteção das células). Como e em que circunstâncias estas biomoléculas interagiram para formarem os primeiros sistemas biológicos são hoje os dois principais focos de investigação para os cientistas que pretendem desvendar as origens da vida no nosso planeta.
Neste novo trabalho, os investigadores analisaram as interações entre proteínas e aptâmeros (pequenas moléculas de ARN e ADN que se ligam a sequências peptídicas alvo específicas) numa variedade de complexos formados em condições in vitro. “Estávamos à procura de um interface cujas propriedades pudessem favorecer a ligação”, afirmou Celia Blanco, investigadora pós-doutorada da UCSB e primeira autora do artigo recentemente publicado na revista Current Biology. Blanco explica que a evolução in vitro foi um factor importante para a seleção dos complexos, uma vez que permitiu não só eliminar efeitos resultantes da evolução biológica, como também mimetizar o melhor possível as condições de um mundo prebiótico.
“Há tantas limitações na biologia”, disse Chen. “Interações proteína-ARN ou proteína-ADN criadas por evolução biológica têm de funcionar no interior de uma célula; e esse não será exatamente o caso [quando pensamos] na origem da vida.” O que Chen e a sua equipa descobriram foi que a arginina era um componente fundamental em muitas das interações químicas entre as proteínas e os aptâmeros.
“Obviamente, esperávamos que fosse muito importante para as interações eletrostáticas, uma vez que está carregado positivamente”, explicou Chen. “No entanto, [a arginina] é também o aminoácido dominante nas interações hidrofóbicas, nas interações de empilhamento π e nestes outros modos diferentes de interação pelos quais outros aminoácidos são conhecidos.” Em menor grau, a lisina (outro aminoácido com carga positiva) desempenhou também um papel significativo nessas interações.
Uma das razões que levou a arginina a ser neglicenciada durante tanto tempo foi provavelmente o facto de ser um aminoácido relativamente difícil de sintetizar. “Geralmente, as pessoas baseiam o consenso no que é prebiótico e no que não se encontra nas experiências”, disse Blanco. “E se usarmos o que as pessoas pensam ser as condições prebióticas, a arginina e a lisina parecem ser difíceis de sintetizar ou detetar. Contudo apenas porque algo como a arginina não foi produzido nas experiências laboratoriais até agora realizadas, não significa que não estava lá.”
Embora nas experiências a arginina tenha revelado ser um aminoácido fundamental nas interações entre proteínas e aptâmeros, os investigadores têm o cuidado de salientar que, há milhares de milhões de anos, esse papel poderia ter sido desempenhado não pela arginina, mas talvez por um equivalente primordial com carga positiva.
Este trabalho traz um novo vislumbre sobre o que poderiam ter sido as condições ideais para o aparecimento da vida na Terra. “Se tivéssemos descoberto que a glicina era realmente importante para as interações entre o ARN e as proteínas – e a glicina está por toda parte – então [esta experiência] não teria sido muito útil para determinar condições plausíveis”, explicou Chen. “No entanto, descobrir que a arginina era importante, limita o tipo de cenários que poderiam ter dado origem ao código genético”.
Podem ler mais detalhes sobre este trabalho aqui.
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