Fósforo, glicina e cisteína: Novas descobertas com implicações para a origem da vida

Três novas e importantes atualizações sobre os possíveis caminhos químicos que levaram à emergência de vida na Terra foram publicados em três diferentes periódicos.

CISTEÍNA

Em um estudo publicado na Science (Ref.1), pesquisadores mostraram como a cisteína - um dos aminoácidos cruciais para a estrutura dos seres vivos - pode ter se formado e catalisado a síntese das primeiras moléculas proteicas em água. A cisteína, além de ser a fonte orgânica primária de sulfeto na biologia, é altamente reativa como um nucleófilo e ligante metálico e participante em reações redox e radicalares, o que a torna um atrativo componente para a química pré-biótica. Porém, até o momento, não se sabia como esse aminoácido poderia ter se formado espontaneamente, ou se representou um produto pós-biótico. Nesse sentido, o novo estudo mostrou experimentalmente - e a partir de simples compostos (gás hidrogênio, cianeto e sulfeto de hidrogênio) - que uma simples acilação de amina livre (-NH2) preveniu a degradação da cisteína nitrila (ataques eletrofílicos) e possibilitou a síntese desse precursor de cisteína a partir de acetil dehidroalanina nitrila e doador de sulfeto, convertendo o aminoácido serina em cisteína.

Além disso, os pesquisadores mostraram que derivados da cisteína - uma fez formada - eram capazes de catalisar eficientemente ligações peptídicas (polimerização proteica) em água. Os resultados do estudo também suportaram um cenário no qual nitrilas serviram como uma moeda energética primordial, talvez servindo como um predecessor para a emergência do ATP (adenosina 5'-trifosfato) e tioésteres que hoje suportam as reações dos atuais sistemas biológicos.

GLICINA

Já em um estudo publicado na Nature Astronomy (Ref.2), um time internacional de cientistas mostrou que a glicina, o mais simples aminoácido e um importante bloco de construção da vida, pode se formar mesmo sob duras condições que governam a química no meio interestelar, e via um mecanismo não-energético. Via uma série de experimentos laboratoriais, os pesquisadores mostraram que esse aminoácido pode ser formado em fase sólida através de reações de adição atômica e radical-radical sobre superfícies congeladas (H2O, CO2, NH3, CH4 sólidos) englobando partículas de poeira e ricas em água - comuns no meio interestelar -, e sob condições escuras (sem irradiação muito energética, como fótons ultravioletas ou raios cósmicos) das nuvens de poeira interestelar. De fato, no cometa Rosetta, houve detecção recente de glicina e da sua amina precursora (metilamina, CH3-NH2), corroborando os resultados experimentais e reforçando a hipótese de que blocos essenciais de construção da vida tiveram importante origem do espaço - vários outros compostos orgânicos essenciais à vida já foram descobertos em meteoritos (!). Uma vez formada, a glicina pode se tornar um precursor de outras moléculas orgânicas complexas.

(!) Existem inúmeras evidências suportando a ideia de que a Terra pré-biótica era rica em compostos propícios à geração de estruturas bióticas através de Evolução Química. Para quem quiser um artigo completo e atualizado sobre o assunto - incluindo a história por trás dos estudos pré-bióticos (desde a síntese da primeira molécula orgânica em laboratório no século XIX - amônia), acesse: A Origem da Vida: O que sabemos até agora?

CICLOFÓSFORO

Fósforo (P) é um elemento essencial para a vida, e é fundamental para todos os organismos vivos, sendo um componente crucial do RNA, DNA e membranas celulares. Nesse sentido, o fósforo provavelmente estava envolvido na origem da vida, especialmente via íons fosfatos (PO43-), os quais são solúveis em água e reativos, possibilitando reações de fosforilação (ligação fosfoéster, C-O-P) - algo realizado nos sistemas biológicos via catálise enzimática - e a síntese de complexas moléculas. No entanto, hoje, fósforo só é conhecido na natureza como íons fosfatos associados a minerais relativamente inertes.

Agora, em um estudo publicado no periódico Geology (Ref.3), pesquisadores da Universidade de Petersburg e da Universidade de Ben-Gurion, Rússia, descobriram ciclofosfatos naturais, em rochas na bacia do Mar Morto, Israel. Ciclofosfatos são uma classe de compostos ricos em energia cuja decomposição hidrolítica (abertura do anel) libera energia que é suficiente para a iniciação de reações de fosforilação similares àquelas observadas em sistemas vivos (reações biomiméticas), e sem a necessidade de enzimas. Os pesquisadores encontraram que a síntese natural desses compostos envolvem simples oxidação pirolítica de fosfetos terrestres. O achado indica um novo caminho espontâneo para a emergência prebiótica de fosforilação, facilitando cenários de evolução química para a vida primordial no nosso planeta.

Apesar de raros hoje na litosfera, os ciclofosfatos podem ter sido abundantes há bilhões de anos. O ambiente geoquímico no Arqueano era substancialmente mais redutor do que atualmente, e fosfetos - os percursores necessários para a formação de ciclofosfatos - poderiam ser prontamente sintetizados via redução de ortofosfatos (apatita ou fosfatos de ferro) via metano abiogênico ou hidrogênio molecular (H2) em elevada temperatura (300-400°C). Subsequentes reações de oxidação iniciadas com a saturação da atmosfera com oxigênio molecular (O2) podem, então, ter levado a uma variedade de novas espécies de fosfato diferentes dos ortofosfatos primários.

REFERÊNCIAS