Homoquiralidade e DI - Revisões - 1

Homoquiralidade, fundamentos de sua seleção mineral abiótica e relação com a hipótese do “mundo de RNA”

A origem mais remota da homoquiralidade de L-aminoácidos, é desde muito um mistério na formação das primeiras formas de vida e ainda antes na sua fase de evolução química.

Compreender a indução de quiralidade e seus processos de amplificação e a construção de superfícies globalmente homoquirais representam desafios essenciais em estudos de quiralidade de superfície. 

Pesquisa dos fundamentos dos processos físico-químicos minerais envolvidos

Induz-se a homoquiralidade global em redes enantiomórficas bidimensionais de moléculas aquirais via co-montagem com co-absorventes quirais.[Nota 1]

As investigações por microscopia de tunelamento com varredura e as simulações mecânicas moleculares demonstram que a quiralidade pontual dos co-absorventes transfere-se para a quiralidade organizacional das unidades do conjunto através de interações supramoleculares enantiosseletivas e são amplificadas hierarquicamente na homoquiralidade global de redes bidimensionais.[Nota 2][1]

A homoquiralidade global do conjunto de rede mostra dependência não linear sobre o excesso enantiomérico de co-absorventes quirais em fase de solução, ou seja, independe da proporção dos enantiômeros, o que demonstrou, pela primeira vez, a validação das "regras" para a maioria dos controles de homoquiralidade de moléculas aquirais na interface líquido/sólido. Tal efeito de amplificação e indução de quiralidade não linear promete uma nova abordagem para o controle bidimensional da homoquiralidade e pode revelar conhecimentos importantes sobre a catálise heterogénea assimétrica, a separação quiral e a cristalização quiral.

A aminoacilação como processo seletivo quiral

O processo - conjunto de reações químicas que é a aminoacilação de tRNA pode ter provido uma seletividade quiral, uma vez que é o primeiro processo onde encontram-se aminoácidos e o RNA.[Nota 3][2]

Um RNA de dimensões menores, chamado no meio do estudo da biopoese “minihelix” (mini-hélice), sendo o provável progenitor do tRNA moderno foi aminoacilada por um fosfato oligonucleótido aminoacilo que exibiu uma clara preferência para a forma L, em oposição aos D-aminoácidos.[Extra] Um sistema de RNA “de imagem espelhada” com a L-ribose exibe seletividade oposta, ou seja, apresenta uma aparente preferência para os D-aminoácidos.

A seletividade para os L-aminoácidos está baseada na estereoquímica do RNA. A cadeia lateral de D-aminoácidos está localizada mais perto do terminal de adenosina do minihelix, fazendo com que eles colidam e interferem durante a etapa de transferência de aminoácidos. Estes resultados sugerem que o mundo RNA hipotético que precedeu o cenário de proteínas determinou a homoquiralidade de L-aminoácidos através da aminoacilação de tRNA.

Notas

1. DR. FÚRIO DAMIANI, DR. PETER JÜRGEN TATSCH; MICROSCÓPIO DE TUNELAMENTO COM VARREDURA (STM)

http://www.dsif.fee.unicamp.br/~furio/IE607A/STM_AFM.pdf

2. Enantiomórfico: Qualquer um de um par de cristais, moléculas ou compostos que são imagens espelhadas um do outro, mas não são idênticos e que rotacionam o plano de luz polarizada da mesma forma, mas em direções opostas. Também chamado enantiômero, em química, um isômero óptico.

3. Aminoacilação é o processo de adição de um grupo aminoacilo a um composto.

Referências

1. Koji Tamura; Origin of amino acid homochirality: Relationship with the RNA world and origin of tRNA aminoacylation; BioSystems 92 (2008) 91–98

http://labquimica.files.wordpress.com/2011/02/homoquiralidad.pdf

2. Ting Chen, Wen-Hong Yang, Dong Wang & Li-Jun Wan; Globally homochiral assembly of two-dimensional molecular networks triggered by co-absorbers; Nature Communications 4, Article number: 1389 doi:10.1038/ncomms2403

http://www.nature.com/ncomms/journal/v4/n1/full/ncomms2403.html?WT.ec_id=NCOMMS-20130122

Extra

A "mini-hélice" (minihelix) de 31 nucleotídeos é um conceito fundamental na biopoese (o estudo da origem da vida) que descreve a evolução das moléculas de tRNA (RNA transportador) a partir de precursores mais simples. Ela é considerada uma estrutura chave na transição do "mundo pré-vida" para o "mundo RNA". 

Aqui estão os pontos principais sobre o papel da mini-hélice na biopoese:

• Definição e Estrutura: As mini-hélices de 31 nucleotídeos (31-nt) são descritas como precursores orderados de RNA (repetições e repetições invertidas) que ligaram-se (ligation) para formar a estrutura de trevo do tRNA.

• O "Teorema da Evolução da Mini-hélice de tRNA": Pesquisadores propõem que este teorema descreve completamente a evolução dos tRNAs do tipo I e II a partir dessas mini-hélices.

• Papel na Origem da Vida: Antes da existência de células complexas, estas mini-hélices teriam se ligado para formar os primeiros tRNAs, que por sua vez, começaram a sintetizar poliglicina para estabilizar as primeiras protocélulas.

• Mecanismo de Evolução: As mini-hélices serviram como base para a evolução dos sistemas de codificação genética. Acredita-se que, através de mutações, as mini-hélices aprenderam a codificar aminoácidos.

• Importância: A mini-hélice é crucial para entender como o código genético se coevoluiu com os tRNAs e como a vida primitiva passou de polímeros simples para sistemas biológicos funcionais. 

Em resumo, a biopoese, neste contexto, utiliza a análise das sequências de tRNA para revelar a história química da vida, apontando as mini-hélices de 31-nt como os blocos de construção fundamentais que geraram o "mundo tRNA" há cerca de 4 bilhões de anos.

Referências

Root-Bernstein R, Kim Y, Sanjay A, Burton ZF. tRNA evolution from the proto-tRNA minihelix world. Transcription. 2016 Oct 19;7(5):153-163. doi: 10.1080/21541264.2016.1235527. PMID: 27636862; PMCID: PMC5066508. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5066508/

Lei L, Burton ZF. The 3 31 Nucleotide Minihelix tRNA Evolution Theorem and the Origin of Life. Life (Basel). 2023 Nov 19;13(11):2224. doi: 10.3390/life13112224. PMID: 38004364; PMCID: PMC10672568. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10672568/