Anotações científicas - 3

Um problema de espaço muito antigo Artigo de Jia et al. (2019) toca no que podemos chamar de "crise de habitação" da Terra primitiva. Para que a vida comece, não basta ter as peças (DNA, RNA, proteínas); é preciso um "quarto" onde elas possam se encontrar e reagir sem se perderem no oceano infinito. 

 

A "alma" deste trabalho reside em mudar o foco de como a vida é hoje para como a química era então.

1. A Alternativa ao "Modelo de Bolha" (Lípidos)

A biologia moderna usa membranas de lípidos (gorduras). No entanto, sintetizar lípidos puros na Terra primitiva é quimicamente complexo. O artigo propõe que microgotículas de poliéster (essencialmente plásticos naturais e simples) poderiam ter surgido muito mais facilmente apenas através do ciclo de secagem e humedecimento de α-hidroxiácidos (parentes próximos dos aminoácidos).

2. Compartimentalização sem Paredes

Diferente de uma célula com "pele" (membrana), estas gotículas são como gotas de óleo na água, mas feitas de poliésteres.

• Significado Biológico: Elas criam um ambiente interno diferente do externo sem precisarem de uma barreira rígida. Isso permite que a "sopa" química primitiva se concentre em pequenos pontos, acelerando reações que, de outra forma, seriam lentas demais.

3. A Seletividade e a Proteção (A "Curadoria" Química)

O estudo demonstra que estas gotículas não são apenas sacos passivos:

• Elas conseguem "escolher" o que entra: absorvem RNA e corantes de forma seletiva.

• Preservação de Função: Elas protegem a função de proteínas e RNA dentro delas. Isso é vital para a evolução, pois protege os "primeiros experimentos genéticos" de serem destruídos pelo ambiente hostil externo.

4. A Ponte para o L.U.C.A.

O artigo sugere uma evolução da estrutura:

1. Gotículas Simples: Poliésteres desorganizados capturam moléculas.

2. Coexistência: Lípidos começam a montar-se em volta destas gotículas (como uma casca).

3. Transição: Eventualmente, a membrana lipídica assume o controlo, levando à célula como a conhecemos.

O artigo

T.Z. Jia, K. Chandru, Y. Hongo, R. Afrin, T. Usui, K. Myojo & H.J. Cleaves, Membraneless polyester microdroplets as primordial compartments at the origins of life, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 116 (32) 15830-15835, https://doi.org/10.1073/pnas.1902336116 (2019).

https://www.pnas.org/content/116/32/15830 

Significado

O ambiente pré-biótico era provavelmente heterogêneo, consistindo em um grande número de substâncias químicas e suas reações associadas, incluindo não apenas compostos biológicos, mas também compostos não biológicos. Embora a pesquisa sobre a origem da vida tenha se concentrado principalmente em moléculas biológicas, as moléculas não biológicas que também estavam presentes podem ter auxiliado a evolução dos sistemas químicos de maneiras imprevistas. Assim, sintetizamos e montamos microgotículas de poliéster sem membrana a partir da secagem de conjuntos de monômeros simples de α-hidroxiácidos e mostramos que elas podem atuar como compartimentos pré-bióticos plausíveis. Por terem a capacidade de sofrer rearranjos combinatórios, essas microgotículas poderiam ter desenvolvido habilidades versáteis para abrigar sistemas genéticos e metabólicos primitivos, críticos para a origem da vida.

Resumo

A compartimentalização provavelmente foi essencial para os sistemas químicos primitivos durante o surgimento da vida, tanto para evitar o vazamento de componentes importantes, ou seja, material genético, quanto para aprimorar as reações químicas. Embora a vida como a conhecemos utilize compartimentos baseados em bicamadas lipídicas, a diversidade da química pré-biótica pode ter permitido que os sistemas vivos primitivos se iniciassem a partir de outros tipos de sistemas de fronteira. Neste trabalho, demonstramos a compartimentalização sem membrana baseada em compostos orgânicos disponíveis prebioticamente, os α-hidroxiácidos (αHAs), que geralmente são coproduzidos juntamente com α-aminoácidos em ambientes pré-bióticos. A fácil polimerização dos αHAs fornece um modelo para a montagem de compartimentos primitivos combinatoriamente diversos na Terra primitiva. Caracterizamos microgotículas sem membrana geradas a partir de homo e heteropoliésteres sintetizados por meio da secagem de soluções de αHAs com diferentes cadeias laterais. Esses compartimentos podem segregar e compartimentalizar preferencialmente e diferencialmente corantes fluorescentes e RNA marcado fluorescentemente, fornecendo compartimentos prontamente disponíveis que podem ter facilitado a evolução química ao proteger, trocar e encapsular componentes primitivos. A função proteica dentro das gotículas e a função do RNA na presença delas também são preservadas, sugerindo a relevância potencial dessas gotículas para diversos modelos de origem da vida. Como um anfífilo lipídico também pode se auto-organizar em torno de certas gotículas, isso demonstra ainda mais a potencial compatibilidade dessas gotículas com sistemas biomoleculares nascentes e sua capacidade de servir de suporte para eles, sistemas esses que poderiam ter coexistido em sistemas químicos complexos. Esses compartimentos modelo poderiam ter sido mais acessíveis em um ambiente pré-biótico "desorganizado", permitindo a localização de uma variedade de processos protometabólicos e de replicação que poderiam estar sujeitos a uma evolução química adicional antes do surgimento do Último Ancestral Comum Universal.