Pesquisa mostra novas evidências sobre o surgimento da vida na Terra

No início, havia produtos químicos simples. Eles produziram aminoácidos que eventualmente se tornaram as proteínas necessárias para criar células individuais. E as células individuais se tornaram plantas e animais. Pesquisas recentes estão revelando como a sopa primordial criou os blocos de construção de aminoácidos e há consenso científico generalizado sobre a evolução da primeira célula em plantas e animais. Mas ainda é um mistério como os blocos de construção foram reunidos pela primeira vez em proteínas que formaram o maquinário de todas as células. Agora, dois pesquisadores da Universidade da Carolina do Norte (UNC) – Richard Wolfenden e Charles Carter -, nos EUA, trazem uma nova luz sobre a transição de blocos de construção para a vida cerca de 4 bilhões de anos atrás. “Nosso trabalho mostra que a estreita ligação entre as propriedades físicas dos aminoácidos, o código genético e dobramento de proteínas foi provavelmente essencial desde o início, muito antes de moléculas grandes e sofisticadas entrarem em cena”, diz Carter, professor de bioquímica e biofísica. “Essa interação estreita foi provavelmente o fator chave na evolução dos blocos de construção para os organismos”. Seus resultados, publicados em artigos irmãos na revista “Proceedings of the National Academy of Sciences”, encaram de frente a teoria problemática do “mundo de RNA”, que postula que o RNA – a molécula que hoje desempenha um papel na codificação, regulamento e expressão dos genes – elevou do caldo primordial de aminoácidos e produtos químicos cósmicos para dar origem primeiro às proteínas curtas chamadas peptídeos e, em seguida, aos organismos unicelulares. Wolfenden e Carter argumentam que o RNA não trabalhava sozinho; na verdade, não era mais provável que o RNA catalisasse a formação dos peptídeos do que peptídeos catalisassem a formação de RNA. A descoberta acrescenta uma nova camada à história de como a vida evoluiu bilhões de anos atrás. Seu nome era LUCA A comunidade científica reconhece que 3,6 bilhões de anos atrás existia o último ancestral comum universal, ou LUCA (do inglês “last universal common ancestor”). Ele é o “parente” de todas as coisas vivas na Terra atualmente. É provável que fosse um organismo unicelular com algumas centenas de genes. Ele tinha todos os componentes básicos – tais como lípidos – que os organismos modernos têm. Do LUCA em diante, é relativamente fácil ver como a vida tal como a conhecemos evoluiu. Antes destes 3,6 bilhões anos, no entanto, não há nenhuma evidência concreta sobre como o LUCA surgiu do caldeirão fervente de produtos químicos que se formou na Terra após a criação do planeta, cerca de 4,6 bilhões de anos atrás. Esses produtos químicos reagiram para formar aminoácidos, que permanecem sendo os blocos de construção das proteínas em nossas próprias células até hoje. “Sabemos muito sobre o LUCA e estamos começando a aprender sobre a química que produziu blocos de construção, como aminoácidos, mas entre os dois existe um deserto de conhecimento”, disse Carter. “Nós nem sequer sabemos como explorá-lo”. Oásis no deserto No meio desta vastidão de mistério científico, a pesquisa da UNC representa um posto avançado neste deserto. “Wolfenden estabeleceu as propriedades físicas dos vinte aminoácidos, e temos encontrado uma ligação entre essas propriedades e o código genético”, conta Carter. “Essa relação nos sugere que havia um segundo código prévio, que possibilitou a interação peptídeo-RNA necessária para lançar um processo de seleção que podemos imaginar criando a primeira vida na Terra”. Assim, o RNA não teria que inventar-se da sopa primordial. Em vez disso, mesmo antes de existirem células, parece mais provável que houvesse interações entre aminoácidos e nucleótidos que levaram à cocriação de proteínas e RNA. Primeira descoberta As proteínas precisam se dobrar de maneiras específicas para funcionar corretamente. O primeiro artigo publicado na PNAS, liderado por Wolfenden, mostra que tanto as polaridades dos vinte aminoácidos (como eles se distribuem entre água e óleo) e seus tamanhos ajudam a explicar o complexo processo de enovelamento de proteínas – quando uma cadeia de aminoácidos ligados se organiza para formar uma determinada estrutura tridimensional, que tem uma função biológica específica. “Nossos experimentos mostram como as polaridades de aminoácidos mudam consistentemente em uma ampla gama de temperaturas, de maneiras que não iriam perturbar as relações básicas entre a codificação genética e o enovelamento de proteínas”, disse Wolfenden, professor de bioquímica e biofísica. Isso é algo importante de ser estabelecido, porque quando a vida estava se formando na Terra, as temperaturas eram quentes, provavelmente muito mais quentes do que são agora ou quando surgiram as primeiras plantas e animais. Uma série de experiências bioquímicas com aminoácidos realizada no laboratório de Wolfenden mostrou que duas propriedades – os tamanhos e as polaridades de aminoácidos – eram necessárias e suficientes para explicar como os aminoácidos se comportavam em proteínas dobradas e que estas relações também aconteciam nas temperaturas mais altas da Terra 4 bilhões de anos atrás. Segunda descoberta O segundo artigo publicado na PNAS, liderado por Carter, investiga como enzimas chamadas “aminoacil-RNAt sintetase” reconhecem o RNA transportador (RNAt). Essas enzimas traduzem o código genético. “Pense no RNAt como um adaptador”, explica Carter. “Uma extremidade do adaptador carrega um aminoácido particular; a outra extremidade lê o modelo genético daquele aminoácido no RNA mensageiro. Cada sintetase combina um dos vinte aminoácidos com seu próprio adaptador para que o mapa genético no RNA mensageiro seja seguido fielmente e a proteína correta seja feita o tempo todo”. A análise de Carter mostra que as duas extremidades diferentes da molécula de RNAt em forma de L continham códigos ou regras independentes que especificam quais aminoácidos selecionar. O final do RNAt que carregava o aminoácido classificava aminoácidos especificamente de acordo com o tamanho. A outra extremidade da molécula de RNAt em forma de L é chamada de RNAt anticódon. Ela lê códons, que são sequências de três nucleótidos de RNA em mensagens genéticas que selecionam os aminoácidos de acordo com a polaridade. Complexidade da simplicidade As descoberta de Wolfenden e Carter implicam que as relações entre RNAt e as propriedades físicas dos aminoácidos – os seus tamanhos e polaridades – foram cruciais durante a era primordial da Terra. À luz do trabalho anterior de Carter com núcleos ativos muito pequenos de RNAt sintetases chamados “urzymes”, agora parece provável que a seleção por tamanho preceda a seleção de acordo com a polaridade. Esta seleção ordenada significava que as primeiras proteínas não necessariamente se dobravam em formas únicas e que as suas estruturas únicas evoluíram mais tarde. “Traduzir o código genético é o elo que conecta a química pré-biótica à biologia”, afirmou Carter. Ele e Wolfenden acreditam que a fase intermediária do código genético pode ajudar a resolver dois paradoxos: como a complexidade surgiu da simplicidade, e como a vida dividiu o trabalho entre dois tipos muito diferentes de polímeros: proteínas e ácidos nucleicos. “O fato de que a codificação genética se desenvolveu em duas etapas sucessivas – a primeira das quais era relativamente simples – pode ser uma das razões pelas quais a vida foi capaz de emergir enquanto a Terra ainda era muito jovem”, Wolfenden observou. Um código anterior, que permitiu aos primeiros peptídeos codificados ligar o RNA, podem ter fornecido uma vantagem seletiva decisiva. E este sistema primitivo poderia então passar por um processo de seleção natural, lançando assim uma forma nova e mais biológica da evolução. “A colaboração entre RNA e péptidos foi provavelmente necessária para o surgimento espontâneo da complexidade”, acrescentou Carter. “Em nossa opinião, [a Terra primordial] era um mundo de peptídeo e RNA, e não um mundo de RNA apenas”. [Phys.org]