¿Cómo se formaron los aminoácidos antes del origen de la vida en la Tierra?         

Por la Universidad de Okayama.

05 de abril de 2023.

Una textura representativa de la partícula Ryugu (A0022). (a) Una imagen óptica de una vista completa de la partícula. La superficie rugosa e irregular está finamente agrietada, lo que hace que la partícula sea de naturaleza frágil. (b) Una imagen de electrones retrodispersados ​​de una sección transversal de la partícula. Varios µm a 10 de carbonatos de tamaño µm (principalmente dolomita), óxidos de Fe (por ejemplo, magnetita) y sulfuros de Fe (por ejemplo, pirrotita) están muy extendidos en la matriz dominada por filosilicatos (esmectita y serpentina), que también incluye sub - Materia orgánica del tamaño de µm, minerales de sulfuro de Fe, carbonato y fosfato. Crédito: Christian Potiszil, Universidad de Okayama.

Nuestro Sistema Solar se formó a partir de una nube molecular, que estaba compuesta de gas y polvo que se emitía al medio interestelar (ISM), un vasto espacio entre estrellas. Al colapsar la nube molecular, se formó el Sol primitivo, con un gran disco de gas y polvo orbitándolo. El material polvoriento chocó para producir material rocoso que eventualmente crecería en tamaño para convertirse en grandes cuerpos llamados planetesimales.

Los planetesimales que se formaron lo suficientemente lejos del Sol también contenían grandes cantidades de hielo. El hielo consistía en agua y otros compuestos volátiles, como monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), metanol (CH3OH) y amoníaco (NH3), así como muchos otros compuestos orgánicos, probablemente incluyendo algunos aminoácidos. Eventualmente, el hielo se derritió debido a la presencia de material radiactivo que calentó los cuerpos.

Este período de agua líquida (denominada alteración acuosa) permitió que ocurrieran muchas reacciones, incluida la síntesis de Strecker y reacciones similares a las de Formosa, cuyo resultado fue la producción de nuevo material orgánico, incluidos los aminoácidos. El mismo proceso también cambió los materiales rocosos de sus minerales originales a nuevos minerales secundarios, como filosilicatos, carbonatos, óxidos de Fe y sulfuros de hierro (Fe).

Después de varios millones de años, los planetesimales comenzaron a congelarse, ya que el material radiactivo se agotó. Las colisiones catastróficas posteriores y la interacción con los planetas del Sistema Solar rompieron los grandes cuerpos y enviaron sus fragmentos de asteroides y cometas cerca de la Tierra. Desde entonces, otros eventos de impacto han entregado fragmentos de estos asteroides y cometas a la superficie de la Tierra, suministrando a la Tierra grandes cantidades de material orgánico, incluidos aminoácidos, a lo largo de su historia.

Los aminoácidos se encuentran dentro de todos los seres vivos de la Tierra, siendo los componentes básicos de las proteínas. Las proteínas son esenciales para muchos procesos dentro de los organismos vivos, incluida la catalización de reacciones (enzimas), la replicación de material genético (ribosomas), el transporte de moléculas (proteínas de transporte) y el suministro de una estructura a células y organismos (p. ej., colágeno). Por lo tanto, se habrían necesitado aminoácidos en cantidades significativas dentro de la región donde comenzó la vida en la Tierra.

El trabajo anterior ha identificado una serie de posibles entornos tanto en la Tierra Primitiva como en entornos extraterrestres que pueden formar aminoácidos. Curiosamente, la mayoría de los aminoácidos vienen en al menos dos formas, cuyas estructuras representan imágenes especulares entre sí, similares a las manos humanas. En consecuencia, estos se denominan a menudo isómeros ópticos dextrógiros o diestros. Una característica interesante de la vida en la Tierra es que utiliza un tipo particular de aminoácidos en sus proteínas, el isómero óptico zurdo.

Actualmente, solo se sabe que una cierta clase de meteoritos (condritas carbonáceas) contienen excesos de isómeros ópticos levógiros, lo que ha llevado a la idea de que los aminoácidos utilizados por la vida pueden haberse originado a partir de estos meteoritos. A pesar de esto, los aminoácidos en los meteoritos podrían haberse formado antes de su incorporación a los meteoritos o después de que los meteoritos ya se hubieran formado.

En un estudio publicado ahora en Nature Communications, un equipo de científicos analizó varios fragmentos del asteroide Ryugu y calculó la abundancia de aminoácidos dentro de ellos. La abundancia de las fases minerales dentro de las partículas se informó previamente en otra publicación, lo que permitió una comparación entre la abundancia de aminoácidos y minerales. Se encontró que una partícula (A0022) contenía una gran cantidad de un aminoácido poco común en materiales extraterrestres, llamado dimetilglicina (DMG), mientras que la otra partícula (C0008) no contenía este aminoácido por encima del límite de detección.

Mientras tanto, se encontró que la abundancia del aminoácido glicina era menor en A0022 en comparación con C0008, mientras que la abundancia de β-alanina mostró la tendencia opuesta. En consecuencia, la proporción de β-alanina a glicina fue mayor para A0022 que para C0008. Se demostró previamente que esta proporción es indicativa del grado de alteración acuosa que opera en los planetesimales. En consecuencia, se planteó la hipótesis de que alguna reacción relacionada con niveles más altos de alteración acuosa en A0022 podría explicar la gran abundancia de DMG en esta partícula, en comparación con C0008.

Como tal, se examinaron las fases minerales para ver si había evidencia adicional de qué reacción puede estar causando las diferentes abundancias de aminoácidos entre las partículas de Ryugu. Se encontró que la abundancia de minerales secundarios (formados después de la alteración acuosa), incluyendo carbonato, magnetita y sulfuros de Fe, fue mayor en A0022 que en C0008.

En particular, la alta abundancia de carbonato apuntaba hacia una mayor cantidad de CO o CO2 dentro de la región del planetesimal donde se había alterado A0022, en comparación con C0008. Junto con la evidencia de una alteración acuosa más intensa de la proporción de β-alanina a glicina, esto indicó que, en general, puede haber estado presente más hielo en el precursor de A0022 que en C0008.

Una forma de producir comercialmente DMG, un nutriente importante para los humanos, es a través de la reacción de Eschweiler-Clarke. Esta reacción requiere la interacción de la glicina con el ácido fórmico y el formaldehído en agua y también produce CO2. La glicina, el formaldehído y el ácido fórmico se encuentran en los cometas, por lo que se espera que estén presentes en los precursores planetesimales de los asteroides.

Por lo tanto, si la reacción de Eschweiler-Clarke ocurrió durante la alteración acuosa dentro del precursor de A0022, entonces podría explicar el alto nivel de DMG y la menor abundancia de glicina en esta partícula, en comparación con C0008. Además, el CO2 producido podría haber contribuido aún más a la formación de carbonatos en A0022.

En general, los hallazgos del estudio indican que ligeras diferencias en las condiciones presentes durante la alteración acuosa en planetesimales pueden tener grandes efectos en la abundancia final de aminoácidos. Algunos aminoácidos pueden destruirse y otros crearse y esto a su vez afectará la disponibilidad de aminoácidos en el origen de la vida en la Tierra.

Fuente:

https://phys.org/news/2023-04-amino-acids-key-blocks-life.html