Nova pesquisa explicita os passos químicos simples que podem ter lançado o mundo de RNA.

Mark Garlick/Science Source

Químicos encontram uma receita que pode ter iniciado a vida na Terra

By Robert F. ServiceOct. 18, 2018 , 1:55 PM

ATLANTA—Na dança molecular que deu origem à vida na Terra, o RNA parece ser um ator central. Mas as origens da molécula, que pode armazenar informações genéticas como o DNA e acelerar reações químicas como as proteínas, permanecem um mistério. Agora, uma equipe de pesquisadores mostrou pela primeira vez que um conjunto de materiais iniciais simples, que provavelmente estavam presentes na Terra primitiva, pode produzir todos os quatro blocos químicos de RNA.

Those building blocks—cytosine, uracil, adenine, and guanine—have previously been re-created in the lab from other starting materials. In 2009, chemists led by John Sutherland at the University of Cambridge in the United Kingdom devised a set of five compounds likely present on early Earth that could give rise to cytosine and uracil, collectively known as pyrimidines. Then, 2 years ago, researchers led by Thomas Carell, a chemist at Ludwig Maximilian University in Munich, Germany, reported that his team had an equally easy way to form adenine and guanine, the building blocks known as purines. But the two sets of chemical reactions were different. No one knew how the conditions for making both pairs of building blocks could have occurred in the same place at the same time.

Now, Carell says he may have the answer. On Tuesday, at the Origins of Life Workshop here, he reported that he and his colleagues have come up with a simple set of reactions that could have given rise to all four RNA bases.

Carell’s story starts with only six molecular building blocks—oxygen, nitrogen, methane, ammonia, water, and hydrogen cyanide, all of which would have been present on early Earth. Other research groups had shown that these molecules could react to form somewhat more complex compounds than the ones Carell used.

To make the pyrimidines, Carell started with compounds called cyanoacetylene and hydroxylamine, which react to form compounds called amino-isoxazoles. These, in turn, react with another simple molecule, urea, to form compounds that then react with a sugar called ribose to make one last set of intermediate compounds.

Finalmente, na presença de compostos contendo enxofre chamados tióis e vestígios de sais de ferro ou níquel, esses intermediários se transformam nas pirimidinas citosina e uracila. Como um bônus, esta última reação é desencadeada quando os metais nos sais abrigam cargas positivas extras, que é precisamente o que ocorre na etapa final em uma cascata molecular semelhante que produz as purinas, adenina e guanina. Melhor ainda, o passo que leva a todos os quatro nucleotídeos funciona em um único pote, diz Carell, oferecendo pela primeira vez uma explicação plausível de como todos os blocos de construção do RNA poderiam ter surgido lado a lado.

“It looks pretty good to me,” says Steven Benner, a chemist with the Foundation for Applied Molecular Evolution in Alachua, Florida. The process provides a simple way to produce all four bases under conditions consistent with those believed present on early Earth, he says.

O processo não resolve todos os mistérios do RNA. Por exemplo, outro passo químico ainda precisa “ativar” cada um dos quatro blocos de construção do RNA para ligá-los às longas cadeias que formam material genético e realizar reações químicas. Mas fazer o RNA sob condições como as presentes na Terra primitiva agora parece acessível.

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doi:10.1126/science.aav7778