Nuevas pistas sobre los orígenes de la vida: péptidos producidos en condiciones similares a las del espacio

22 de marzo de 2022

Un estudio reciente realizado por científicos de la Universidad Friedrich Schiller de Jena y el Instituto Max Planck de Astronomía encontró que los péptidos pueden formarse en condiciones que semejan el espacio exterior.

Los orígenes de la vida en la Tierra

¿Cómo llegó a darse el fenómeno de la vida en el planeta Tierra? Podría decirse que es una de esas preguntas de “agujero de gusano”, del tipo que evitas reflexionar demasiado (especialmente antes de acostarte), ya que puede provocar un ciclo interminable de preguntas.

Quizás un punto de partida clave es abordar: ¿Qué es la vida, desde un punto de vista molecular? Los seres vivos están formados por células. Las células cumplen funciones únicas y específicas en las diferentes categorías de vida. Esta función es conducida por los “caballos de batalla” de las células, las proteínas que ellas mismas expresan.

El proceso por el cual se crean las proteínas se conoce como el "dogma central". Describe la formación de proteínas a través de la transcripción de ADN a ARNm y la traducción de ARNm a aminoácidos, péptidos y proteínas.

Cada entidad biológica viviente es la suma de sus bloques biomoleculares. Pero ¿de dónde provienen estos bloques de construcción biomoleculares en primer lugar? ¿Se formaron en nuestro planeta o en el espacio exterior?

“No hay una comprensión clara de cómo se formaron por primera vez los péptidos y otros biopolímeros”, afirma el Dr. Serge Krasnokutski, físico del Laboratorio de Astrofísica y del grupo de física del Instituto Max Planck de Astronomía de la Universidad de Jena. “Comúnmente se espera que alguna actividad catalítica de diferentes minerales pueda desempeñar un papel, pero no se sabe cuáles fueron las primeras moléculas de vida”.

El análisis previo de sustancias meteoríticas destacó la presencia de aminoácidos, azúcares y nucleobases. En consecuencia, se consideró una posible fuente de vida extraterrestre, por la cual las biomoléculas se entregaron a nuestro planeta cuando los meteoritos se estrellaron contra la superficie de la Tierra. Sin embargo, una barrera a esta hipótesis ha sido que las reacciones subyacentes a la formación de péptidos, la polimerización de aminoácidos, requieren condiciones específicas, que se supone que han sido de origen terrenal. Pero ¿Si hubiera otra forma de crear péptidos?

Krasnokutski es el autor principal de un nuevo estudio, publicado en NatureAstronomy, que demuestra una nueva vía para la formación de péptidos. Puede ocurrir en partículas de polvo en un entorno de laboratorio creado para imitar el espacio exterior.

Una nueva forma de formación de péptidos

Ampliando el “dogma central” de la biología, la formación de péptidos implica una reacción bioquímica, que une el grupo amino de un aminoácido con el grupo carboxilo de su aminoácido vecino. Esta reacción extrae una molécula de agua, tiene una barrera de alta energía y, por lo tanto, es improbable que ocurra incluso a temperaturas elevadas, sin importar las temperaturas en el espacio, explica Krasnokutski.

Los cálculos químicos cuánticos predicen que el aminoácido glicina, el aminoácido más simple, desde una perspectiva estructural, podría formarse combinando un precursor químico (aminoceteno) con una molécula de agua.

Por lo tanto, la formación de un péptido requiere la adición de una molécula de agua para producir el aminoácido a partir de su precursor, pero la posterior eliminación de una molécula de agua para crear el péptido. Krasnokutski quería explorar si había una ruta de "desvío" que se pudiera tomar, por la cual las moléculas de aminocetenos pudieran combinarse directamente para formar péptidos. “hicimos esto bajo las condiciones que prevalecen en las nubes moleculares cósmicas, es decir, en las partículas de polvo en el vacío, donde los productos químicos correspondientes están presentes en abundancia: carbono, amoníaco y monóxido de carbono", explica Krasnokutski.

Los científicos reunieron carbono, amoníaco y monóxido de carbono para modelar la superficie de las partículas de polvo en una cámara de ultra alto vacío. La cámara se colocó a un nivel de presión de aproximadamente una cuatrillonésima parte de la presión de aire estándar, y a una temperatura de –263 °C.

Krasnokutski dijo que previamente estudió química de baja temperatura relevante para las nubes de moléculas: “Entonces, era bastante natural para mí planificar estos estudios en las condiciones relevantes”, explicó.

En estas condiciones, la condensación de los átomos de carbono ubicados en la superficie del “polvo cósmico” llevó a la formación de monómeros de poliglicina, a partir de moléculas de aminoceteno. Los encuentros entre estas moléculas de aminoceteno condujeron posteriormente a su polimerización y a la producción del péptido poliglicina.

“El hallazgo clave [de esta investigación] es una nueva forma de formación de péptidos”, explica Krasnokutski. “El aminoceteno, al ser más pequeño que el aminoácido más simple, la glicina, es más fácil de formar y de polimerizar. Por lo tanto, es mucho más probable que los primeros péptidos y proteínas se formaran de esta manera química. Esta química puede tener lugar incluso a temperaturas muy bajas como las que se encuentran en el medio interestelar e involucra a las especies [químicas] que son las más abundantes en las nubes moleculares y los discos protoplanetarios”.

Este estudio tiene claras implicaciones para estudiar los inicios de la vida, ya sea que haya comenzado en la Tierra o en el espacio. Sin embargo, Krasnokutski enfatiza que todavía hay mucho que no sabemos sobre esta vía química recién descubierta.

“Actualmente no podemos descartar por completo que haya jugado un papel clave en el origen de la vida”, dijo. “Exploraremos si los péptidos más grandes que ya se pueden llamar proteínas se pueden formar de esta manera química. En los experimentos actuales, se detectaron péptidos de glicina relativamente cortos, que comprenden menos de 11 aminoácidos en las cadenas. Sin embargo, su formación fue completamente espontánea a bajas temperaturas. Agregar fotones energéticos, como los que están presentes en el medio interestelar, o agregar otros productos químicos que pueden actuar como catalizadores o participar en la reacción podría conducir a la formación de moléculas mucho más grandes y complejas”, concluye Krasnokutski.

Referencia

Krasnokutski SA, Chuang KJ, Jäger C, Ueberschaar N, Henning Th. A pathway to peptides in space through the condensation of atomic carbon. Nat Astron. 2022. doi: 10.1038/s41550-021-01577-9.