Origem da Vida: Homoquiralidade com Minerais?

É um desafio crucial para a pesquisa sobre a origem da vida. Entre os muitos obstáculos à geração de polímeros biologicamente relevantes abioticamente, alcançar a homoquiralidade é talvez o obstáculo mais difícil de superar. O que é homoquiralidade? Bem, todas as macromoléculas da vida são compostas de blocos de construção que existem como imagens espelhadas. A analogia das mãos esquerda e direita é mais comumente usada para transmitir esse conceito químico. Com muito poucas exceções, a vida utiliza apenas uma dessas formas.

As propriedades químicas dos compostos espelhados são equivalentes para todos os efeitos práticos. Espera-se, portanto, que a produção destes blocos de construção num mundo pré-biótico, utilizando compostos muito simples como material de partida, resulte numa mistura racémica, ou distribuição 50/50, destes blocos de construção. Isto já foi confirmado pela análise de compostos orgânicos recuperados de um asteroide, como escrevi aqui em maio.

A produção de polímeros constituídos por apenas uma configuração a partir desta mistura é obrigatória para que a origem prebiótica da vida na Terra seja explicada de forma convincente à comunidade científica. Propor esquemas químicos que produzam polipeptídeos (proteínas) ou RNA usando blocos de construção homoquirais é a tarefa em questão. Realizar tal façanha em solução parece inviável, então a abordagem da sopa prebiótica foi abandonada por muitos cientistas da origem da vida (OOL). Uma alternativa melhor, amplamente investigada, é o uso de superfícies minerais onde a adsorção de produtos químicos orgânicos poderia teoricamente selecionar preferencialmente uma configuração de um par de moléculas quirais.

Aqui discutirei brevemente esta abordagem experimental, observando onde os estudos relevantes levaram. Considerarei primeiro a polimerização de aminoácidos para formar proteínas, seguida de tentativas de alcançar esse feito usando precursores de RNA.

Entre os estudos que mostram eficácia na obtenção de aminoácidos de comprimento curto para formar oligopeptídeos, um dos primeiros foi relatado em 1978 (Lahav N., White D., e Chang S. (1978) Science 201: 67-69). O sistema empregado, para facilitar a reação de condensação para formação de ligações peptídicas entre aminoácidos, foi a utilização de argilominerais (caulinita e bentonita). Foram invocados ciclos repetidos de aquecimento, evaporação e reidratação, condições provavelmente presentes em uma Terra pré-biótica. Usando o aminoácido mais simples, a glicina (sem centro quiral), descobriu-se que a diglicina era produzida em níveis baixos, com quantidades progressivamente mais baixas até comprimentos de pentapeptídeo. Notavelmente, a fase de aquecimento-secagem deste ciclo aparentemente facilita a reação de condensação, permitindo a formação de ligações peptídicas.

Isto foi um começo, mas ainda está muito longe de produzir comprimentos de polipeptídeos de qualquer relevância biológica. As proteínas pequenas devem atingir no mínimo 100-200 aminoácidos para contribuir efetivamente para a função biológica. Após este vislumbre inicial de esperança, muitos outros laboratórios empreenderam abordagens semelhantes, testando diferentes superfícies minerais e uma variedade de condições de reação. Os maiores empreendedores conseguiram produzir polipeptídeos até decâmeros. Tornou-se claro a partir destes estudos que quanto mais tempo o polipéptido era produzido, mais difícil era recuperá-lo da superfície mineral, uma vez que estava fortemente ligado através de uma multiplicidade de forças de ligação química espalhadas por uma longa cadeia de aminoácidos. O sucesso na produção de polipeptídeos longos aparentemente condena o polímero a permanecer fixo à superfície em vez de ser liberado em solução conforme a necessidade da vida.

Uma falha importante dos estudos descritos acima é que eles não tentaram explicar como a seletividade homoquiral poderia ser imposta por esta via. A síntese de polipeptídeos com uma mistura racêmica de aminoácidos não oferece nada à vida prebiótica em termos de funcionalidade. Para que as proteínas assumam estruturas específicas e reprodutíveis, um conjunto homoquiral de aminoácidos deve ser utilizado. Com esse objetivo em mente, um laboratório relatou que pares enantioméricos de ácido aspártico adsorvem preferencialmente em faces opostas com simetria espelhada de calcita (carbonato de cálcio). Foi proposto que o ácido aspártico, possuindo três grupos funcionais (dois ácidos carboxílicos e um grupo amina), se orienta com seletividade homoquiral aos grupos químicos expostos da calcita. Isto segue logicamente para explicar o enriquecimento quiral de aproximadamente 90 por cento observado.