Poucas questões cativaram mais a humanidade do que a origem da vida na Terra. Como surgiram as primeiras células vivas? Como essas primeiras protocélulas desenvolveram as membranas estruturais necessárias para que as células prosperassem e se reunissem em organismos complexos?
Uma nova pesquisa do laboratório do professor de Química e Bioquímica da Universidade da Califórnia em San Diego, Neal Devaraj, descobriu uma explicação plausível envolvendo a reação entre duas moléculas simples. Este trabalho aparece em Química da Natureza.
A vida na Terra requer membranas lipídicas – a estrutura de uma célula que abriga sua mecânica interna e atua como uma estrutura para muitas reações biológicas. Os lípidos são feitos de longas cadeias de ácidos gordos, mas antes da existência de vida complexa, como é que estas primeiras membranas celulares se formaram a partir de moléculas simples presentes na Terra há milhares de milhões de anos?
Os cientistas acreditam que moléculas simples de cadeias gordurosas curtas com menos de 10 ligações carbono-carbono (cadeias gordurosas complexas podem ter quase o dobro desse número de ligações) eram abundantes na Terra primitiva. No entanto, moléculas com comprimentos de cadeia mais longos são necessárias para formar vesículas, os compartimentos que abrigam a complicada maquinaria de uma célula.
Embora possa ter sido possível que algumas moléculas gordurosas simples formassem compartimentos lipídicos por si próprias, as moléculas seriam necessárias em concentrações muito elevadas que provavelmente não existiam numa Terra pré-biótica – uma época em que as condições na Terra podem ter sido hospitaleiras para vida, mas nenhuma ainda existia.
“Superficialmente, pode não parecer novidade porque a produção de lipídios acontece na presença de enzimas o tempo todo”, afirmou Devaraj, que também é o Murray Goodman Endowed Chair em Química e Bioquímica. “Mas, há mais de quatro mil milhões de anos, não existiam enzimas. No entanto, de alguma forma, estas primeiras estruturas de protocélulas foram formadas. Como? Essa é a questão que estávamos a tentar responder.”
Para descobrir uma explicação para estas primeiras membranas lipídicas, a equipa de Devaraj começou com duas moléculas simples: um aminoácido denominado cisteína e um tioéster de colina de cadeia curta, semelhantes às moléculas envolvidas na formação bioquímica e degradação de ácidos gordos.
Os pesquisadores usaram vidro de sílica como catalisador mineral porque a sílica carregada negativamente foi atraída pelo tioéster carregado positivamente. Na superfície da sílica, a cisteína e os tioésteres reagiram espontaneamente para formar lipídios, gerando vesículas de membrana semelhantes a protocélulas, estáveis o suficiente para sustentar reações bioquímicas. Isto aconteceu em concentrações mais baixas do que seria necessário na ausência de um catalisador.
“Parte do trabalho que estamos fazendo é tentar entender como a vida pode surgir na ausência de vida. Como ocorreu inicialmente essa transição da matéria para a vida?” disse Devaraj. “Aqui fornecemos uma explicação possível para o que poderia ter acontecido.”
Lista completa de autores: Christy J. Cho, Taeyang An, Alessandro Fracassi, Roberto J. Brea e Neal K. Devaraj (todos UC San Diego); Yei-Chen Lai, Alberto Vázquez-Salazar e Irene A. Chen (todos UCLA).
Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pela Nationwide Science Basis (EF-1935372) e pelos Institutos Nacionais de Saúde (R35-GM141939).
