Dois proeminentes químicos da origem da vida publicaram uma nova hipótese de como os primeiros açúcares – que eram necessários para a evolução da vida – surgiram na Terra primitiva.
Em um artigo publicado em 13 de abril de 2023, na revista químicoos químicos da Scripps Research e do Georgia Institute of Technology propõem que os principais açúcares necessários para a criação de formas de vida primitivas podem ter surgido de reações envolvendo glioxilato (C2HO3–), uma substância química relativamente simples que existiu plausivelmente na Terra antes da evolução da vida.
“Mostramos que nossa nova hipótese tem vantagens importantes sobre a visão mais tradicional de que os primeiros açúcares surgiram do formaldeído químico”, diz Ramanarayanan Krishnamurthy, PhD, professor do Departamento de Química da Scripps Research.
O co-autor de Krishnamurthy foi Charles Liotta, PhD, professor emérito da Escola de Química e Bioquímica do Instituto de Tecnologia da Geórgia.
Os químicos da origem da vida procuram explicar como os blocos de construção moleculares básicos e as reações necessárias para a vida podem ter surgido a partir de substâncias químicas simples que provavelmente estavam presentes na Terra “pré-biótica”. O objetivo geral do campo é responder à questão fundamental de como nosso planeta vivo surgiu. Mas suas descobertas também podem informar – e informaram – muitos outros campos, desde ciência atmosférica e geologia até biologia sintética e a busca por vida em outros planetas.
As três principais classes de moléculas biológicas cuja disponibilidade precisa ser explicada pela química da origem da vida são: os aminoácidos que compõem as proteínas, as nucleobases que compõem as “letras” do DNA e do RNA e os açúcares (também chamados de carboidratos) que são encontrados em toda a biologia, inclusive na estrutura torcida do DNA e do RNA. De acordo com as teorias predominantes, os aminoácidos provavelmente surgiram da amônia (NH3), enquanto as nucleobases surgiram do cianeto de hidrogênio (HCN).
A origem dos açúcares tem sido menos clara. Muitos cientistas acreditam que os primeiros açúcares vieram de reações envolvendo formaldeído (CH2O), mas esta teoria tem algumas desvantagens.
“As reações do formaldeído propostas por esta teoria são bastante confusas – elas têm reações colaterais descontroladas e outras desvantagens devido à alta reatividade do formaldeído sob as condições previstas para a Terra primitiva”, diz Liotta.
A alternativa proposta pelos químicos é um cenário de “reação da glioxilose” no qual o glioxilato primeiro reage consigo mesmo, formando um primo próximo do formaldeído conhecido como glicolaldeído. Os pesquisadores sugerem que o glioxilato, o glicolaldeído, seus subprodutos e outros compostos simples podem ter continuado a reagir uns com os outros, resultando em açúcares simples e outros produtos – sem as desvantagens das reações baseadas em formaldeído.
O glioxilato já tem um papel proeminente nas teorias químicas da origem da vida. O químico suíço Albert Eschenmoser propôs em 2007 que uma forma dela poderia ter sido a fonte de múltiplas biomoléculas originais. Krishnamurthy e o químico da Universidade Furman, Greg Springsteen, PhD, também sugeriram em um relatório de 2020 Química da Natureza paper que o glioxilato poderia ter ajudado a iniciar uma versão primordial do ciclo TCA moderno (ácido tricarboxílico), um processo metabólico básico encontrado na maioria das formas de vida na Terra.
Krishnamurthy e sua equipe estão atualmente trabalhando para demonstrar em laboratório que o cenário da reação da glioxilose poderia de fato ter produzido os primeiros açúcares.
“Tal demonstração expandiria o papel do glioxilato como uma molécula versátil na química prebiótica e estimularia ainda mais a busca por sua própria origem na Terra prebiótica”, diz Krishnamurthy.
Os químicos também estão investigando possíveis aplicações comerciais de reações que produzem glioxilato, uma vez que consomem efetivamente CO2 e, portanto, pode ser usado para reduzir CO2 níveis, seja localmente em ambientes industriais ou globalmente para combater o aquecimento global.