O Enigma da Lateralidade da Vida
Explorando a dominância da mão esquerda nos blocos de construção da vida.
Shannon Kim, Marco Todisco, Aleksandar Radakovic, Jack W. Szostak
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Índice
- Qual é a história dos Esquerdos e Diretos?
- O Ovo e a Galinha da Vida: O que veio primeiro?
- A Roda Giratória da Homociralidade
- O Papel do RNA como Criador de Tendências
- A Dança da Ligação e Hidrólise
- Outros Fatores Estão em Jogo?
- O Jogo das Cadeiras Musicais
- A Busca pela Peça Perdida
- Conclusão: Montando as Peças
- Fonte original
No mundo das criaturas vivas, rola uma regra meio esquisita que governa os blocos de construção da vida. Olha, todo o nosso DNA é feito de D-nucleotídeos, e todas as proteínas são feitas de L-aminoácidos. É como se todo mundo tivesse decidido usar só sapatos esquerdos pra uma festa, deixando os direitos de lado! Essa consistência estranha levanta perguntas sobre como a vida começou e por que escolheu um lado em vez do outro.
Qual é a história dos Esquerdos e Diretos?
Na química, as coisas podem aparecer em duas formas: a canhota e a destra, chamadas de enantiômeros. Imagina um par de luvas, uma pra mão esquerda e a outra pra mão direita. Elas parecem parecidas, mas não servem em nenhuma das mãos. Nos seres vivos, D-nucleotídeos e L-aminoácidos são os enantiômeros dos ácidos nucleicos e das proteínas, que são essenciais pra vida.
Nos primórdios da vida, tinha que ser tudo certinho desde o começo-misturar esses dois tipos seria como tentar colocar uma luva esquerda em uma mão direita. Estudos mostram que se você misturar as versões D e L, as reações essenciais pra vida ficam tudo bagunçado. A cópia dos ácidos nucleicos desmorona, e ninguém gosta de uma festa com passos de dança quebrados.
O Ovo e a Galinha da Vida: O que veio primeiro?
A pergunta que fica é: será que primeiro vieram os D-nucleotídeos ou os L-aminoácidos? Alguns cientistas acham que, uma vez que o RNA (o intermediário entre o DNA e as proteínas) conseguiu organizar seus D-nucleotídeos, isso influenciou a escolha dos L-aminoácidos para as proteínas. É como se o RNA fosse o criador de tendências da vida, decidindo que os L-aminoácidos eram o caminho a seguir.
Mas aqui vem a reviravolta: se o RNA teve um papel na escolha dos L-aminoácidos, e os outros moleculas biológicas como lipídios? Será que eles conseguiram a sua "canhotice" de forma independente? É meio como descobrir se a galinha ou o ovo fez aquela omelete deliciosa!
A Roda Giratória da Homociralidade
Os pesquisadores passaram bastante tempo tentando desvendar o mistério de por que a vida é canhota. Algumas reações interessantes que podem criar essa canhotice incluem a reação Soai e a maturação Viedma, que parecem nomes de coquetéis chiques. Embora essas reações mostrem resultados promissores na criação de substâncias homocirais, até agora não conseguiram produzir compostos essenciais que poderiam dar o pontapé inicial à vida.
Uma ideia recente envolve usar um ímã da sorte pra ajudar a separar enantiômeros. Cientistas mostraram que dá pra usar superfícies polarizadas magneticamente pra separar L- e D-aminoácidos, que parece mágica, mas é bem científica. Esse método teve mais sorte com nucleotídeos do que com aminoácidos. Se conseguirmos organizar bem os D-nucleotídeos, eles podem levar diretamente à formação de RNA e DNA, ajudando a vida a seguir seu caminho alegre.
O Papel do RNA como Criador de Tendências
Seguindo a tradição, os pesquisadores notaram que o D-RNA parece combinar melhor com L-aminoácidos. Alguns experimentos inteligentes mostraram que quando o D-RNA interage com aminoácidos, as versões L recebem um tratamento preferencial. Se você considerar a aminoacilação (uma palavra chique pra juntar aminoácidos ao RNA), acontece que o processo favorece os L-aminoácidos. É como dar os melhores parceiros de dança só pros sapatos esquerdos!
Por exemplo, os cientistas bolaram algumas maneiras legais de fazer o RNA agarrar os aminoácidos. Eles usaram diferentes tipos de estruturas de RNA pra ver como se saíam com vários aminoácidos. O resultado? Os L-aminoácidos chegaram na pista de dança muito mais rápido do que os D-aminoácidos.
Hidrólise
A Dança da Ligação eAgora, o que é tudo isso sobre ligação e hidrólise? Pense na ligação como a junção de dois parceiros de dança, enquanto a hidrólise é a separação bagunçada que pode rolar durante a dança. Neste caso, RNA e aminoácidos são os parceiros. Quando os pesquisadores juntaram RNA aminoacilado (que é RNA com um parceiro aminoácido) com fitas ativadas, observaram que os parceiros canhotos sempre pareciam brilhar.
A equipe fez uma série de testes mostrando que para quatro aminoácidos diferentes (alanina, leucina, lisina e prolina), os L-aminoácidos eram muito mais rápidos em se juntar ao RNA do que seus irmãos destros. Ao olhar mais de perto, a equipe notou que enquanto a separação (hidrólise) não mostrava muito viés, a junção (ligação) definitivamente mostrava.
Pra um alívio cômico, imagina uma competição de dança onde todos os dançarinos canhotos aparecem de smoking, enquanto os destros vêm de pijama. Claro que os smokings vencem os pijamas!
Outros Fatores Estão em Jogo?
Embora os resultados tenham sido empolgantes, os pesquisadores foram cautelosos. É importante não assumir que tudo se deve apenas à quiralidade. Eles descobriram que diferentes estruturas de RNA influenciavam os resultados, meio que como o tipo de pista de dança pode mudar como os dançarinos se saem. Algumas estruturas de RNA tornaram mais fácil pros L-aminoácidos brilharem.
A equipe também queria eliminar outras variáveis que poderiam bagunçar seus resultados. Eles se certificaram de acompanhar as taxas de hidrólise separadamente pra ver se podiam explicar as diferenças. Acontece que o efeito do aminoácido na estrutura do RNA desempenha um papel, mas separá-los não foi a principal razão para os resultados desiguais.
O Jogo das Cadeiras Musicais
À medida que os pesquisadores exploravam essas reações mais a fundo, notaram um tema recorrente: quando o RNA se "maquia" com L-aminoácidos, ele realmente parte pra ação. O mesmo rola quando se usa L-RNA; parece que favorece os D-aminoácidos! Imagine um jogo de cadeiras musicais onde as regras mudam dependendo de quem aparece pra dançar!
Essa festa de dança é a metáfora perfeita pra como a junção inicial de D-RNA e L-aminoácidos pode levar de volta a uma fundação onde as proteínas são feitas apenas de aminoácidos canhotos. Imagina um mundo onde todas as proteínas são só sapatos esquerdos dançando juntas, deixando os direitos na geladeira!
A Busca pela Peça Perdida
Mesmo com todas essas descobertas, perguntas continuam no ar. Enquanto os cientistas desvendam a relação entre D-RNA e L-aminoácidos, eles estão à procura das peças faltando desse quebra-cabeça. Embora fique claro que algumas reações levam a uma preferência pelos L-aminoácidos, como isso aconteceu? Será que algumas reações antigas prepararam o palco pra essa festa canhota que vemos hoje?
Apesar da pesquisa contínua, o processo de fazer a seleção original dos L-aminoácidos ainda é um pouco complicado. Uma coisa parece clara: o charme do D-RNA deixou uma marca e tanto.
Conclusão: Montando as Peças
À medida que os pesquisadores continuam a estudar a dança dos nucleotídeos e aminoácidos, o enigma da quiralidade da vida continua fascinante. Com o RNA em destaque, a relação entre D-RNA e L-aminoácidos pode ter preparado o palco pra rica diversidade de vida que vemos hoje.
Num mundo onde a “canhotice” reina, é fascinante considerar como esse viés surgiu e o que significa pra nossa compreensão das origens da vida. Só lembre-se, os dançarinos canhotos podem ter alguns segredos pra compartilhar-se conseguirmos decifrar o código!
No fim, seja você fã de sapatos esquerdos ou direitos, todo mundo pode apreciar o ritmo da vida e o mistério de como tudo começou. Continue dançando na batida da ciência, e quem sabe que novas descobertas nos esperam!
Título: Stereoselectivity of Aminoacyl-RNA Loop-closing Ligation
Resumo: The origin of amino acid homochirality remains an unresolved question in the origin of life. The requirement of enantiopure nucleotides for nonenzymatic RNA copying strongly suggests that homochirality of nucleotides and RNA arose early. However, this leaves open the question of whether and how homochiral RNA subsequently imposed biological homochirality on other metabolites including amino acids. Previous studies have reported moderate stereoselectivity for various aminoacyl-RNA transfer reactions. Here we examine aminoacyl-RNA loop-closing ligation, a reaction that captures aminoacylated RNA in a stable phosphoramidate product, such that the amino acid bridges two nucleotides in the RNA backbone. We find that the rate of this reaction is much higher for RNA aminoacylated with L-amino acids than D-amino acids. We present an RNA sequence that near-exclusively captures L-amino acids in loop-closing ligation. Finally, we demonstrate that ligation of aminoacyl-L-RNA results in inverse stereoselectivity for D-amino acids. The observed stereochemical link between D-RNA and L-amino acids in the synthesis of RNA stem-loops containing bridging amino acids constitutes a stereoselective structure building process. We suggest that this process led to a selection for the evolution of aminoacyl-RNA synthetase ribozymes that were selective for L-amino acids, thereby setting the stage for the subsequent evolution of homochiral peptide and ultimately protein synthesis.
Autores: Shannon Kim, Marco Todisco, Aleksandar Radakovic, Jack W. Szostak
Última atualização: 2024-11-28 00:00:00
Idioma: English
Fonte URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.11.26.625528
Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.11.26.625528.full.pdf
Licença: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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