
(A) Esquema de reacción propuesto inicialmente que implica el acoplamiento del ciclo autocatalítico de Breslow (negro) de nucleótidos de ARN y TNA mediante 2-aminooxazol (2-NH).2buey) mostrado anteriormente por Sutherland y compañeros de trabajo (discontinuo gris). (b) Mecanismo del 2-NH2Formación de óxido a partir de glicolaldehído y cianamida en condiciones catalizadas por base común. crédito: ciencia quimica (2023). DOI: 10.1039/D3SC03185C
¿Cómo empezó la vida? ¿Cómo crearon las reacciones químicas en la Tierra primitiva las estructuras complejas y autorreplicantes que evolucionaron hasta convertirse en los seres vivos tal como los conocemos?
Según una escuela de pensamiento, antes de la era actual de la vida basada en el ADN, existía un tipo de molécula llamada ARN (o ácido ribonucleico).
El ARN, que sigue siendo una parte importante de la vida actual, puede replicarse y catalizar otras reacciones químicas.
Pero las propias moléculas de ARN están formadas por unidades más pequeñas llamadas ribonucleótidos. ¿Cómo pudieron formarse estos componentes básicos en la Tierra primitiva y luego encontrarse en el ARN?
Los químicos como yo estamos intentando reconstruir la cadena de reacciones para producir ARN al comienzo de la vida, pero es una tarea difícil. Sabemos que cualquiera que sea la reacción química que ocurrió, los ribonucleótidos deben haber podido tener lugar en el entorno denso y complejo que se encuentra en nuestro planeta hace miles de millones de años.
He estudiado si la reacción «suicida» pudo haber influido. Estas son reacciones que producen sustancias químicas que estimulan que se repita la misma reacción, lo que significa que pueden mantenerse en una amplia gama de condiciones.
En nuestro último trabajo publicado en ciencia quimicamis colegas y yo hemos integrado la autocatálisis en una ruta química bien conocida para producir bloques de construcción de ribonucleótidos, lo que se puede hacer tanto con moléculas simples como con las condiciones complejas que se encuentran en la Tierra primitiva.
Reacción de farmacia
Desde regular los latidos de nuestro corazón hasta crear patrones en conchas marinas, las reacciones autocatalíticas desempeñan un papel importante en la biología. De hecho, la replicación de la vida, en la que una célula toma nutrientes y energía del medio ambiente para producir dos células, es un ejemplo particularmente complejo de autofagia.
Una reacción química llamada reacción de Formosa, descubierta por primera vez en 1861, es uno de los mejores ejemplos de una reacción espontánea que podría haber ocurrido en la Tierra primitiva.
Básicamente, la reacción de la formosa comienza con una molécula de un compuesto simple llamado glicolaldehído (compuesto de hidrógeno, carbono y oxígeno) y termina con dos. El mecanismo se basa en un suministro constante de otro compuesto simple llamado formaldehído.
Una reacción entre glicolaldehído y formaldehído crea una molécula grande, dividiendo fragmentos que regresan a la reacción y la continúan. Sin embargo, una vez que desaparece el formaldehído, la reacción se detiene y los productos comienzan a descomponerse en alquitrán a partir de moléculas de azúcar complejas.
La reacción de la formosa comparte algunos componentes comunes con una vía química bien conocida para producir ribonucleótidos, conocida como vía de Powerer-Sutherland. Sin embargo, hasta ahora nadie ha intentado conectar ambos, y con razón.
La reacción de las formas es conocida por ser «no selectiva». Esto significa que produce muchas moléculas inútiles junto con lo que realmente deseas.
Un giro espontáneo en la vía de los ribonucleótidos
En nuestro estudio, intentamos incluir otra molécula simple llamada cianamida en la reacción de la formosa. Esto hace posible que algunas de las moléculas formadas durante la reacción sean «desviadas» para producir ribonucleótidos.
La reacción aún no produce grandes cantidades de componentes básicos de ribonucleótidos. Sin embargo, los que produce son más estables y menos propensos a degradarse.
Lo interesante de nuestro estudio es la integración de las reacciones de formosa y la producción de ribonucleótidos. Investigaciones anteriores han estudiado cada uno por separado, lo que refleja cómo piensan generalmente los químicos sobre la fabricación de moléculas.
En general, los químicos intentan evitar complicaciones como aumentar la cantidad y la pureza de un producto. Sin embargo, este enfoque reduccionista puede impedirnos investigar las interacciones dinámicas entre diferentes vías químicas.
Estas interacciones, que ocurren en todas partes fuera del laboratorio en el mundo real, son sin duda el puente entre la química y la biología.
Aplicaciones industriales
La autocatálisis también tiene aplicaciones industriales. Cuando se agrega cianamida a la reacción de formosa, otro producto es un compuesto llamado 2-aminoxazol, que se utiliza en la investigación química y en la producción de muchos productos farmacéuticos.
La producción convencional de 2-aminooxazol suele utilizar cinamida y glicolaldehído, el último de los cuales es caro. Si se puede preparar mediante la reacción de formosa, solo se necesitaría una pequeña cantidad de glicolaldehído para iniciar la reacción, lo que reduciría los costos.
Actualmente, nuestro laboratorio está mejorando este método con la esperanza de que podamos automatizar reacciones catalíticas para hacer que las reacciones químicas comunes sean más baratas y eficientes, y hacer que sus productos farmacéuticos sean más accesibles. Quizás no sea tan importante como Lifetime Creation, pero creemos que aún así podría valer la pena.
Más información:
Quoc Phuong Tran et al., Hacia una síntesis de precursores de quimionucleótidos prebióticos mediante reacción autocatalítica de formosa, ciencia quimica (2023). DOI: 10.1039/D3SC03185C
Charla impartida por
Este artículo se vuelve a publicar desde The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.
referencia: ¿Estas reacciones químicas formaron los componentes básicos de la vida en la Tierra? (2023, 15 de noviembre) Obtenido el 16 de noviembre de 2023 de https://phys.org/news/2023-11-chemical-reaction-blocks-life-earth.html
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