Una de las preguntas más antiguas y fundamentales de la bioquímica es por qué se necesitan los 20 aminoácidos que sustentan la vida, cuando el núcleo original de 13 sería suficiente – y la química cuántica podría habernos proporcionado la respuesta.
Según una nueva investigación, es la reactividad química adicional de los siete aminoácidos más nuevos lo que los hace tan vitales para la vida, aunque no aporten nada diferente en cuanto a su estructura espacial.
La química cuántica es una forma de tomar algunos de los principios de la mecánica cuántica -que describe las partículas según propiedades probabilísticas y ondulatorias- y aplicarlos a la forma en que los átomos se comportan en las reacciones químicas.
Equipo
El equipo internacional de científicos que realizó el nuevo estudio utilizó técnicas de química cuántica para comparar los aminoácidos encontrados en el espacio (y dejados aquí por fragmentos de meteoritos) con los aminoácidos que sustentan la vida actual en la Tierra.
«La transición de la química muerta en el espacio a nuestra bioquímica actual se caracterizó por un aumento de la suavidad y, por tanto, de la reactividad de los componentes», afirma uno de los investigadores, Bernd Moosmann, de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia (Alemania).
La función de los aminoácidos es formar proteínas, según las instrucciones de nuestro ADN. Estos ácidos se formaron justo después de la aparición de la Tierra, hace unos 4.540 millones de años, por lo que representan uno de los primeros componentes de la vida.
Sin embargo, nunca ha quedado claro por qué la evolución decidió que necesitábamos 20 aminoácidos para manejar esta codificación genética, ya que los primeros 13 que se desarrollaron deberían haber sido suficientes para la tarea.
Suavidad
La mayor «suavidad» de los siete aminoácidos adicionales identificados por los investigadores significa que son más fácilmente reactivos y más flexibles en términos de cambios químicos.
Si se representaran los aminoácidos en forma de círculos, se podrían dibujar como múltiples círculos concéntricos que representaran diferentes niveles de energía, en lugar de un único círculo de la misma dureza química y nivel de energía, como en la foto de abajo.
Tras determinar la hipótesis mediante cálculos de química cuántica, los científicos pudieron respaldar sus ideas con una serie de experimentos bioquímicos.
El equipo determinó que los aminoácidos adicionales -en particular la metionina, el triptófano y la selenocisteína- podrían haber evolucionado como respuesta al aumento de los niveles de oxígeno en la biosfera en los primeros tiempos del planeta.
Es difícil retroceder tanto en el tiempo, ya que los primeros compuestos orgánicos nunca dejaron fósiles para que los analizáramos, pero es posible que esto formara parte del proceso que dio inicio a la formación de la vida en la Tierra.
Cuando las primeras células vivas intentaron lidiar con el estrés oxidativo adicional, se trató de un caso de supervivencia del más apto. Las células más capaces de hacer frente a ese oxígeno adicional -mediante la protección de los nuevos aminoácidos- fueron las que sobrevivieron y prosperaron.
«En este sentido, podemos decir que el oxígeno es el autor que da el toque final al código genético», afirma Moosmann.
