Químicos crean proteína artificial que se asoma al pasado químico de la Tierra

Los científicos han desarrollado una proteína artificial que podría ofrecer nuevos conocimientos sobre la evolución química en la Tierra primitiva.

Todas las células necesitan energía para sobrevivir, pero debido a que los tipos de sustancias químicas disponibles durante los primeros días del planeta eran tan limitados en comparación con el vasto alcance de la diversidad química actual, los organismos multicelulares tenían mucha menos energía para construir las estructuras orgánicas complejas que conforman el mundo que conocemos. saber hoy.

Nueva investigación, publicada en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Cienciasproporciona evidencia de que muchos de los organismos dentro de la sopa primordial de la Tierra dependían en gran medida de moléculas de metal, específicamente níquel, para ayudar a almacenar y gastar energía.

Las teorías actuales sobre cómo surgió la vida microbiana sugieren que, si bien las células usaban dióxido de carbono e hidrógeno como fuente de combustible, también habitaban áreas ricas en metales reducidos como el hierro y el níquel. Estas primeras reacciones químicas también fueron impulsadas en gran medida por una enzima llamada acetil coenzima A sintasa, o ACS, una molécula esencial para la producción de energía y la formación de nuevos enlaces químicos.

Pero durante años, los científicos en el campo han estado divididos sobre cómo funciona realmente esta enzima, si las reacciones químicas que estimuló podrían ensamblarse al azar o si sus construcciones químicas siguieron una hoja de ruta estricta. Hannah Shafaat, coautora del estudio y profesora de química y bioquímica en la Universidad Estatal de Ohio, dijo que el modelo artificial de la enzima de su equipo revela mucho sobre cómo podría haber actuado su ancestro nativo durante los primeros miles de millones de años de la Tierra.

En comparación con lo que los científicos encuentran en la naturaleza, esta proteína modelo es mucho más fácil de estudiar y manipular. Debido a esto, el equipo pudo concluir que ACS, de hecho, tiene que construir moléculas paso a paso. Dicha información es crucial para comprender cómo comenzó a madurar la química orgánica en la Tierra.

«En lugar de tomar la enzima y reducirla, estamos tratando de construirla de abajo hacia arriba», dijo Shafaat. «Y saber que tienes que hacer las cosas en el orden correcto puede ser básicamente una guía sobre cómo recrearlo en el laboratorio».

Mientras los científicos esperan comprender qué pudo haber surgido primero de la sopa primordial, Shafaat dijo que el estudio demostró que incluso las enzimas simples como su modelo podrían haber sustentado la vida temprana. Shafaat, quien ha trabajado en el proyecto durante casi cinco años, dijo que si bien el estudio enfrentó algunos desafíos, las lecciones que aprendió el equipo valieron la pena a largo plazo.

Además de ser importante para comprender la química primordial, sus hallazgos tienen amplias implicaciones para otros campos, incluido el sector energético, dijo Shafaat. «Si podemos entender cómo la naturaleza descubrió cómo usar estos compuestos hace miles de millones de años, podemos aprovechar algunas de esas mismas ideas para nuestros propios dispositivos de energía alternativa», dijo.

En este momento, uno de los mayores desafíos que enfrenta el sector energético es producir combustible líquido. Sin embargo, este estudio podría ser el primer paso para encontrar una fuente de energía natural que podría reemplazar el uso excesivo de gasolina y aceite por parte de los humanos, dijo Shafaat. Ahora, su equipo está trabajando para optimizar su producto, pero continuará investigando si hay otros secretos primitivos que su enzima pueda divulgar.

Los coautores fueron Anastasia C. Manesis y Alina Yerbulekova de Ohio State, y Jason Shearer de Trinity University.