os polímeros genéticos RNA e DNA são centrais para armazenamento de informação em todos os sistemas biológicos, e como tal formam o núcleo da maioria das hipóteses sobre a origem da vida. A mais proeminente destas teorias é a hipótese do “mundo do RNA”, que postula que o RNA já foi o portador de informação central e o catalisador para reações bioquímicas na Terra antes do surgimento da vida1. No entanto, os estudos realizados nos últimos anos (ver ref. 2, por exemplo) têm sugerido que a primeira sistemas genéticos pode ter sido baseada em nucléicos-ácido moléculas que contêm RNA e DNA nucleotídeos, que, em seguida, gradualmente auto-separados, hoje, do RNA e DNA. Writing in Nature, Xu et al.3 oferecer suporte experimental fascinante para um mundo misto RNA–DNA.acredita — se que os processos geoquímicos primordiais tenham levado à formação dos blocos de construção de ácidos nucleicos-nucleótidos e nucleósidos (nucleótidos que não possuem um grupo de fosfato). Em condições adequadas, estes blocos de construção polimerizados e os fios resultantes eventualmente replicados, sem a assistência de enzimas proteicas modernas.trabalhadores do mesmo grupo de investigação que Xu et al. tinha previamente identificado 4 uma rede de reações promovidas pela luz ultravioleta que resultou na síntese de dois dos nucleósidos padrão encontrados no RNA: uridina (U) e citidina (C), que são coletivamente conhecidos como pirimidinas (Fig. 1). Estas reacções começaram com cianeto de hidrogénio (HCN) e seus derivados, moléculas simples que se pensava estarem prontamente disponíveis no início da Terra. Estudos adicionais e desenvolvimento desta rede de reação levantaram a intrigante possibilidade de que as proteínas e os precursores lipídicos poderiam ter surgido simultaneamente com os nucleosidos5 — proporcionando assim três dos principais tipos de moléculas necessárias para fazer células. No entanto, uma rota complementar para a formação dos outros dois nucleósidos de RNA padrão (adenosina e guanosina, conhecidos como purinas) usando a mesma química baseada em HCN tem permanecido esquiva.
Figure 1 | a reaction network that produces both DNA and RNA subunits. Sabia-se que uma rede de reações químicas produz as subunidades de RNA citidina (C) e uridina (U), sob condições que poderiam ter ocorrido na Terra prebiótica 4. A rede começa a partir de cianeto de hidrogênio (HCN) e passa por um intermediário chamado ribo-aminooxazolina (RAO). Xu et al.3 agora relate que os compostos conhecidos como α-anidropirimidinas produzidas na via para C E U também podem ser convertidos em paralelo nas subunidades de ADN deoxiinosina (dI) e deoxiadenosina (dA). Estas subunidades podem formar pares de Bases Com C E U. As quatro subunidades — C, U, dI e dA -, portanto, constituem um “alfabeto” genético completo que pode ter sido usado para codificar informações biológicas na Terra primitiva.
No presente trabalho, Xu et al. revisitada compostos produzidos como intermediários na previamente estabelecido reação network4 que sintetiza U e C. Eles identificaram um caminho no qual uma chave intermediária de pirimidina-análogos de síntese, ribo-aminooxazoline (RAO; Fig. 1), também pode ser convertido em dois nucleósidos de DNA purina, desoxiadenosina (dA) e desoxiinosina (dI, que não é um dos nucleósidos padrão encontrados no DNA moderno). Crucialmente, estes nucleósidos de DNA podem formar pares de base com U E C. Os quatro nucleósidos-U, C, dA e dI — constituem, portanto, um “alfabeto” completo que poderia ter codificado informação genética em ácidos nucleicos num mundo pré–biótico RNA-ADN.
importante, a síntese de dA e dI pode ocorrer em paralelo com a de U E C, produzindo misturas dos quatro produtos em rendimentos e rácios adequados para a construção de um sistema genético. Esta compatibilidade mútua dos dois sintético de caminhos aumenta a probabilidade de a reação de rede como um prebiótico sistema — se a duas sínteses eram incompatíveis, em seguida, geológicas cenários precisaria ser inventado para explicar como eles podiam ter sido separados em diferentes grupos para permitir a química para ocorrer e, em seguida, combinados para permitir a formação de híbridos RNA–DNA moléculas. Notavelmente, sob certas condições de reação, U E C podem sobreviver apenas na presença dos compostos tioanidropurina que agem como precursores diretos de dA e dI.muitas moléculas orgânicas podem ser produzidas como versões esquerdas e destras, conhecidas como enantiômeros, que são imagens espelhadas umas das outras. No entanto, os nucleótidos modernos e seus blocos de construção tomam a mesma forma enantiomérica. Uma das principais dificuldades na pesquisa de origens da vida é explicar como os enantiômeros únicos poderiam ter sido gerados a partir de moléculas precursoras simples que não têm handedness e que poderiam ter se formado na Terra prebiótica. A síntese purina de Xu e de colegas é atraente a este respeito, porque é altamente seletiva para os enantiômeros e outros isômeros de nucleósidos observados na biologia moderna.foram notificadas vias alternativas para a síntese pré-biótica combinada dos nucleósidos e nucleótidos pirimidina e purina 6, 7. Estas vias requerem açúcares quimicamente e enantiomericamente puros para serem usados como materiais de base, o que coloca o problema de que outros, muitas vezes desconhecidos, processos prebióticos teriam sido necessários para fornecer esses materiais de partida 8. Em contraste, a enantioseletividade relatada por Xu et al. deriva de RAO, que pode cristalizar-se como um único enantiômero a partir de reações em que os materiais de partida são quase racemic9 (isto é, os materiais de partida consiste de um quase igual mistura de enantiômeros).
síntese Nucleósida também pode levar a produtos em que a base do nucleósido está ligada ao açúcar na orientação errada. Na via sintética Xu e co-trabalhadores, ocorre uma redução química induzida por UV que leva à destruição surpreendentemente seletiva destes subprodutos indesejados, produzindo, em última análise, apenas os isómeros biologicamente relevantes das purinas. Dado que a Terra primitiva foi altamente irradiada por UV, a notável selectividade desta reacção sugere um possível mecanismo pelo qual o conjunto total de potenciais isómeros de ácido nucleico foi reduzido ao subconjunto de isómeros observados hoje na natureza.o trabalho de Xu e colegas apoia uma visão da evolução molecular precoce um pouco afastada da hipótese convencional do mundo RNA “puro”, e talvez ofereça uma rota mais plausível para a origem da vida a partir de ambientes químicos mistos e complexos. Dada a falta de’ fósseis químicos’, e a incerteza sobre as condições exatas e a química que ocorreu no início da Terra, é impossível dizer quais as vias químicas realmente ocorreram. Em vez disso, temos de assegurar que os sistemas propostos estejam o mais próximos possível da nossa compreensão do que poderia ter acontecido de forma realista na Terra pré — biótica-não apenas a química, mas também a complexidade global das redes de reacção e a sua compatibilidade com outros processos.
no trabalho atual, os autores mostram que os quatro nucleósidos podem de fato ser produzidos através de processos que poderiam razoavelmente esperar-se ter ocorrido na Terra primitiva (como hidrólise, secagem e irradiação UV), e fornecem vias sintéticas plausíveis que poderiam fornecer as reações com seus materiais de base necessários. No entanto, como para todas as sínteses prebióticas, continua a ser difícil imaginar o microambiente real que poderia ter apoiado as muitas transformações químicas específicas necessárias para produzir os blocos de construção da vida em quantidade.no entanto, o trabalho de Xu e colegas demonstra de forma impressionante como um alfabeto genético completo pode ter surgido. Independentemente de pensarmos que a vida desenvolvida a partir do RNA, ou a partir de misturas mais complexas de ácidos nucleicos, o pensamento de nível de sistemas para encontrar vias químicas pré-bióticas mutuamente compatíveis será crucial para o desenvolvimento de modelos verdadeiramente plausíveis dos primeiros estágios de emergência da vida.