La síntesis de cisteína fue clave en el origen de la vida en la Tierra
En un paso clave para la evolución de la vida en la Tierra, la formación del aminoácido cisteína proporcionó catalizadores que permitieron a las primeras moléculas de proteína formarse en el agua
En un paso clave para la evolución de la vida en la Tierra, la formación del aminoácido cisteína proporcionó catalizadores que permitieron a las primeras moléculas de proteína formarse en el agua.
Es la conclusión de un nuevo estudio realizado por
investigadores del University College de Londres (UCL) publicado en la revista
'Nature'.
Todas las proteínas se construyen a partir de los
mismos 20 aminoácidos. Hasta ahora se ha asumido que uno de ellos, la cisteína,
no estaba presente en el origen de la vida a pesar de su importancia
fundamental para toda la vida actual, y no estaba claro cómo se pudo haber
formado la cisteína en los orígenes de la Tierra.
El nuevo estudio ha recreado cómo se formó la
cisteína en los orígenes de la vida y ha observado cómo, una vez formada, la
cisteína cataliza la fusión de péptidos en agua, un paso fundamental en el
camino hacia las enzimas proteicas.
Los investigadores de la UCL crearon cisteína
utilizando química y productos químicos muy simples (cianuro de hidrógeno y
sulfuro de hidrógeno) que probablemente serían abundantes en la Tierra
primitiva. La ruta que han desentrañado se parece mucho a cómo se sintetiza la
cisteína en los organismos vivos de hoy, y los investigadores creen que están
vinculados históricamente.
El estudio también encontró que los residuos de
cisteína catalizan la síntesis de péptidos en agua al unir fragmentos cortos de
péptidos que el equipo había encontrado previamente en un estudio publicado
también en 'Nature' el año pasado.
El autor principal, el profesor Matthew Powner, de
la UCL Chemistry, destaca que los resultados "muestran cómo se pudo haber
formado la cisteína en la Tierra primitiva y cómo pudo haber jugado un papel
fundamental en la evolución de la síntesis de proteínas".
"Una vez formados, los catalizadores de
cisteína se comportan como 'protoenzimas' para producir péptidos en el agua
–continúa–. Esta robusta química podría haber generado péptidos lo
suficientemente largos como para plegarse en estructuras similares a enzimas,
que serían los precursores de las enzimas proteicas que son fundamentales para
todos organismos vivos"."
El coautor principal e investigador doctor Saidul
Islam, también de la UCL Chemistry resalta que con su trabajo han demostrado
"que los nitrilos poseen la energía incorporada necesaria para formar
enlaces peptídicos en el agua. Esta es la forma más sencilla de fabricar
péptidos que funciona con todos los 20 aminoácidos, lo que lo hace aún más
increíble", reconoce.
"Es precisamente el tipo de química simple,
pero especial, que fue esencial para poner en marcha la vida hace varios miles
de millones de años –añade–. Nuestro estudio proporciona más evidencia de que
las moléculas de la vida descienden de la química del nitrilo en la Tierra
primitiva".
Por su parte, el coautor principal, el doctor Callum
Foden, quien completó el trabajo mientras era estudiante de doctorado en la
UCL, apunta que "la síntesis de péptidos que descubrimos es simple,
altamente selectiva y utiliza moléculas que estaban disponibles en la Tierra
primitiva. Un solo residuo de cisteína es suficiente para producir una fuerte actividad
catalítica. Es notable que moléculas tan pequeñas puedan llevar a cabo una
reacción (bio) química tan importante, selectivamente en agua, a pH neutro y
con rendimientos tan altos".
Al comentar las implicaciones adicionales de su
estudio, el profesor Powner asegura que han resuelto "un problema de larga
data sobre el origen de la vida al proporcionar una solución simple para la
síntesis de péptidos catalíticos en agua".
A su juicio, "lo importante es que los
catalizadores se construyen sólo con los aminoácidos de la biología. Entender
cómo la cisteína pudo haber controlado la formación de los primeros péptidos de
la Tierra ha hecho que el largo camino desde la química hasta un organismo vivo
parezca un poco más corto, y un poco menos desalentador".
El experto aclara que su estudio "sugiere que
la cisteína fue introducida por primera vez en los péptidos de la vida mediante
la modificación de la serina (otro de los aminoácidos de la vida). Esto plantea
ahora importantes preguntas sobre la temprana evolución y codificación de la
síntesis de los péptidos", señala.
"Se supone que la cisteína no estaba presente
en el primer código genético de la vida, y esto encaja perfectamente con
nuestras observaciones –recuerda–. Nuestros resultados indican que la serina
codificada podría proporcionar péptidos de cisteína, lo que llevaría a un papel
clave para la cisteína en la evolución incluso antes de que se asignara al
código genético de la vida".
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