Hipótese mundial de HAP - PAH world hypothesis

A hipótese do mundo PAH é uma hipótese especulativa que propõe que os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs), conhecidos por serem abundantes no universo , incluindo nos cometas, e supostamente abundantes na sopa primordial da Terra primitiva , desempenharam um papel importante no origem da vida pela mediação da síntese de moléculas de RNA , levando ao mundo do RNA . No entanto, ainda, a hipótese não foi testada.

Montagem de uma pilha de PAH

Fundo

O experimento Miller-Urey mostrou que os compostos orgânicos podem ser facilmente produzidos sob as condições presumidas da Terra primitiva

O experimento Miller-Urey em 1952, e outros desde então, demonstrou a síntese de compostos orgânicos , como aminoácidos , formaldeído e açúcares , a partir dos precursores inorgânicos originais que os pesquisadores presumiram estarem presentes na sopa primordial (mas não é mais considerada provável). Este experimento inspirou muitos outros. Em 1961, Joan Oró descobriu que o nucleotídeo base adenina poderia ser feito de cianeto de hidrogênio (HCN) e amônia em solução aquosa. Experimentos conduzidos posteriormente mostraram que as demais nucleobases de RNA e DNA podiam ser obtidas por simulação de química pré-biótica com atmosfera redutora .

A hipótese do mundo do RNA mostra como o RNA pode se tornar seu próprio catalisador (uma ribozima ). No meio, faltam algumas etapas, como a forma como as primeiras moléculas de RNA poderiam ser formadas. A hipótese mundial de PAH foi proposta por Simon Nicholas Platts em maio de 2004 para tentar preencher essa etapa que faltava. Uma ideia mais elaborada foi publicada por Ehrenfreund et al.

Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos

A nebulosa da pata do gato encontra-se dentro da Via Láctea e está localizada na constelação de Escorpião .
As áreas verdes mostram regiões onde a radiação de estrelas quentes colidiu com grandes moléculas e pequenos grãos de poeira chamados de " hidrocarbonetos aromáticos policíclicos " (PAHs), causando sua fluorescência .
( Telescópio espacial Spitzer , 2018)

Os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos são os mais comuns e abundantes das moléculas poliatômicas conhecidas no universo visível e são considerados um provável constituinte do mar primordial . PAHs, junto com fulerenos (ou " buckyballs "), foram recentemente detectados em nebulosas. Em abril de 2019, cientistas, trabalhando com o Telescópio Espacial Hubble , relataram a detecção confirmada de moléculas ionizadas grandes e complexas de buckminsterfullereno (C ₆₀ ) nos espaços interestelares médios entre as estrelas . (Os fulerenos também estão implicados na origem da vida; de acordo com a astrônoma Letizia Stanghellini, "É possível que os fulerenos do espaço sideral tenham fornecido sementes para a vida na Terra.") Em setembro de 2012, os cientistas da NASA relataram que os PAHs, submetidos ao meio interestelar (ISM ) condições são transformadas, por meio da hidrogenação , oxigenação e hidroxilação , em orgânicos mais complexos - "uma etapa no caminho em direção aos aminoácidos e nucleotídeos , as matérias-primas das proteínas e do DNA , respectivamente". Além disso, como resultado dessas transformações, os PAHs perdem sua assinatura espectroscópica, o que poderia ser uma das razões "para a falta de detecção de PAH em grãos de gelo interestelar , particularmente nas regiões externas de nuvens densas e frias ou nas camadas moleculares superiores de discos protoplanetários ".

Em 6 de junho de 2013, cientistas do IAA-CSIC relataram a detecção de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos na alta atmosfera de Titã , a maior lua do planeta Saturno .

Em outubro de 2018, os pesquisadores relataram caminhos químicos de baixa temperatura de compostos orgânicos simples para PAHs complexos. Tais caminhos químicos podem ajudar a explicar a presença de HAP na atmosfera baixa temperatura de Saturno 's lua Titan , e podem ser caminhos significativos, em termos da hipótese do mundo PAH, na produção de precursores de compostos bioquímicos relacionados com a vida como a conhecemos.

Além disso, os PAHs não são normalmente muito solúveis na água do mar, mas quando sujeitos à radiação ionizante, como a luz ultravioleta solar , os átomos de hidrogênio externos podem ser removidos e substituídos por um grupo hidroxila , tornando os PAHs muito mais solúveis em água.

Esses PAHs modificados são anfifílicos , o que significa que têm partes hidrofílicas e hidrofóbicas . Quando em solução, eles montam em discotic mesogênico ( cristal líquido pilhas), que, como os lípidos , tendem a organizar com as suas partes hidrófobos protegidos.

Em 21 de fevereiro de 2014, a NASA anunciou um banco de dados bastante atualizado para rastrear hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs) no universo . Mais de 20% do carbono do universo pode estar associado aos PAHs, possíveis matérias-primas para a formação da vida . Os PAHs parecem ter se formado alguns bilhões de anos após o Big Bang , são abundantes no universo e estão associados a novas estrelas e exoplanetas .

Fixação de nucleobases ao andaime de PAH

Na pilha de PAH de auto-ordenação, a separação entre anéis adjacentes é de 0,34 nm. Esta é a mesma separação encontrada entre nucleotídeos adjacentes de RNA e DNA . Moléculas menores se ligam naturalmente aos anéis de PAH. No entanto, os anéis de PAH, enquanto se formam, tendem a girar uns sobre os outros, o que tenderá a desalojar os compostos fixados que colidiriam com aqueles fixados aos de cima e de baixo. Portanto, incentiva a ligação preferencial de moléculas planas, como nucleobases de pirimidina e purina , os principais constituintes (e transportadores de informação) de RNA e DNA. Essas bases são igualmente anfifílicas e, portanto, também tendem a se alinhar em pilhas semelhantes.

Fixação da estrutura oligomérica

De acordo com a hipótese, uma vez que as nucleobases são anexadas (via ligações de hidrogênio ) ao andaime de PAH, a distância entre as bases selecionaria moléculas "ligantes" de um tamanho específico, como pequenos oligômeros de formaldeído ( metanal ) , também retirados do "sopa" prebiótica, que se ligará (por meio de ligações covalentes ) às nucleobases, bem como entre si, para adicionar uma estrutura estrutural flexível.

Desprendimento das fitas semelhantes a RNA

Uma queda transitória subsequente no pH ambiente (aumento na acidez), por exemplo, como resultado de uma descarga vulcânica de gases ácidos, como dióxido de enxofre ou dióxido de carbono , permitiria que as bases se separassem de seu andaime de PAH, formando como o RNA moléculas (com a estrutura de formaldeído em vez da estrutura de ribose-fosfato usada pelo RNA "moderno", mas o mesmo passo de 0,34 nm).

Formação de estruturas semelhantes a ribozimas

A hipótese ainda especula que, uma vez que longas fitas simples semelhantes a RNA são destacadas das pilhas de PAH, e depois que os níveis de pH ambiente tornaram-se menos ácidos, elas tenderiam a dobrar-se sobre si mesmas, com sequências complementares de nucleobases procurando preferencialmente umas às outras e formando hidrogênio. ligações , criando estruturas semelhantes a RNA estáveis, pelo menos parcialmente de fita dupla, semelhantes a ribozimas . Os oligômeros de formaldeído seriam eventualmente substituídos por moléculas de ribose-fosfato mais estáveis ​​para o material da espinha dorsal, resultando em um marco inicial para a hipótese do mundo do RNA , que especula sobre novos desenvolvimentos evolutivos a partir desse ponto.

Veja também

Referências

links externos

• Ingredientes da vida encontrados no universo primitivo New Scientist Magazine 14:49 29 de julho de 2005
• Homoquiralidade de aminoácidos dirigida por RNA