Química Prebiótica: a química da origem da vida

Fonte: Site Reação Química

Quem nunca se pegou pensando naquelas velhas questões existenciais: quem somos? de onde viemos? pra onde vamos? E por aí vai. Bem, não seria diferente que isso ocorresse entre químicos, vez ou outra. De fato, do ponto de vista científico, a química hoje em dia encara esse problema de frente, buscando respostas às mais intrigantes perguntas nesse eterno dilema.

Viemos de Marte, de uma outra galaxia? Ou somos todos daqui mesmo, do planeta azul? Não sabemos. Mas temos algumas evidências e hipóteses de como isso pode ter ocorrido. Vamos simplificar nossas discussões, a vida surgiu aqui mesmo, na Terra. Admitir a panspermia (hipótese segundo a qual a vida foi trazida de outro planeta e se disseminou na Terra) só leva o problema pra outro lugar, mas as perguntas continuam as mesmas.  Naquele período de formação da Terra, cerca de 4,5 bilhões de anos atrás, nosso planeta era totalmente inóspito à vida como conhecemos, devido à intensa quantidade de radiação UV que entrava na atmosfera (não havia camada de ozônio e o oxigênio molecular ainda demoraria no mínimo uns dois bilhões de anos para aparecer por aqui), ao contínuo bombardeio de sua superfície por meteoros e meteoritos, às tempestades colossais que varriam o planeta, etc. Entretanto, alguns fósseis de estromatólitos mostram que a vida na Terra deve ter aparecido apenas ~800 milhões de anos após a formação de nosso planeta, ainda durante o processo de intensa atividade. Assim, a Terra primitiva não era tão esterilizante como pensamos, mas ainda sim a pergunta vem: como a vida surgiu nesse cenário nada agradável?

Basicamente, duas teorias tentam explicar como o processo de evolução molecular que conduziu ao aparecimento da vida em nosso planeta teria ocorrido: a sopa primordial de Oparin e Haldane e o mundo de ferro e enxofre de Wachtershauser. A primeira, muito famosa pelos experimentos de Stanley Miller, na década de 50 (duas décadas depois de lançada a sopa primordial), diz que biomoléculas essenciais à vida teriam se formado pela ação dos raios na primitiva atmosfera Terrestre. Essas moléculas seriam levadas ao oceano e então se acumulariam, formando finalmente, os chamados coacervados, as protocélulas que conduziriam ao surgimento da vida. Miller bombardeou eletricamente (reproduzindo raios) durante dias uma mistura inorgânica de gases (CH4, H2 e NH3) que simulavam a forte composição redutora da Terra primitiva, como apontavam os dados da época, na presença de água (oceano), e obteve uma mistura escura, contendo aminoácidos, encontrados nos seres vivos atuais. Apesar de hoje contestado devido a dados geológicos que mostram que a composição da atmosfera terrestre não seria tão redutora, mas levemente oxidante, o experimento de Miller deu o ponta pé inicial ao que hoje conhecemos como química prebiótica, o estudo das reações químicas que conduziram ou poderiam ter conduzido ao surgimento da vida em nosso planeta. Miller mostrou, sobretudo, que a ciência poderia sim abordar o problema do surgimento da vida na Terra, que até aquela época era assunto exclusivo do clero e no máximo, dos filósofos. A partir daí, a síntese prebiótica das mais diversas moléculas necessárias ao aparecimento da vida (aminoácidos, bases nitrogenadas, açucares, etc) foi obtida simulando as possíveis condições encontradas na Terra primitiva.

Em geral, alguns sistemas deveriam ter precedido as células atuais para que a vida surgisse por aqui: um sistema genético, capaz de armazenar informação e passá-la adiante para sua prole; um sistema metabólico, obtendo energia do meio e transformando em energia útil ao sistema para a síntese de novos blocos de construção celular, de forma a manter sua integridade; e um compartimento, cuja função principal é proteger a unidade celular de suas vizinhanças, quase sempre hostis.

Novamente, a evolução mostra que é mais esperta que nós

O chamado mundo do RNA, nome cunhado por Gilbert em 1986, foi proposto na década de 60 por Orgel, Crick e Woese, independentemente (baseado na sopa primordial). Ela aponta que o RNA deve ter precedido o DNA como molécula portadora de informação. A hipótese veio a partir da constatação de que o RNA além de portar informação química que pode ser guardada no tempo, tem propriedades auto-catalíticas, i.e. poderia catalisar sua própria reprodução. Essa hipótese permaneceu durante algum tempo em banho Maria, mas vêm produzindo grandes resultados. No mês de maio desse ano, a revista Nature publicou um estudo de um grupo britânico, encabeçado por John D. Sutherland, mostrando a síntese prebiótica de RNA, resultado há muito perseguido. O grupo britânico fugiu dos preceitos vigentes de que os blocos que formam o RNA, os nucleotídeos, teriam se formado separadamente, e só depois se combinariam formando o ácido nucléico. Os autores prepararam um “caldo primordial” e encontraram um precursor, o amido-oxazol, que porta C, N e O, que então reage com outros hidrocarbonetos mais simples que aparecem improdutivamente na mistura. Como se não bastasse, o grupo descobriu que se a mesma reação fosse conduzida na presença de radiação UV (cuja energia degrada continuamente biomoléculas) somente os ribonucleotideos contendo piridina sobreviviam ao processo. A radiação UV atua como um agente de seleção molecular, sobrevivendo apenas às moléculas mais aptas, existentes nos seres vivos atuais. Novamente, a evolução mostra que é mais esperta que nós, como diria Orgel, rebatendo o eterno “blábláblá” criacionista.

Em 1977, o submarino Alvin vasculhou o fundo oceânico nas ilhas Galapagos e encontrou uma região com ventos hidrotermais, ricos em sulfetos metálicos e ácido sulfídrico, com gradientes de pH e temperatura. Nesse ambiente (um verdadeiro berço de podridão), criaturas desconhecidas foram encontradas em um ambiente muito longe dos raios solares. Qual não foi a surpresa ao se descobrir que essas criaturas tinham um sistema metabólico baseado exclusivamente em ferro e enxofre? Para Gunter Wachtershauser (um advogado alemão com doutorado em química orgânica; isso sim é multidisciplinaridade!) foi só o motor propulsor para uma nova visão de origem da vida. Ele propôs teoricamente, em 1988, que a superfície de alguns minerais poderia fornecer a energia necessária para que a evolução molecular ocorresse, um metabolismo quimioautotrófico primitivo de superfície, sugerindo a superfície da pirita (FeS2) como um provável candidato. Assim, sulfetos de Fe seriam capazes de fixar CO2, favorecendo reações de oxi-redução na presença de ácido sul fídrico, conduzindo a formação de pirita e moléculas orgânicas. À partir daí, os monômeros orgânicos ancorados na superfície mineral poderiam evoluir quimicamente, imitando o ciclo da acetil-CoA, totalmente baseado em enxofre. Passado o tempo, esse organismo bi-dimensional formado, seria liberado da superfície e evoluiria independente. A hipótese do mundo de Fe-S, autotrófica, destaca-se por ser uma alternativa a hipótese da sopa primordial, heterotrófica (alvo de críticas pela comunidade científica devida à abundância de biomoléculas, que nunca teria ocorrido). Apenas dois anos após sua publicação teórica, diversos resultados experimentais começaram a aparecer e continuam aparecendo até hoje, mostrando que Wachtershauser estava no caminho correto.

Qualquer sistema químico formado no oceano primitivo deveria ser protegido das vizinhanças hostis. Os sistemas genéticos e metabólicos para serem totalmente operacionais exigem a condição de encapsulamento. Alguns cientistas, dado o fato experimental de que algumas moléculas formam aglomerados e vesículas espontaneamente, alegam que a celularização poderia ter ocorrido logo nas etapas iniciais da evolução molecular. Entretanto a visão contrária também é aceita por muitos, dados os empecilhos que uma encapsulação precoce poderia ter conduzido. Obviamente, as vantagens e desvantagens desse processo devem ser colocadas na balança, mas a constatação de que nas células atuais impera a encapsulação nos leva a uma única dúvida: que momento esse processo “vantajoso” ocorreu? Não sabemos. Entre as diversas funções do encapsulamento, podemos destacar a construção das defesas externas, onde a mureína (uma molécula de açúcar de peptídeos curtos) desempenha um papel de destaque; entrada e saída de substâncias, captando alimentos do exterior e excretando os resíduos, cujo mecanismo mais simples parece ter sido por meio de poros, e cuja evolução foi dos simples furos na superfície lipídica (mantidos abertos pela ação de proteínas), passando pelas roletas moleculares (que realizavam a admissão específica de certos componentes), até o moderno transporte ativo (capaz de realizar o fluxo de duplo-sentido de substâncias, ligado a uma fonte de energia, a quebra do ATP por exemplo); a divisão celular, afim transmitir as mutações vantajosas e evitar o aumento excessivo do tamanho celular. Fato é que as membranas acabaram se tornando verdadeiras máquinas, sendo responsáveis pela motilidade, digestão e até pelo sexo, que através do desenvolvimento dos chamados pili (pêlos em latim) se tornou uma das mais poderosas forças de diversificação. O sexo funcionava assim: as células que possuíam pili sexuais (machos) usavam tais filamentos como uma espécie de pênis molecular para copular com aquelas células que não possuíam (fêmeas) e assim trocavam material genético. Essa foi a última aquisição das superfícies celulares.

... acima de tudo há um problema químico a ser resolvido...

Depois dessa análise superficial dos diversos sistemas necessários à vida (tal qual a conhecemos), vemos que o suporte experimental para as diversas teorias está se completando, mas isso não significa que estamos próximos da explicação da origem da vida. Mas não tenhamos dúvidas, estamos caminhando ao encontro dela. E a química vem fazendo sua parte dentro desse cenário. Seja por uma síntese aqui ou uma hipótese alí, estamos encontrando respostas que lentamente estreitam o rol de possibilidades e trazem o problema para mais perto de nós. Ainda que quase sempre deixada aos biólogos pela imensa maioria dos químicos, a origem da vida é um problema multidisciplinar, como mostra esta pequena lista de laureados com prêmio Nobel: S. Arrhenius, M. Calvin, F. H. Crick, C. de Duve, M. Eigen, W. Gilbert, J. Monod, E. Schroedinger, H. Urey, e G. Wald, entre outros. Portanto, sempre que ouvir falar em origem da vida lembre que acima de tudo há um problema químico a ser resolvido, e se um dia será resolvido, provavelmente será por um químico ou terá um por perto.