¿Por qué la vida en la Tierra eligió los aminoácidos alfa como componentes básicos de las proteínas? Un nuevo estudio sugiere que la respuesta está en la estabilidad de sus interacciones intermoleculares. Los hallazgos proponen un modelo impulsado por el ensamblaje para los orígenes de la vida, que ofrece una nueva visión de cómo la química dio forma a la biología.
Un nuevo estudio de la Universidad Hebrea de Jerusalem arroja luz sobre uno de los mayores misterios de la vida: ¿por qué la biología se basa en un conjunto muy específico de aminoácidos y, en particular, por qué la naturaleza seleccionó los aminoácidos alfa como base para las proteínas?
La investigación, dirigida por la Dra. Moran Frenkel-Pinter y los miembros de su laboratorio, Sarah Fisher y Yishi Ezerzer del Instituto de Química y el Centro de Nanociencia y Nanotecnología de la Universidad Hebrea, exploró las propiedades de los depsipéptidos, moléculas similares a péptidos modelo simples que podrían haberse formado en la Tierra primitiva a través de procesos naturales.
A diferencia de los péptidos modernos, los depsipéptidos contienen una mezcla de enlaces éster y amida, lo que los hace más fáciles de formar en condiciones prebióticas pero menos estables en el tiempo.
Un organismo vivo en la Tierra forma sus proteínas a partir del mismo conjunto exacto de 20 aminoácidos. ¿Por qué ese conjunto específico? El nuevo estudio sugiere que la dependencia de la vida de estos 20 aminoácidos no es accidental. Una pregunta clave ha desconcertado a los científicos durante décadas: ¿por qué la vida favoreció a los aminoácidos alfa sobre sus contrapartes beta o gamma, a pesar de que todos eran abundantes en la Tierra prebiótica? Para probar si el ensamblaje molecular jugó un papel, Frenkel-Pinter y su equipo sintetizaron depsipéptidos utilizando una amplia gama de hidroxi y aminoácidos, luego observaron su capacidad para autoensamblarse en solución.
Los resultados fueron sorprendentes. Los depsipéptidos construidos a partir de ácidos alfa formaron fácilmente ensamblajes estables en forma de gotas que persistieron durante semanas, incluso después de congelarse y descongelarse. Por el contrario, los ensamblajes basados en beta, si se forman, se separaron en fase más rápidamente en solución y mostraron una estabilidad física significativamente menor. Esta diferencia, argumentan los investigadores, podría haber sido un factor decisivo en la “elección” evolutiva de la columna vertebral alfa.
“El autoensamblaje es uno de los requisitos previos más fundamentales de la vida”, dijo la Dra. Frenkel-Pinter. “Nuestros hallazgos sugieren que la capacidad superior de los protopéptidos basados en alfa para formar compartimentos estables puede haberles dado una ventaja evolutiva crucial, preparando el escenario para las columnas vertebrales de proteínas que vemos en biología hoy”.
“La pregunta de por qué la evolución seleccionó a mano un conjunto específico de aminoácidos ha sido un misterio durante mucho tiempo. Dar un solo paso para responder a esta pregunta de larga data es notable, y es un privilegio contribuir a esta búsqueda”, dijo Yishi Ezerzer, estudiante de maestría que codirige este proyecto junto con Sarah Fisher del grupo Frenkel-Pinter. “Demostramos aquí, por primera vez, la capacidad de los depsipéptidos para autoensamblarse, similar a los péptidos modernos. Si bien estos hallazgos son un gran avance en el campo de la evolución química, también pueden tener implicaciones futuras para otros campos, como la industria farmacéutica”. dijo Fisher.
El estudio marca la primera vez que se comparan directamente las propiedades de ensamblaje de las redes troncales de protopéptidos alfa y beta. Al demostrar que la estabilidad a nivel molecular podría haber influido en la evolución química, la investigación propone un modelo de selección impulsado por el ensamblaje para los primeros bloques de construcción de la vida.
Estos hallazgos agregan una nueva dimensión a los estudios sobre los orígenes de la vida, lo que sugiere que no fue solo la reactividad química, sino también la capacidad de autoensamblaje duradero lo que dio forma a la transición de la química prebiótica a la biología.
La investigación fue apoyada por la Beca de Profesores de Temprana Carrera de la Fundación Azrieli, la Fundación de Ciencias de Israel, la Fundación Minerva, la Fundación Casali Israel y el Premio a la Excelencia de la Fundación FEBS.
El trabajo de investigación titulado “Proto-peptide Backbone Affects Assembly in Aqueous Solutions”, ya está disponible en PNAS.
Investigadores:
Sarah Fisher1, Yishi Ezerzer1, Rotem Edri1, Daniil Akulenko1, Eliav Marland1 y Moran Frenkel-Pinter1,2.
Instituciones:
1) Instituto de Química, Universidad Hebrea de Jerusalem.
2) Centro de Nanociencia y Nanotecnología, Universidad Hebrea de Jerusalem.
