I chimici dello Scripps Research Institute (TSRI) hanno scoperto un composto che potrebbe essere stato un fattore cruciale nelle origini della vita sulla Terra.

I ricercatori di Origins of Life hanno ipotizzato che una reazione chimica chiamata fosforilazione potrebbe essere stata cruciale per l'assemblaggio di tre ingredienti chiave nelle prime forme di vita:brevi filamenti di nucleotidi per immagazzinare informazioni genetiche, brevi catene di amminoacidi (peptidi) per svolgere il lavoro principale delle cellule, e lipidi per formare strutture incapsulanti come le pareti cellulari. Ancora, nessuno ha mai trovato un agente fosforilante che fosse plausibilmente presente sulla Terra primitiva e che avrebbe potuto produrre queste tre classi di molecole fianco a fianco nelle stesse condizioni realistiche.

I chimici TSRI hanno ora identificato proprio un composto del genere:diamidofosfato (DAP).

"Suggeriamo una chimica di fosforilazione che potrebbe aver dato origine, tutto nello stesso posto, agli oligonucleotidi, oligopeptidi, e le strutture simili a cellule per racchiuderli, ", ha affermato l'autore senior dello studio Ramanarayanan Krishnamurthy, professore associato di chimica al TSRI. "Ciò a sua volta avrebbe permesso altre sostanze chimiche che prima non erano possibili, potenzialmente conducendo al primo semplice, esseri viventi basati sulle cellule”.

Lo studio, segnalato oggi in Chimica della natura , fa parte di uno sforzo in corso da parte di scienziati di tutto il mondo per trovare percorsi plausibili per l'epico viaggio dalla chimica pre-biologica alla biochimica cellulare.

Altri ricercatori hanno descritto reazioni chimiche che potrebbero aver consentito la fosforilazione di molecole pre-biologiche sulla Terra primordiale. Ma questi scenari hanno coinvolto diversi agenti fosforilanti per diversi tipi di molecole, così come ambienti di reazione diversi e spesso non comuni.

"È stato difficile immaginare come questi processi così diversi avrebbero potuto combinarsi nello stesso luogo per produrre le prime forme di vita primitive, " disse Krishnamurthy.

Lui e la sua squadra, tra cui co-primi autori Clémentine Gibard, Subhendu Bhowmik, e Megha Karki, tutti gli associati di ricerca post-dottorato al TSRI, ha mostrato in primo luogo che il DAP potrebbe fosforilare ciascuno dei quattro elementi costitutivi nucleosidici dell'RNA in acqua o in uno stato pastoso in un'ampia gamma di temperature e altre condizioni.

Con l'aggiunta del catalizzatore imidazolo, un semplice composto organico che era esso stesso plausibilmente presente sulla Terra primitiva, L'attività di DAP ha portato anche alla comparsa di brevi, Catene simili all'RNA di questi elementi costitutivi fosforilati.

Inoltre, DAP con acqua e imidazolo fosforila efficacemente i blocchi costitutivi lipidici glicerolo e acidi grassi, portando all'autoassemblaggio di piccole capsule fosfo-lipidiche chiamate vescicole, versioni primitive delle cellule.

DAP in acqua a temperatura ambiente ha anche fosforilato gli amminoacidi glicina, acido aspartico e acido glutammico, e poi ha aiutato a collegare queste molecole in brevi catene peptidiche (i peptidi sono versioni più piccole delle proteine).

"Con DAP e acqua e queste condizioni miti, puoi far sì che queste tre importanti classi di molecole pre-biologiche si uniscano e si trasformino, creando l'opportunità per loro di interagire insieme, " disse Krishnamurthy.

Krishnamurthy e i suoi colleghi hanno dimostrato in precedenza che il DAP può fosforilare in modo efficiente una varietà di zuccheri semplici e quindi aiutare a costruire carboidrati contenenti fosforo che sarebbero stati coinvolti nelle prime forme di vita. Il loro nuovo lavoro suggerisce che DAP avrebbe potuto avere un ruolo molto più centrale nelle origini della vita.

"Mi ricorda la Fata Madrina di Cenerentola, chi agita la bacchetta e' puff, ' 'puf, ' 'puf, 'tutto ciò che è semplice si trasforma in qualcosa di più complesso e interessante, " disse Krishnamurthy.

L'importanza del DAP nel dare il via alla vita sulla Terra potrebbe essere difficile da dimostrare diversi miliardi di anni dopo il fatto. Krishnamurthy ha osservato, anche se, che gli aspetti chiave della chimica della molecola si trovano ancora nella biologia moderna.

"Il DAP fosforila attraverso la stessa rottura del legame fosforo-azoto e nelle stesse condizioni delle protein chinasi, che sono onnipresenti nelle forme di vita odierne, " ha detto. "La chimica della fosforilazione del DAP è anche molto simile a ciò che si vede nelle reazioni al centro del ciclo metabolico di ogni cellula".

Krishnamurthy ora intende seguire queste indicazioni, e ha anche collaborato con i geochimici della prima Terra per cercare di identificare potenziali fonti di DAP, o composti fosforo-azoto ad azione simile, che erano sul pianeta prima che nascesse la vita.

"Potrebbero esserci minerali sulla Terra primordiale che hanno rilasciato tali composti di fosforo e azoto nelle giuste condizioni, " ha detto. "Gli astronomi hanno trovato prove di composti fosforo-azoto nel gas e nella polvere dello spazio interstellare, quindi è certamente plausibile che tali composti fossero presenti sulla Terra primordiale e abbiano avuto un ruolo nell'emergere delle complesse molecole della vita".