Utilizzando metodi di chimica quantistica, un team di ricercatori guidati dal dott. Matthias Granold e dal professor Bernd Moosmann dell'Istituto di patobiochimica dell'Università Johannes Gutenberg di Mainz ha risolto uno dei più antichi enigmi della biochimica. Hanno scoperto perché ci sono 20 amminoacidi che costituiscono la base di tutta la vita oggi, anche se i primi 13 amminoacidi generati nel tempo sarebbero stati sufficienti per formare un repertorio completo delle proteine ​​funzionali richieste. Il fattore decisivo è la maggiore reattività chimica dei nuovi amminoacidi piuttosto che la loro struttura spaziale. Nella loro pubblicazione sulla principale rivista PNAS , i ricercatori di Mainz postulano anche che sia stato l'aumento di ossigeno nella biosfera a innescare l'aggiunta di aminoacidi supplementari alla cassetta degli attrezzi delle proteine.

Tutta la vita sulla Terra si basa su 20 amminoacidi, che sono governati dal DNA per formare proteine. Nel DNA ereditato, sono sempre tre basi sequenziali del DNA, o codoni, che si combinano per "codificare" uno solo di questi 20 amminoacidi. La griglia di codoni risultante è ciò che è noto come codice genetico. "I ricercatori sono rimasti perplessi per decenni sul motivo per cui l'evoluzione ha selezionato questi 20 amminoacidi per la codifica genetica, " ha affermato il professor Bernd Moosmann. "La presenza degli ultimi e più recenti sette amminoacidi è particolarmente difficile da spiegare, perché le proteine ​​adatte e funzionali possono essere assemblate utilizzando solo i primi e più vecchi 10-13 amminoacidi."

In un nuovo approccio, i ricercatori hanno confrontato la chimica quantistica di tutti gli amminoacidi utilizzati dalla vita sulla Terra con la chimica quantistica degli amminoacidi provenienti dallo spazio, portato su meteoriti, così come con quello delle moderne biomolecole di riferimento. Hanno scoperto che i nuovi amminoacidi erano diventati sistematicamente più morbidi, cioè., più prontamente reattivi o inclini a subire cambiamenti chimici. "La transizione dalla chimica morta là fuori nello spazio alla nostra biochimica qui oggi è stata caratterizzata da un aumento della morbidezza e quindi una maggiore reattività dei mattoni, " ha spiegato Moosmann. I ricercatori hanno potuto verificare i risultati dei loro calcoli teorici in esperimenti biochimici. Anche gli aspetti funzionali devono aver giocato un ruolo significativo per quanto riguarda gli amminoacidi più recenti poiché questi nuovi arrivati ​​difficilmente mostrano particolari vantaggi quando si tratta di costruire proteine strutture.

Però, in primo luogo rimaneva il problema del perché gli amminoacidi morbidi fossero stati aggiunti alla cassetta degli attrezzi. Con cosa avrebbero dovuto reagire esattamente questi amminoacidi prontamente reattivi? Sulla base dei loro risultati, i ricercatori concludono che almeno alcuni dei nuovi amminoacidi, soprattutto metionina, triptofano, e selenocisteina, sono stati aggiunti come conseguenza dell'aumento dei livelli di ossigeno nella biosfera. Questo ossigeno ha promosso la formazione di radicali liberi tossici, che espone gli organismi e le cellule moderne a un massiccio stress ossidativo. I nuovi amminoacidi hanno subito reazioni chimiche con i radicali liberi e quindi li hanno eliminati in modo efficiente. I nuovi amminoacidi ossidati, a sua volta, erano facilmente riparabili dopo l'ossidazione, ma proteggevano altre e più preziose strutture biologiche, che non sono riparabili, dai danni indotti dall'ossigeno. Quindi, i nuovi amminoacidi fornivano ai remoti antenati di tutte le cellule viventi un vantaggio di sopravvivenza molto reale che consentiva loro di avere successo nei settori più ossidanti, "coraggioso" nuovo mondo sulla Terra. "Con questo in vista, potremmo caratterizzare l'ossigeno come l'autore che aggiunge il tocco finale al codice genetico, " ha dichiarato Moosmann.