22.10.2020 - Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU)

Química prebiótica - En el principio, había azúcar

El químico informa de una vía de reacción en la que los minerales catalizan la formación de azúcares en ausencia de agua

Las moléculas orgánicas formaron la base de la evolución de la vida. Pero, ¿cómo pudieron los precursores inorgánicos dar lugar a ellas? Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) en Munich, el químico Oliver Trapp ahora informa de una vía de reacción en la que los minerales catalizan la formación de azúcares en ausencia de agua.

Hace más de 4.000 millones de años, la Tierra estaba muy lejos de ser el Planeta Azul en el que se convertiría más tarde. En ese momento acababa de empezar a enfriarse y, en el curso de ese proceso, se formaron las zonas estructurales concéntricas que se encuentran cada vez más profundamente bajo nuestros pies. La Tierra primitiva estaba dominada por el vulcanismo, y la atmósfera estaba compuesta de dióxido de carbono, nitrógeno, metano, amoníaco, sulfuro de hidrógeno y vapor de agua. En este entorno decididamente inhóspito se formaron los bloques de construcción de la vida. ¿Cómo pudo suceder esto?

Los investigadores han estado desconcertados con esta pregunta durante décadas. El primer avance fue hecho en 1953 por dos químicos, llamados Stanley Miller y Harold C. Urey, en la Universidad de Chicago. En sus experimentos, simularon la atmósfera de la Tierra primordial en un sistema de reacción cerrada que contenía los gases mencionados anteriormente. Se calentó un 'océano' en miniatura para proporcionar vapor de agua, y se pasaron descargas eléctricas a través del sistema para imitar los efectos de los relámpagos. Cuando analizaron los productos químicos producidos en estas condiciones, Miller y Urey detectaron aminoácidos - los constituyentes básicos de las proteínas - así como un número de otros ácidos orgánicos.

Se sabe ahora que las condiciones empleadas en estos experimentos no reflejaban las que prevalecían en la Tierra temprana. Sin embargo, el experimento de Miller-Urey inició el campo de la evolución química prebiótica. Sin embargo, no arroja mucha luz sobre cómo podrían haberse generado otras clases de moléculas que se encuentran en todas las células biológicas, como los azúcares, las grasas y los ácidos nucleicos. Sin embargo, estos compuestos son ingredientes indispensables del proceso que dio lugar a las primeras bacterias y, posteriormente, a las cianobacterias fotosintéticas que produjeron oxígeno. Por ello, Oliver Trapp, profesor de química orgánica en LMU, decidió centrar su investigación en la síntesis prebiótica de estas sustancias.

Desde el formaldehído hasta el azúcar

La historia de las rutas sintéticas de los precursores más pequeños a los azúcares se remonta a casi un siglo antes del experimento Miller-Urey. En 1861, el químico ruso Alexander Butlerov demostró que el formaldehído podía dar lugar a varios azúcares a través de lo que se conoció como la reacción de la formosa. Miller y Urey de hecho encontraron ácido fórmico en sus experimentos, y puede ser fácilmente reducido para producir formaldehído. Butlerov también descubrió que la reacción de la formosa es promovida por una serie de óxidos e hidróxidos metálicos, incluyendo los de calcio, bario, talio y plomo. En particular, el calcio está disponible en abundancia en la superficie de la Tierra y debajo de ella.

Sin embargo, la hipótesis de que los azúcares podrían haberse producido a través de la reacción de la formosa tropieza con dos dificultades. La reacción de la formosa "clásica" produce una mezcla diversa de compuestos, y sólo tiene lugar en medios acuosos. Estos requisitos están en desacuerdo con el hecho de que se hayan detectado azúcares en los meteoritos.

Junto con sus colegas de LMU y el Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, Trapp decidió por lo tanto explorar si el formaldehído podría dar lugar a azúcares en un sistema de fase sólida. Con el fin de simular los tipos de fuerzas mecánicas a las que se habrían sometido los minerales sólidos, todos los componentes de la reacción se combinaron en un molino de bolas - en ausencia de disolventes, pero añadiendo suficiente formaldehído para saturar los sólidos en polvo

Y de hecho, se observó la reacción de la formosa y se encontraron varios minerales diferentes para catalizarla. El formaldehído se adsorbió a las partículas sólidas, y la interacción dio lugar a la formación del dímero de formaldehído (glicolaldehído) - y la ribosa, el azúcar de 5 carbono que es un componente esencial del ácido ribonucleico (ARN). Se cree que el ARN se ha fusionado antes que el ADN, y sirve de depósito de información genética en muchos virus, además de proporcionar las plantillas para la síntesis de proteínas en todos los organismos celulares. En los experimentos también se obtuvieron azúcares más complejos, junto con algunos subproductos, como el ácido láctico y el metanol.

"Nuestros resultados proporcionan una explicación plausible para la formación de azúcares en la fase sólida, incluso en entornos extraterrestres en ausencia de agua", dice Trapp. También suscitan nuevas preguntas que pueden apuntar a nuevas e inesperadas rutas prebióticas hacia los componentes básicos de la vida tal como la conocemos, como afirma Trapp. "Estamos convencidos de que estos nuevos conocimientos abrirán perspectivas totalmente nuevas para la investigación sobre la evolución prebiótica y química", dice.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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