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O mundo RNA, e as origens da vida

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1 O mundo RNA, e as origens da vida em Dom Nov 08, 2015 7:27 am

O  mundo RNA, e as origens da vida

http://elohim.heavenforum.org/t175-o-mundo-rna-e-as-origens-da-vida

A questão da síntese completa de nucleotídeos de RNA tem sido um grande obstáculo para a Hipótese de um mundo RNA  . O açúcar encontrado na espinha dorsal do DNA e RNA, ribose, tem sido particularmente problemático, desde que  os esquemas de reacção química pré-bioticamente mais plausíveis têm tipicamente produzido apenas uma pequena quantidade de ribose misturado com uma variedade diversa de outras moléculas de açúcar. 1

Não há provas de que as moléculas de RNA já tiveram a ampla gama de atividades catalíticas

O teórico sobre a origem da vida Leslie Orgel observa que :

um "mundo RNA" só poderia formar a base para a vida ", se RNA prebiótico tivesse duas propriedades não evidentes hoje: a capacidade de se replicar sem a ajuda de proteínas e uma capacidade de catalisar  cada passo da síntese de proteínas." O mundo RNA é, portanto, um sistema hipotético pelaqual há pouca evidência positiva, e muitoa filosofia materialista:
"Os eventos precisos que deram origem ao mundo de RNA ainda não estão claros ... investigadores propuseram muitas hipóteses, mas a evidência em favor de cada um deles é fragmentária na melhor das hipóteses. Os detalhes completos sobre como o mundo do RNA, e vida, surgiu não pode ser revelado em no futuro próximo.

A melhor prova reivindicada  de um "mundo RNA" inclui o fato de que há genomas e  enzymas RNA, e que as células utilizam RNA para converter o código de DNA para  proteínas. No entanto, o RNA desempenha apenas um papel de apoio na célula, e não existe um sistema bioquímico conhecido completamente composto por RNA.

Cientistas especializados no RNA  criaram uma variedade de moléculas de RNA que podem desempenhar funções bioquímicas através do que é vulgarmente chamado de "tubo de ensaio evolutivo." No entanto, "a evolução de ensaio de tubo " é apenas uma descrição para o que é, na realidade, nada mais do que a engenharia química no laboratório empregando princípios darwinianos; que não implica que existe algum caminho conhecido através do qual estas moléculas poderiam surgir naturalmente
.

A fim que  uma molécula possa ser um auto replicador,  tem que ser um homopolímero, dos quais o esqueleto tem de ter as mesmas unidades repetitivas; eles têm de ser idênticos. No mundo prebiótico, a geração de um homopolímero foi no entanto impossível.

Steven A. Benner, Ph.D. Químico de Harvard, proeminente pesquisador da origem da vida e criador da Fundação para a Evolução Molecular Aplicada, foi publicou no Huffington Post em 06 de dezembro de 2013. Nele, ele disse:

"Temos falhado de  forma contínua para proporcionar uma receita que começa a partir das moléculas simples que sabemos estavam presentes na Terra primitiva de RNA".

Leslie Orgel:

Seria preciso um milagre se uma fita de RNA aparecer na Terra primitiva.

(Dover, 1999, p. 218).

Eu teria pensado que relevante apontar para biólogos em geral, que não um RNA auto-replicante surgiu até o momento a partir da quatrilhões (10^24) de sequências de RNA sintetizadas artificialmente,  aleatóriamente.

Joyce e Orgel, notam:  Parece improvável que uma estrutura com menos de 40 nucleótidos seria suficiente. Suponha-se, então, que "há cerca de 50-mer [molécula de RNA de 50 nucleotídeos de comprimento]", Joyce e Orgel especulam :  uma "replica com 90% de fidelidade. ... Seria de esperar que uma tal molécula pudesse ocorrer dentro de uma população de RNAs aleatórios? "

Talvez, mas uma tal molécula auto-replicante não será suficiente.

"A menos que a molécula pode literalmente copiar a si mesmo", Joyce e Orgel notam ", isto é, agir simultaneamente como modelo e catalisador, deveriam encontrar outra cópia de si mesmo que  pode usar como modelo." Copiar qualquer RNA com sequencia aleatória na sua vizinhança conduzirá a uma catástrofe de erro, tal como a população de RNA irá decair para um conjunto de sequências aleatórias. Mas seria necessário  encontrar outra cópia de si mesmo, para que auto-replicação de RNA pudesse acontecer.

Diante dessas dificuldades, eles aconselham, é preciso rejeitar

o mito de uma molécula de RNA auto-replicante que surgiu de novo a partir de uma sopa de polinucleótidos aleatórios. Não só é tal noção irrealista à luz de nossa compreensão atual da química prebiótica, mas deve forçar a credulidade até mesmo dos mais otimista do potencial catalítico de RNA.

Problemas com as propostas de um mundo RNA

Problema 1: Havia uma piscina prebiótico de beta-D-ribonucleotídeos. 2

Beta-D-ribonucleótidos são compostos constituídos de purina (adenina ou guanina) ou  pirimidina (uracilo ou citosina) ligada à posição de 1'-ribose na configuração beta.
Existe, além disso, um grupo fosfato ligado à posição 5 'da ribose. Para as quatro ribonucleótidos diferentes neste cenário prebiótico, haveria centenas de outros isómeros possíveis. Mas cada um destas quatro ribonucleótidos é constituído por três componentes: uma purina ou pirimidina, um açúcar (ribose), e fosfato. É altamente improvável que qualquer uma das subunidades necessários teria acumulado em mais do que quantidades vestigiais na Terra primitiva. Considere ribose. A via prebiótica proposta que conduziu a este açúcar, a reacção Formose, é especialmente problemática. Sequências pré-bioticamente  plausíveis de passos para os precursores deste derivado de ribose e a partir dele para os nucleotídeos padrão não são óbvias. 3

A improbabilidade de síntese de ácido nucleico prebiótico.

Muitas hypoteses sobre a origem da vida assumem que a síntese espontânea de um ácido nucleico de auto-replicação poderia ocorrer facilmente. Existem porém obstáculos químicos graves, que no entanto tornam este evento extremamente improvável. Sínteses prebiótica  de adenina a partir de HCN, de ribose destra e sinistra a partir de adenosina, e de adenosina a partir de adenina e D-ribose foram efetivamente demonstrados. No entanto, estes procedimentos em laboratório utilizam materiais de partida puros, proporcionam rendimentos fracos, e são efetuados sob condições que não são compatíveis uns com os outros. Quaisquer componentes de ácidos nucleicos que foram formadas na terra primitiva tenderiam a hidrolisar por um número de vias. A sua polimerização seria inibida pela presença de um grande número de substâncias relacionadas que reagem preferencialmente com eles. Parece provável que os ácidos nucleicos não foram formadas por vias prebióticos.

As substâncias de nitrogenio reagem com formaldeído, os intermediários nas vias para formar açúcares, e açúcares de  formar materials  não-biológicos. Além disso, como Stanley Miller e seus colegas relataram, "ribose e outros açúcares têm meia-vida surpreendentemente curtas para decomposição em pH neutro, o que torna muito improvável que os açúcares estavam disponíveis como reagentes prebióticas."

Se os principais componentes de nucleotídeos (as purinas e pirimidinas corretas, ribose e fosfato) não estavam presentes, a possibilidade de obtenção de uma poça ou lagoa de quatro beta-D-ribonucleotídeos com ligações corretas seria remota, de fato.

Se este postulado, o primeiro e mais importante pressuposto, não é válido, por consequencia, em seguida, toda a hipótese de um mundo RNA formado por processos naturais torna-se insignificante. Embora atraente, existem vários problemas sérios para poder alegar  que a vida começou com RNA

Antes que primeira molécula de RNA poderia ter vindo a existir, moléculas constituintes menores necessárias tinham que surgir na terra primitiva. Estes incluem um açúcar conhecido como ribose, moléculas de fosfato , e as quatro bases de nucleótidos de RNA (adenina, citosina, guanina, e uracilo ). Acontece, porém, que não apenas sintetizar e manter estes blocos construtivos  para produzir RNA essenciais, particularmente ribose (o açúcar incorporado  nos nucleótidos) e as bases de nucleótidos, tem-se revelado extremamente  difícil ou impossível de fazer sob condições realistas prebióticas.

Stanley Miller concluiu em 1998 que

"A origem  de vida em altas temperaturas envolvendo estes compostos [as bases de RNA] é, portanto, pouco provável."

Robert Shapiro:

a presunção de que "a bases, adenina, citosina, guanina e uracila foram prontamente disponíveis na Terra primitiva" "não é suportado pelo conhecimento existente sobre a química básica dessas substâncias.

A hipótese do mundo RNA enfrenta um obstáculo ainda mais agudo, mas relacionado, uma espécie de problema " o que veio primeiro, o ovo, ou a galinha ? ". A presença dos produtos químicos ricos em nitrogenio necessário para a produção de bases nucleotídicas impede a produção de açúcares de ribose. No entanto, as bases, tanto as sequências de nucleótidos e de ribose são necessários para a construção de RNA.


Dean Kenyon explica

"As condições químicas propostas para a síntese prebiótica de purinas e pirimidinas  são acentuadamente incompatíveis com as previstas para a síntese de
ribose. "


Shapiro concludes:

“The evidence that is currently available does not support the availability of ribose on the prebiotic earth, except perhaps for brief periods of time, in low concentration as part of a complex mixture, and under conditions unsuitable for nucleoside synthesis.”

Shapiro conclui:

"As evidências não suportam a disponibilidade de ribose na Terra pré-biótica, exceto, talvez, por breves períodos de tempo, em baixa concentração, como parte de uma mistura complexa, e em condições inadequadas para a síntese de nucleosídeos".

Problema 2: As ribozimas são pobres substitutos para as proteínas

RNA pode executar apenas alguns papéis funcionais menores e, em seguida, geralmente como resultado de direção  de cientistas intencionalmente  catalisar RNA (ou as ribozimas) em questão.

Por esta razão, alegando que RNA catalítico poderia substituir proteínas nos primeiros estágios de evolução química é extremamente problemático. Dizer o contrário seria como afirmar que um  carpinteiro não precisaria qualquer ferramenta além de um martelo para construir uma casa, porque o martelo realizadaria duas ou três funções de carpintaria. É verdade, um martelo  executa algumas funções de carpintaria, mas a construção de uma casa requer muitas ferramentas especializadas que podem executar uma grande variedade de funções específicas de carpintaria. Da mesma forma, as moléculas de RNA podem executar algumas das funções que milhares de diferentes proteínas executam em células "simples" individuais, mas isso não quer dizer que as moléculas de RNA podem executar todas as funções celulares necessárias.

Problema 3: Uma sistema de e de codificação e tradução baseado no RNA é implausível

Para evoluir além do mundo do RNA, um sistema de replicação baseado no RNA, eventualmente, teria que começar a produzir proteínas, e não apenas quaisquer proteínas, mas proteínas capazes de fabricação de proteínas dirigido por molde. Mas para que isso ocorra, o replicador de RNA primeiro seria necessário para produzir máquinas para a construção de proteínas. Em células modernas é necessário de muitas proteínas para construir proteínas. Assim, como um primeiro passo para a construção de proteínas, o replicador primitivo seria necessário para produzir moléculas de RNA capazes de executar as funções das proteínas modernas envolvidas na tradução. Presumivelmente, essas moléculas de RNA seriam necessárias para executar as funções dos vinte tRNA sintetases específicas e as cinqüenta proteínas ribossomais ,

entre as muitas outras proteinas envolvidas na tradução. Ao mesmo tempo, o RNA replicador seria necessário para produzir muitos dos tRNA's e mRNA's que transportam a informação para construir as primeiras proteínas. Estes mRNAs teriam de ser capazes de direcionar a síntese de proteínas utilizando, em primeiro lugar, as máquinas  de síntese de proteínas baseadas em ribozimas e, em seguida, mais tarde, a maquinaria de síntese de proteína-permanente e predominantemente baseada em proteína. Em suma, o mundo de RNA teria que ser capaz de  desenvolver um sistema de codificação e tradução inteiramente baseado em RNA e também gerar as informações necessárias para construir as proteínas que mais tarde seriam necessárias para substituí-lo.

Isto é uma exigência extraordinária. A célula constrói proteínas a partir da informação armazenada no transcrito de mRNA (isto é, a cópia) da molécula de DNA original. Para fazer isso, uma célula bacteriana depende de um sistema de tradução e codificadora consistindo de 106 proteínas distintas mas funcionalmente integradas além de vários tipos diferentes de moléculas de RNA (tRNAs, mRNAs, e rRNAs). Este sistema inclui o ribossoma (que consiste de cinquenta distinta partes de proteína), os vinte tRNA sintetases distintas, vinte moléculas de tRNA distintos com suas anticódons específicos (os quais incorporam conjuntamente o código genético), várias outras proteínas, de livre flutuação aminoácidos, moléculas de ATP (energia), e em último mas não menos informações ricas transcritas de mRNA para dirigir a síntese de proteínas. Além disso, muitas das proteínas do sistema de tradução de executar múltiplas funções que catalisam transformações químicas de múltiplos passos coordenados.

Ao contrário de catalisadores de RNA (ribozimas), as enzimas à base de proteínas envolvidas na tradução desempenham múltiplas funções, muitas vezes em estreita integração ou de maneira coreografada. Ribozimas, no entanto, são os pôneis de um truque do mundo molecular. Normalmente, eles podem executar uma subfunção das diversas funções coordenadas que uma enzima correspondente  executada. Mas eles não podem executar toda a gama de funções necessárias, nem podem fazê-lo com a especificidade necessária para executar as muitas reações sequencialmente coordenadas  que ocorrem durante a tradução.

Produzindo os complexos moleculares necessários para a tradução requer acoplamento de vários truques- reações múltiplas cruciais de uma maneira estreitamente integrada (e praticamente simultânea). Catalisadores de RNA - pequenas enzimas  não podem fazer isso.

Problema 4: O Mundo do RNA não explica a origem da informação genética

Mesmo se um sistema de ribozimas para produzir proteínas tivesse surgido a partir de um replicador de RNA,  o sistema de moléculas ainda precisa de modelos ricos em informação para a construção de proteínas específicas. Defensores do mundo RNA não tem como explicar a origem dessas informações além apelos vagos ao acaso. Este não é uma explicação plausível para as informações necessárias para a construção de até mesmo uma proteína de comprimento modesto, muito menos um conjunto de moldes de RNA para a construção das proteínas necessárias para estabelecer um sistema de tradução à base de proteínas e código genético. Explicar como os blocos de construção de RNA poderiam ter-se organizados em sequências ricas em informação não é mais fácil do que explicar como as partes do DNA poderia ter feito isso, dada a duração necessária e especificidade destas moléculas.

Novas descobertas desafiam suposições sobre as origens da vida 5

http://phys.org/news/2013-09-assumptions-life.html#jCp

September 13, 2013
Para a hipótese ( do mundo RNA ) ser correta, catalisadores de RNA antigos teriam que copiar vários conjuntos de modelos RNA quase tão precisamente quanto  enzimas modernas o fazem hoje. Isso é difícil de acreditar; os cientistas calculam que levaria muito mais tempo do que a idade do universo para moléculas de RNA geradas aleatoriamente pudessem  evoluir o suficiente para atingir o nível de sofisticação moderna. Dada a idade de 4,5 bilhões de anos da Terra, os sistemas vivos que estivessem funcionando inteiramente mediante o RNA não poderiam ter replicado e evoluido  o rápido suficiente ou com precisão suficiente para dar lugar à grande complexidade biológica na Terra hoje.

A hipótese do mundo do RNA: o pior teoria da evolução inicial da vida 6

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22793875

(i) O RNA é uma molécula complexa demais para ter surgido pré-bioticamente;
(ii) RNA é inerentemente instável;
(iii) a catálise é uma propriedade relativamente rara apenas de  seqüências longas de RNA; e
(iv) o repertório catalítico de RNA é muito limitado.



1) http://exploringorigins.org/nucleicacids.html
2) http://www.arn.org/docs/odesign/od171/rnaworld171.htm
3) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC18793/
4) http://creation.com/origin-of-life-critique
5) http://phys.org/news/2013-09-assumptions-life.html#jCp
6) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22793875



Última edição por Otangelo em Dom Nov 08, 2015 3:18 pm, editado 1 vez(es)

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Alguns trechos do livro

A origem de replicação e tradução no mundo RNA

The Logic of Chance: The Nature and Origin of Biological Evolution By Eugene V. Koonin de 2011
http://www.goodreads.com/book/show/12532911-the-logic-of-chance

http://reasonandscience.heavenforum.org/t2234-the-origin-of-replication-and-translation-and-the-rna-world

a própria origem dos primeiros organismos apresenta, pelo menos, uma aparência de um paradoxo, porque um certo nível mínimo de complexidade é necessário para fazer a auto-replicação possível ; replicação de alta-fidelidade requer funcionalidades adicionais que precisam ainda mais informação a ser codificada (Penny, 2005)

A própria replicase é produzida por tradução dos mRNA respectivo (s), que é mediada pelo aparelho imensamente complexo ribossómico. Assim, o paradoxo dramático da origem de vida é que, para atingir a complexidade mínima necessária para um sistema biológico para iniciar na espiral Darwin-Eigen, um sistema de uma complexidade muito maior parece ser necessária.

Como tal sistema poderia evoluir é um quebra-cabeça que derrota o pensamento evolucionário convencional, tudo o que é de cerca de sistemas biológicos que se deslocam ao longo da espiral; a solução é obrigada a ser incomum.

reconstruções genómicas comparativas do repertório de genes do Luca (S) apontam para um complexo sistema de tradução que inclui, pelo menos, 18 dos 20 aminoacil-ARNt sintetases (RAA), vários fatores de tradução, pelo menos 40 proteínas ribossomais, e várias enzimas envolvidas na rRNA e modificação de tRNA. Afigura-se que o núcleo do sistema de tradução já foi totalmente moldado em LUCA (S) (Anantharaman, et al., 2002)

A origem da vida ou, para ser mais preciso, a origem dos primeiros sistemas replicadores e a origem da tradução continua sendo um grande enigma, e o progresso na solução desses problemas tem sido muito modesto no caso de tradução, quase insignificante.

Quando se considera a origem das primeiras formas de vida, se enfrenta o problema da galinha e do ovo proverbial: O que veio primeiro, o DNA ou proteína, o gene ou o produto? Nessa forma, o problema pode ser claramente insolúvel devido ao paradoxo Darwin-Eigen: Para replicar e transcrever DNA, são necessárias as proteínas funcionalmente ativas, mas a produção destas proteínas requer replicação precisa, de transcrição, tradução e de ácidos nucleicos. Se uma cola para a tríade do dogma central, é impossível prever o que poderia ser o material de partida para a ciclo-Darwin Eigen. Mesmo a remoção de DNA a partir da tríade e postulando que o material genético original consistia de RNA (reduzindo assim a tríade para uma díade), embora uma ideia importante, não ajuda muito, porque o paradoxo permanece. Para a evolução em direção a uma maior complexidade para decolar, o sistema precisa de alguma forma começar com o ciclo de Darwin-Eigen antes de estabelecer o feedback entre os (RNA) modelos (o componente de informações do sistema replicador) e proteínas (o componente executivo).

Trinta anos atrás, nenhuma atividade catalítica foi relatada para qualquer molécula de RNA para catalisar qualquer reação ; Agora, estamos conscientes de dezenas de atividades de ribozimas, incluindo algumas, como aminoacilação altamente eficiente, que promovem o sistema de tradução. No entanto, trata-se de todas as boas notícias; o resto é mais como uma ducha fria sóbria.

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3 Re: O mundo RNA, e as origens da vida em Qui Dez 31, 2015 10:25 am

Admin


Admin
Biossíntese das bases de RNA

Como os ribonucleotídeos se formaram  na terra primitiva? Este é um problema muito difícil.A síntese de aminoácidos de Stanley Miller mediante a simulação de uma atmosfera redutora (2),  foi o paradigma para a síntese pré-biótica por muitos anos, então a princípio, era natural supor que métodos semelhantes iriam seguir com igual sucesso no campo de nucleotídeos. No entanto, os nucleótidos são intrinsecamente mais complicados do que os aminoácidos, e é de modo algum óbvio que podem ser obtidos em poucos passos simples, sob condições pré-bióticas. Uma síntese notável de adenina (3) e sínteses mais ou menos plausíveis  de bases de pirimidina de nucleosídeos (4) foram relatados, mas a síntese de ribose e a combinação regioespecïfica das bases, ribose e de fosfato para se obter p-nucleotídios permanecem problemáticos .

Novos polímeros potencialmente replicantes que foram descritos até agora, como os ácidos nucleicos, são formados através da junção de unidades monoméricas relativamente complexas. É difícil ver como poderiam ter acumulados na terra primitiva. Um cenário plausível para a origem da vida deve, portanto, esperar a descoberta de um polímero genético mais simples do RNA e uma rota eficiente, potencialmente pré-biótica, sintética para os componentes monômeros . A sugestão de que moléculas orgânicas relativamente puras e complexas podem ser disponibilizadas em grandes quantidades através de  auto-organização, ciclos autocatalíticos podem, em princípio, ajudar a explicar a origem dos componentes monômeros . Tenho enfatizado a implausibilidade da sugestão de que os ciclos complicados poderiam se auto-organizar, e a importância de aprender mais sobre o potencial de superfícies para ajudar a organizar os ciclos simples.

No artigo:  Systems chemistry on early Earth ( Sistemas químicos da terra primordial ) 2 Jack W. Szostak escreve :
A compreensão de como a vida surgiu na Terra é um dos maiores desafios que a química moderna enfrenta. Por 40 anos, os esforços para compreender a síntese pré-biótica dos blocos de ribonucleotídeos RNA foram baseados na suposição de que  devem ter montados a partir de seus três componentes moleculares: uma nucleobase (que pode ser adenina, guanina, citosina ou uracilo), um açúcar ribose e um fosfato. Das muitas dificuldades encontradas por aqueles no campo, a maior frustração foi  o fracasso de encontrar alguma maneira de unir corretamente as  nucleobases de pirimidina - citosina e uracilo - para ribose3 (Fig. 1a). A idéia de que uma molécula tão complexa como RNA poderia ter montada espontaneamente em consequencia, foi enxergada com  aumento ceticismo.



Figura 1 : Teorias de sínteses prebióticas de ribonucleotídeos pirimidina. A idéia de that o RNA poderia ter-se formado espontaneamente na terra primitiva inspirou uma busca de sínteses pre-bióticas viáveis de ribonucleotídeos, Os blocos de Construção de RNA.
a)  A opinião tradicional é que o açúcar ribose e componentes de nucleobases ribo nucleotídios formaram separadamente e depois combinaram. Mas não foram encontradas reações  plausíveis em que os dois componentes poderiam ter se unidos.
b) Powner et al.mostraram que um único intermediário de 2-aminooxazole  poderia ter contribuído com  átomos tanto para o açúcar e porções de nucleobases pirimidina ribonucleotídeos, de modo que os componentes não teriam que se formar separadamente.

1) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC18793/
2) Systems chemistry on early Earth, Nature magazine, Vol 459|14 May 2009, Jack W. Szostak

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4 Ou viemos do "mundo do RNA"? em Qui Dez 31, 2015 5:24 pm

Admin


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Ou viemos do "mundo do RNA"?

Fomos planejados : 




Figura 1. No princípio era o RNA, e o RNA estava na "sopa primordial", e o RNA era "o cara". Ele estava no princípio e ele foi o princípio de tudo. Todas as outras coisas como as proteínas e o DNA foram feitas por ele, e sem o RNA nada do que foi feito se fez, e a trindade RNA/DNA/Proteínas foi estabelecida. E as proteínas eram sem forma e vazias. Mas quando as chaperonas se tornaram disponíveis, as proteínas ganharam formas 3D úteis. E disse o RNA haja Vida, e houve Vida. Esse é o genesis naturalista.
No "mundo do RNA", para uma "super molécula" do tipo ovo-galinha é dada a tarefa de iniciar à Vida. Nesse "mundo" inexistiam mecanismos elaborados para a síntese protéica, e assim o RNA teve que aparecer - sabe-se lá como - e constituir tanto a base genética como enzimática dos primeiros organismos. Frente a um dos maiores dilemas ovo-galinha da Vida - quem veio primeiro, um RNA/DNA ou as proteínas-enzimas, ou os ribossomos feitos de RNA mais proteínas, ou os t-RNA e suas t-RNA sintetases, ou os AAs que elas usam? - e com a sua inesgotável imaginação em encontrar cenários hipotéticos - qualidade na qual os evolucionistas são insuperáveis - a hipótese do "mundo do RNA"1 foi elaborada. Nesse "mundo" se especula então que nem o ovo nem a galinha vieram primeiro, mas os dois vieram juntos, e "fundidos" nessa única molécula. Um "super RNA" passa então a fazer a função tanto de ovo como de galinha, ou de uma galinha com o ovo dentro - resolvendo o dilema - adquirindo assim o status de uma molécula "ovo-galinha" ou um "super RNA primordial".
A hipótese do "mundo do RNA"2 se fundamenta na capacidade que alguns -poucos e longos - RNA exibem, a "meia-boca", de armazenar, transmitir e duplicar informação genética, tal qual o DNA. Alguns RNA as vezes mostram também capacidade catalítica similar a algumas enzimas. Esses "raros" RNA são chamados de ribozimas, e clivam e catalisam ligações fosfodiésteres. Tem sido observado também que tais "super RNA" podem catalisar ligações peptídicas entre AAs. Ao se perceber então estas duas propriedades, como os que exibem r-RNA encontrados em ribossomos, além da capacidade de se autocopiarem (replicação), e sabendo que o RNA, além de enzima, também funciona hoje na Vida como carreador de informação genética para a síntese (nos ribossomos) de proteínas transmitindo através dos m-RNA e t-RNA a informação armazenada no DNA, imaginou-se - e foi muita imaginação mesmo - o cenário de um "mundo prebiótico" governado por moléculas de RNA. A Figura 2 resume as etapas evolutivas de tal cenário imaginário.





Figura 2. No início era o "super RNA", que se forma por um "passe de mágica" e se autoreplica, e mais ainda, sai fazendo várias "magias" como a de catalisar simultâneamente a síntese de proteínas funcionais e de codificar o DNA.
No princípio do "mundo do RNA" (1) e a partir de nucleotídeos (Figura 3) presentes na sopa primordial, ocorre - sabe-se lá como - a polimerização destes nucleotídeos formando-se "pequenos" polímeros de RNA. Tais polímeros, por sorte, se mostram autocatalíticos e autorreplicantes. Na etapa (2), o processo de replicação do RNA se inicia catalizado por aqueles RNA especiais, as "ribozimas". Funcionando então agora como moldes, estes "super RNAs" (3) prebióticos capturam AAs da sopa primordial e assim catalizam a síntese de proteínas, e pasmem, proteínas certas e funcionais. Em uma etapa (4) ainda mais espetacular, e eletrizante, o RNA demonstra então seus verdadeiros "super poderes supremos" pois agora dá partida à "Vida" nesse planeta, pois codifica (orquestra) a síntese tanto do DNA como de proteínas. É o super-RNA, tão poderoso que deve ter sido também o provável ancestral do "Super Homem" (Figura 4)!





*Figura 3. Nucleotídeos, formados por três tipos de espécies químicas: um ânion fosfato, um açúcar - a D-ribose - e uma das quatro bases nitrogenadas heterocíclicas.





Figura 4. O "super RNA" primordial. Teria sido ele o ancestral molecular do Super Homem!
Ou seja, neste ponto, a super molécula ovo-galinha finalmente se divide, no ovo (DNA) e na galinha (proteínas-enzimas). Por fim, na etapa (E), "surge" uma membrana celular - fosfolipídica dupla camada, pois outra não serviria - que encapsula a "Vida" prebiótica. O LUCA assim se forma e o ciclo observado na Vida hoje se estabelece: DNA → RNA → proteínas-enzimas → DNA! Resumindo então o soneto da ópera, a hipótese sobre a origem da Vida via "mundo do super RNA" se apoia na capacidade dupla do DNA de guardar informação genética e catalisar reações químicas. Assim acredita-se - e com muita "fé" - que tal RNA teria precedido tanto o DNA como as proteínas, que supostamente evoluíram depois dele.
Então, será que tal "super RNA" - com tais super poderes de catálise, síntese e codificação - tornaria finalmente a evolução química viável, ao nível molecular? Encontramos a saída do dilema ovo-galinha fundindo o ovo com a galinha? A resposta é ainda um "nãozão". E por quê não? Porque há seríssimos problemas nesta hipótese, que são rapidamente percebidos quando se sabe um pouco de Química. Mas quais seriam tais problemas?
Problema 1. Note que ao passarmos da hipótese que assume um "mundo das proteínas" essa do "mundo do RNA", complicamos ainda mais a nossa vida pois elevamos nossos problemas de síntese química ao triplo. Pois no mundo do RNA a Vida agora se inicia não com proteínas mas com o "super RNA". Proteínas são feitas de uma única classe de moléculas, os aminoácidos (AAs), mas os RNAs (Figura 2) são feitos não de uma, mas de três classes de compostos: um ânion fosfato, um açúcar (D-ribose), e quatro bases nitrogenadas. E lembre-se que tais bases são moléculas sofisticadíssimas, compostos heterociclicos aromáticos de altíssima inteligência química que tem um ou dois anéis e que podem estabelecer entre si duas ou três ligações de hidrogênio. Assim, como no "mundo das proteínas", teremos no "mundo do RNA" os mesmo problemas de disponibilidade e concentração de reagentes. Mas agora não somente para um tipo de reagente, mas para três tipos diferentes. Ou seja, a etapa (1) do mundo do RNA não é tanto assim uma hipótese, mas está bem mais para um "delírio químico". Pois nucleotídeos e seus polímeros são "obras de arte" em síntese. Pior ainda, nucleotídeos são bem instáveis. E o pior dos piores: químicos sabem muito bem que as condições que favorecem a síntese de açúcares são incompatíveis com as condições de síntese de bases nitrogenadas. Como então imaginar um cenário em que duas moléculas incompatíveis estariam sendo sintetizadas e disponíveis - as duas - na sopa primordial? No mesmo tempo e no mesmo lugar? E como se imaginar que o açucar certo (D-ribose), o único que parece estabilizar bem a dupla hélice do DNA, e as quatro bases nitrogenadas certas? E o "super RNA" milagrosamente sendo lá formado e também milagrosamente sendo lá preservado, sem degradar, por tempo suficiente para fazer ele próprio seus milagres? Tal cenário seria viável?
Problema 2. Perceba, então, que na síntese do "super RNA autocatalítico e autorreplicante", o primeiro "milagre triplo" de disponibilidade das três classes de compostos, incompatíveis em suas sínteses, teria que ser também acompanhado por um segundo milagre. Pois sabemos que somente algumas poucas sequências específicas de nucleotídeos em RNAs são autocatalíticas. Assim, o "super RNA" teria que ser também um "RNA super sortudo", que não só se formaria nessas condições tão inóspitas, mas já se formaria com a sequência certa. E não é uma "sequênciazinha curtinha" não, mas uma que envolveria várias dezenas de bases nitrogenadas, pelo menos umas 150 delas. Ai você pergunta: qual a probabilidade disso ter ocorrido? E eu te respondo: algo próximo ao dilema de Émile Borel, dos macacos digitando Shakespeare! Probabilidade tão improvável que esgota todos os recursos probabilísticos desse Universo, ou de uma coleção deles.
Se você acha que a estatística já foi muito cruel com o "mundo do RNA", espere então para ver a crueldade da Química. Pois para conectar nucleotídeos, é necessário formar ligações entre os ânions fosfato e a ribose. Essas reações são lentíssimas e só ocorrem rapidamente na Vida devido a aceleração (catálise) enzimática. Ou seja, tais reações são aceleradas por enzimas, que são o que? Enzimas são uma sub-classe de proteínas, coisa que o "mundo do RNA" ainda quer formar, mas ainda não formou. E para azedar ainda mais o caldo de tal mundo, sabe-se que os ânions fosfato PO43- precipitam na presença de Ca2+, formando o sal insolúvel de Ca3(PO4)3. E Ca2+ deveria ser abundante na tal "sopa". Haja "fé".
Problema 3. Note ainda que, na etapa (C) da Figura 2, o hiper mega "super sortudo RNA" agora precisa sintetizar uma proteína. Ora, mas este problema já não havia aparecido no "mundo das proteínas"? Sim, isso mesmo. E é exatamente aqui que o caldo, do mundo do RNA, azeda de vez. E vai azedar bem mais quando precisar formar a dupla hélice do DNA. Pois agora nosso "super RNA" terá que contar - mais uma vez - com mais do que toda a sorte deste Universo. Pois precisará sintetizar não uma proteína qualquer, mas uma proteína funcional, com a forma 3D correta! E sem poder contar com os ribossomos que, como todos nós sabemos, é a única fábrica molecular automatizada capaz de ler a receita vinda do DNA, via RNA, e executar ciberneticamente esta função, com a ajuda de seus operários, os t-RNA, reagindo AEs e não AAs e evitando as reações laterias assassinas. E qual a probabilidade da tal proteína ser funcional? Para uma com 150 AAs, 1 em (20)150, ou seja, nenhuma! E ainda mais, neste ponto precisamos ter os AAs ali disponíveis, e em concentrações certas, e todos no mesmo lugar. E para colocar ainda mais "nuvens negras" neste dia "histórico" para a Vida na Terra, teríamos que ter somente AAs, e puros, e somente AAs homoquirais, e do tipo L-AA. E será que o "super poderoso RNA" soube separar e selecionar somente L-AAs homoquirais? E pior, mesmo que toda a sorte do mundo, e de outros mundos também, se somassem e por uma imensa e tremenda sorte uma proteína funcional se formasse, quem teria guardado a receita para repetir a síntese com a mesma sequência se o sistema de armazenamento, transmissão e leitura da informação bioquímica ainda não estava lá operando? Quem me responde essa? Ou seja, o mundo do RNA em nada alivia, mas triplica os problemas para a evolução química, pois "arrasta" consigo todas as restrições químicas do mundo das proteínas, somente adicionando triplicadamente novos problemas, que se tornam ainda mais quimicamente insolúveis.
Problema 4. É, mais nuvens negras à frente nesse "mundo do RNA" cheio de tempestades. Veja que as etapas (1-4) aconteceram em meio aberto, ou seja, em um meio ambiente extremamente hostil, desprotegido, e sem uma membrana dupla camada. Estas etapas deveriam ter ocorrido fora de um ambiente celular, onde sabemos hoje não há Vida. Mas de repente, na etapa 5 da Figura 2, em um lance a mais de "mega hiper sorte", surge tal membrana dupla camada com a missão ad hoc de proteger o RNA. Mas você sabia que as membranas dupla camadas da Vida não são estáveis senão quando um organismo vivo controla as suas propriedades? E são úteis a célula somente quando são a elas conectados portas de entrada e saída, como os canais de Na+ e K+ e os filtros de água, as aquaporinas? Mas sem dar bola a racionalidade química - pois quem liga para isso? - o "super RNA" faz, em um verdadeiro ato a la Mandrake, outra mágica maravilhosa e simplesmente forma um DNA dupla hélice. E um DNA com agora outro tipo de açúcar. Sai a D-ribose e entra a D-dessoxirribose. Pois a D-ribose do RNA perde a sua hidroxila, e a sequência RNA → DNA se inverte, agora para DNA → RNA. E a Uracila do RNA é trocada por Timina. Mas como? E no fim disso tudo, o LUCA finalmente aparece nesse planeta (Figura 1). Dizem que o papel aceita tudo, e a evolução explicada retoricamente, no papel da Figura 2, parece que também faz todo o sentido, não parece? Mas a Química que eu conheço e respeito e entendo, é cruel, e na vida real do laboratório dá nota "zero" a tal hipótese.
Problema 5. Em todos os organismos conhecidos - e não os que imaginam que existiram um dia - é o DNA e não o RNA que armazena o material genético. O DNA tem muitas vantagens sobre o RNA, que o tornam uma molécula muito mais adequada para armazenar o código genético. Primeiro, o DNA é uma molécula que forma uma hélice dupla, enquanto o RNA tem apenas um filamento molecular. A dupla hélice do DNA dá-lhe proteção contra hidrólise pela "pele protetora" de cargas negativas dos ânions fosfato, e a capacidade de ser replicado com maior simplicidade e segurança. O mais importante, porém, é que o DNA e RNA diferem quanto ao açúcar que compõe a espinha dorsal da molécula. A D-dessoxirribose - o açúcar utilizado no DNA - é diferente do usado pelo RNA, a D-ribose (Figura 5). A D-ribose tem um grupo hidroxila (OH) a mais, o que diminui consideravelmente a estabilidade do RNA frente ao DNA. Esse OH, na posição específica que se encontra, inicia as reações químicas que favorecem a degradação do RNA. Por essa razão, o DNA é muito mais estável e o melhor material genético. Obviamente então, o DNA, e não o RNA, foi "escolhido" para armazenar a informação genética. Ao m-RNA foi dado somente o papel de transmitir a informação do DNA, temporariamente (Figura 6). Tudo indica, portanto, que o RNA foi, é, e sempre será impróprio para iniciar Vida.





*Figura 5. A pergunta que não quer calar: o que ou quem arrancou a hidroxila da ribose para que o DNA pudesse ser estável o suficiente para armazenar a informação da Vida?





Figura 6. O Dogma central da Vida. Assim sempre foi, desde o início, os dados indicam!
Mas como, então, há tantos trabalhos científicos publicados sobre o mundo do RNA,5 e tanta anunciada prova científica, com experimentos e mais experimentos mostrando que sim, o RNA poderia se autorreplicar e apresentar propriedades catalíticas, e formar longas sequencias de RNA? Trabalhos naNature, e na Science? Você não sabe como? Então deixa eu te contar como tudo isso tem ocorrido. Nestes trabalhos, os químicos do "mundo do RNA" - espertos que só, pois são químicos - fazem, eles mesmos, duas coisas que na sopa primordial corresponderiam a dois verdadeiros "milagres químicos" e, pior ainda, dois milagres simultâneos. Primeiro, eles iniciam seus experimentos com longos RNA - contendo algumas dezenas de nucleotídeos - moléculas complexas e cuidadosamente sintetizadas em ambientes “protegidos” por químicos inteligentes, e usam para isso reagentes puros, e homoquirais. Depois eles selecionam as sequências de RNA que são sabidamente auto-catalíticas, e esta "seleção inteligente" é aqui necessária pois a maioria das sequências de RNA é inócua. É por essas - e outras artimanhas - que o mundo do RNA é conhecido, intra-muros - não como a solução, mas como o pesadelo3 dos biólogos e químicos evolucionistas (Figura 6).





Figura 6. Um biólogo evolucionista sonhando com as estruturas químicas que ele tem que explicar na aula de evolução química sobre o "mundo do super poderoso e sortudo RNA".
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Referências.
1. Gilbert, Walter (1986), “The RNA World,” Nature, 319:618.
2. The Origins of the RNA World, Michael P. Robertson e Gerald F. Joyce, Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, April 28, 2010.
3. The RNA world hypothesis - the worst theory of the early evolution of life (except for all the others). Harold S. Bernhardt, Biology Direct, July 13, 2012.
4. "The ribosome as a missing link in the evolution of life" Meredith Root-Bernstein, Robert Root-Bernstein Journal of Theoretical Biology 367, 130–158, 2015.
5. "Synthesis of activated pyrimidine ribonucleotides in prebiotically plausible conditions" Matthew W. Powner, Beatrice Gerland, John D. Sutherland, Nature 459, 239, 2009.
6. Veja nesse artigo como se admite ser o "mundo do DNA" ainda um "grande pesadelo" para a evolução: "The origin of modern terrestrial life" Patrick Forterre, Simonetta Gribaldo HFSP Journal 1, 156, 2007.

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