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Moléculas catalíticas podem formar aglomerados metabolicamente ativos criando e seguindo gradientes de concentração – este é o resultado de um novo estudo realizado por cientistas do Instituto Max Planck de Dinâmica e Auto-Organização (MPI-DS). Seu modelo prevê a auto-organização de moléculas envolvidas em vias metabólicas, acrescentando um possível novo mecanismo à teoria da origem da vida. Os resultados podem ajudar a entender melhor como as moléculas que participam de redes biológicas complexas podem formar estruturas funcionais dinâmicas e fornecer uma plataforma para experimentos sobre as origens da vida.
Um cenário possível para a origem da vida é a organização espontânea de moléculas que interagem em gotículas semelhantes a células. Essas espécies moleculares formariam os primeiros ciclos metabólicos autorreplicantes, onipresentes na biologia e comuns a todos os organismos. De acordo com esse paradigma, as primeiras biomoléculas precisariam se agrupar por meio de processos lentos e ineficientes. Essa formação lenta de aglomerados parece incompatível com a rapidez com que a vida apareceu. Cientistas do departamento de Física da Matéria Viva do MPI-DS propuseram agora um modelo alternativo que explica essa formação de aglomerados e, portanto, o rápido início das reações químicas necessárias para formar a vida.
“Para isso, consideramos diferentes moléculas, em um ciclo metabólico simples, onde cada espécie produz uma substância química utilizada pela próxima”, diz Vincent Ouazan-Reboul, primeiro autor do estudo. “Os únicos elementos do modelo são a atividade catalítica das moléculas, sua capacidade de seguir gradientes de concentração dos produtos químicos que produzem e consomem, bem como as informações sobre a ordem das moléculas no ciclo”, continua. Consequentemente, o modelo mostrou a formação de aglomerados catalíticos incluindo várias espécies moleculares. Além disso, o crescimento dos clusters acontece exponencialmente rápido. Moléculas, portanto, podem montar muito rapidamente e em grandes números em estruturas dinâmicas.
“Além disso, o número de espécies de moléculas que participam do ciclo metabólico desempenha um papel fundamental na estrutura dos aglomerados formados”, resume Ramin Golestanian, diretor do MPI-DS: “Nosso modelo leva a uma infinidade de cenários complexos para auto-organização e faz previsões específicas sobre as vantagens funcionais que surgem para um número ímpar ou par de espécies participantes. É notável que as interações não recíprocas, conforme necessário para o nosso novo cenário proposto, estejam genericamente presentes em todos os ciclos metabólicos.”
Em outro estudo, os autores descobriram que a autoatração não é necessária para o agrupamento em uma pequena rede metabólica. Em vez disso, os efeitos de rede podem fazer com que até mesmo catalisadores auto-repelentes se agreguem. Com isso, os pesquisadores demonstram novas condições nas quais interações complexas podem criar estruturas auto-organizadas.
No geral, os novos insights de ambos os estudos adicionam outro mecanismo à teoria de como a vida complexa emergiu de moléculas simples e, de maneira mais geral, revela como os catalisadores envolvidos nas redes metabólicas podem formar estruturas.
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