ASTROQUÍMICA CAPÍTULO 3

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Universidade Federal do Amapá
Curso Licenciatura em Química 
Física II
Santana- AP
2017
Henrique Moraes De Freitas
 
 Física II: Resumo dos capítulos 5 do livro Astrobiologia a ciência emergente. 
Trabalho para obtenção de pontos na disciplina de Física II ministrado pelo Prof.Daniel Sousa.
Santana-AP
2017
RESUMO CAPÍTULO 5
QUÍMICA PREBIÓTICA
INTRODUÇÃO
Até meados do século xix era amplamente aceito pela comunidade científica a teoria da geração espontânea, que foi proposta por Aristóteles (384-322 a.c.). Segundo o filósofo, alguns seres vivos apareciam de forma espontânea e eram formados por poucos elementos básicos, nessa visão, os seres vivos poderiam ser gerados de duas formas diferentes: pelos pais e por geração espontânea. Descrições sobre a geração espontânea podem ser encontradas em antigos textos na China, na Índia, na Babilônia e no Egito, nos quais há descritivos de produção de diversos seres vivos, normalmente feitos a partir de matéria orgânica em estado de putrefação. Redi realizou um experimento (mostrado na Figura 5.1) no qual demonstrou que vermes não apareciam espontaneamente e que eram larvas de moscas que colocavam seus ovos na carne em 96 ASTROBIOLOGIA – Uma Ciência Emergente putrefação. O biólogo inglês John Turberville Needham (1713-1781) realizou uma série de experimentos com diversos tipos de extratos aquecidos em frascos que algumas vezes eram selados hermeticamente, mostrando que após alguns dias micro-organismos poderiam ser detectados.
Em 1924, o bioquímico russo Alexander Ivanovich Oparin (1894-1980) e, independentemente, em 1929, o geneticista inglês John Burdon Sanderson Haldane (1892-1964) propuseram um esquema para a origem da vida a partir da matéria inanimada. Que, em linhas gerais, sugere que moléculas simples, tais como CO2 , CO, CH4 , NH3 , N2 , H2S etc., reagem entre si formando moléculas complexas como aminoácidos, bases nucleicas, lipídios, açúcares etc. Por sua vez, essas moléculas reagem entre si formando polímeros, que poderiam se combinar para formar o que Oparin chamou de “estruturas coacervadas” – essas estruturas lembram células.Eentre das estruturas coacervadas, reações ocorreriam e, depois de algum tempo, atingiriam uma complexidade que teriam todas as características de um ser vivo. A formação de biomoléculas a partir de moléculas simples, nas condições existentes na Terra primitiva, só foi confirmada mostra que foi montado por Miller e Urey, em que foram adicionados gases (metano-CH4, amônia-NH3 e hidrogênio-H2), que supostamente representariam os gases presentes na atmosfera da Terra prebiótica e estariam simulando sua atmosfera. A água adicionada ao sistema foi aquecida a 80 °C, simulando o mar da Terra primitiva, tal aquecimento faria o sistema circular e as descargas elétricas produzidas por eletrodos colocados no equipamento seriam a fonte de energia e simulariam os raios; Posteriormente, algumas críticas foram feitas em relação ao experimento de Miller, uma delas afirmava que a atmosfera terrestre jamais foi tão redutora (metano-CH4) No entanto, quando foram utilizadas fontes de energia mais intensas, mesmo utilizando atmosferas neutras/oxidantes, aminoácidos foram sintetizados em grandes quantidades e variedades.
Química prebiótica
A química prebiótica estuda todas as reações e processos que poderiam ter contribuído para a origem da vida do planeta Terra, sendo uma ciência interdisciplinar que utiliza informações e conhecimentos de diversas áreas, tais como: astrofísica, geologia, química, bioquímica, biologia, matemática e física com o objetivo de explicar o aparecimento da vida. Quando a vida surgiu na Terra é outro fator relevante e, apesar de esse assunto ser ainda controverso, evidências mostram que no período entre 3,5 e 3,8 bilhões de anos atrás já existia alguma forma de vida em nosso planeta. No entanto, antes de discutir sobre os ambientes que foram responsáveis pela síntese de moléculas que originaram a vida na Terra prebiótica, é relevante ressaltar que existiram duas fontes dessas moléculas. 
Neste capítulo, será discutida somente a contribuição das fontes endógenas (terrestres) para a síntese de biomoléculas e, consequentemente, sua possível contribuição para a origem da vida em nosso planeta.
Ambientes estudados em química prebiótica
Os seguintes ambientes são estudados em química prebiótica: reações com misturas gasosas, reações em estado sólido, ciclos de hidratação e desidratação, reações em solução aquosa e hidrotermais.
Reações com misturas gasosas
Em experimentos de química prebiótica envolvendo gases, como a simulação da atmosfera da Terra, é necessário utilizar os gases que existiram na Terra antes da origem da vida, assim como as possíveis fontes de energia daquela época. Diferente da atmosfera de hoje, a concentração de oxigênio (O2) da Terra prebiótica era muito baixa, e a exata composição química da atmosfera da Terra prebiótica é assunto controverso no meio científico, porém os seguintes gases muito provavelmente estavam presentes na atmosfera: CO2, CO, CH4, N2, H2, H2O (vapor) e H2S. Os 20 aminoácidos mais comumente encontrados em todos os seres vivos são chamados de “aminoácidos proteicos” – alguns deles foram sintetizados nos experimentos com: asparagina, ácido aspártico, cisteína, ácido glutâmico, glicina, histidina, isoleucina, leucina, lisina, prolina, treonina e valina. 
Além disso, outras moléculas que são importantes para os seres vivos ou precursoras destas também foram sintetizadas, tais como: bases nucleicas do dna/rna, ureia, ácidos carboxílicos, imidazol, ácido cianídrico, formaldeído e microestruturas orgânicas.
Reações em estado sólido
No caso do estudo de reações envolvendo substâncias em estado sólido são mimetizados os seguintes ambientes: a) a erupção de um vulcão derrama lava que aquece o solo e a energia liberada pode ser utilizada para reações químicas e b) impacto de cometas e no entanto, para a formação desses polímeros, a liberação de uma molécula de água faz parte do processo reacional e, em solução aquosa, essa reação é termodinamicamente desfavorável, o que significa que não ocorre. Diversos estudos foram realizados com o aquecimento de aminoácidos mais minerais, sendo que aquecendo misturas de diversos aminoácidos na faixa de temperatura entre 160 e 210 °C foi possível obter peptídeos de até 25 mil Daltons, ou seja, seria o mesmo que 250 aminoácidos (peso molecular médio de 100 Daltons) fossem ligados formando uma longa cadeia.
Ciclos de hidratação e desidratação
Para as reações envolvendo ciclos de hidratação e desidratação, alguns ambientes que poderiam ser encontrados na Terra prebiótica podem ser mimetizados. 
Chuvas formariam pequenas lagoas (hidratação), o calor do sol as secaria (desidratação) e, algum tempo depois, novamente choveria formando outra vez essas lagoas, resultando em um ciclo na maré alta, lagoas seriam formadas e, na maré baixa. Devido à diminuição e mesmo a total eliminação da água na fase de desidratação, esses ciclos são ideais para a formação de peptídeos.
Reações em solução aquosa
Vamos considerar que as “reações em ambientes hidrotermais” são aquelas nas quais a temperatura é maior que 80 °C; as outras (menor que 80 °C) chamaremos simplesmente de “reação em solução aquosa”. Muitos sistemas reacionais foram estudados em solução aquosa utilizando diferentes substâncias iniciais (ácido cianídrico-HCN, formaldeído-CHO, tiocianato de amônio-NH4 SCN, ureia-(NH2)2CO etc.), diferentes fontes de energia (calor, radiação, descarga elétrica) e diferentes condições de reações (minerais, pH, concentração de íons etc.). O sistema reacional envolvendo molé- culas de ácido cianídrico merece atenção devido à grande variedade de moléculas que podem ser produzidas. O ácido cianídrico foi detectado em cometas, vulcões, hidrotermais e é formado em diversas reações envolvendo gases. Portanto, ácido cianídrico era uma substânciaque poderia ser comumente encontrada na Terra prebiótica. Dois mecanismos podem ter sido importantes para No mecanismo de Strecker são necessários amônia (NH3), ácido cianí- drico (HCN) e aldeídos-R-C(O)H ou cetonas-R-C(O)-R; no entanto, a amônia da atmosfera da Terra prebiótica pode ser decomposta por radiação uv e isso poderia ter sido um fator limitante para a síntese de aminoácidos. Uma alternativa para esse problema seria a síntese de aminoácidos via mecanismo Bucherer-Bergs utilizando ureia-(NH2)2CO, ácido cianídrico e aldeídos ou cetonas. Em 1960, Joan Oró descobriu que o refluxo de cianeto de amônio (NH4 CN) por alguns dias podia gerar até 0,50% de adenina, que é uma base nitrogenada do dna/rna. Diversos outros compostos foram sintetizados utilizando cianeto de amônio em diversas condições de reação, como purinas, pirimidinas e amino- ácidos (principalmente glicina).
Adsorção/catálise/proteção
Uma das críticas feitas ao experimento de Miller foi que os aminoácidos, ao atingirem o mar, por causa do grande volume de água, seriam diluídos, e, em consequência, a formação de peptídeos e proteínas não ocorreria. 
Nesse livro Bernal propõe que minerais poderiam ter desempenhado importantes papéis na origem da vida, como de pré-concentradores de moléculas orgânicas, de proteção contra a degradação. Diversos experimentos mostraram que minerais podem adsorver biomoléculas (aminoácidos, bases nucleicas do dna/rna etc.), portanto, pré-concentrá-las e, uma vez adsorvidas na superfície do mineral, essas moléculas ficariam protegidas da hidrólise .Existem diversos trabalhos que mostram que minerais podem ter um efeito catalisador sobre uma reação química, contudo, em muitos casos ocorre participação do mineral na reação, ocasionando seu consumo.
Código genético primitivo
Em meados dos anos 1960, Alexander Graham Cairns-Smith (1931-) propôs que antes do atual código genético, que é muito complexo, existiu um bem mais simples. Segundo Cairns-Smith, esse código genético deveria ser constituído de um material que fosse facilmente encontrado na Terra antes da origem da vida, e que de alguma forma pudesse armazenar e transmitir informação.
Membranas para coacervados
Todos os seres vivos conhecidos possuem membranas. Existem diversos minerais que possuem estruturas nas quais as moléculas podem ficar protegidas e sofrer reações.
Energia para metabolismo
Moléculas de dióxido de carbono (ou outra unidade C1), as plantas são exemplos de tais organismos. Os organismos heterotróficos necessitam de moléculas (proteínas, lipídeos, açúcares etc.) previamente prontas para serem utilizadas posteriormente para outras sínteses; Em 1988, o químico alemão Günter Wächtershäuser (1938-) propôs um mecanismo de metabolismo autotrófico baseado na formação da pirita- -FeS2. FeS + H2S = Fe S2 + 2H+ + 2e-
Os elétrons fornecidos pela formação da pirita poderiam ser utilizados para a redução de CO2. A formação do ácido succí- nico é um exemplo de como a reação é termodinamicamente favorável. 
 4CO2 + 7FeS2 + 7H2 S = 7Fe S2 + (CH2COOH)2 + 4H2O DG° = − 420 kJ/mol
Quiralidade e os minerais
Muitas substâncias apresentam uma propriedade chamada “quiralidade”, palavra originada do grego “quiros” que significa “mão”. No caso das moléculas orgânicas, há um centro quiral, que é quando um átomo de carbono tem ligado a ele 4 diferentes átomos. Dessa forma, em qualquer síntese de aminoácidos, o resultado é a chamada “mistura racêmica”, ou seja, 50% de aminoácidos denominados L-aminoácidos (levógiros). Não é conhecida a razão dessas escolhas ou mesmo como isso ocorreu, porém alguns experimentos demonstram que minerais poderiam ter tido um importante papel na seleção de L-aminoácidos. L-aspártico do D-aspártico pela adsorção preferencial de um aminoácido em relação ao outro, dependendo da face do mineral.
Conclusão
Prebiótica, demonstrando que é possível a origem de vida a partir da matéria inanimada dentro do esquema proposto por Oparin-Haldane. Qual era a exata composição dos gases da atmosfera, dos sais da água do mar, dos precursores para a síntese das biomoléculas etc.? possibilidade abre perspectivas para a imaginação e engenhosidade dos pesquisadores para propor inúmeras rotas para a origem da vida, abrindo assim um universo cheio de possibilidades de diferentes formas de vida.
Referências
Bleeker, W. et al. Mineral evolution. American Mineralogist, v. 93, p. 1693-1728, 2008.
Rampelotto, P. H. A química da vida como nós não conhecemos. Química Nova, v. 35, p. 1619-1627, 2012.
Zaia, D. A. M.; Zaia, C. T. B. V. Os cristais e a origem da vida: a seleção quiral de aminoácidos na Terra primitiva. Ciência Hoje, v. 37, p. 38-43, 2005.
Zaia, D. A. M.; Zaia, C. T. B. V. Algumas controvérsias sobre a origem da vida. Química Nova, v. 31, p. 1599-1602, 2008.