Evolução biomolecular homoquiral: a origem e a amplificação da quiralidade nas moléculas da vida

Abstract

Recebido em 22/10/09; aceito em 22/12/09; publicado na web em 6/5/10 HOMOCHIRAL BIOMOLECULAR EVOLUTION. THE ORIGIN AND THE AMPLIFICATION OF CHIRALITY IN LIFE MOLECULES. The fact that biologically relevant molecules exist only as one of the two enantiomers is a fascinating example of complete symmetry breaking of chirality and has long intrigued our curiosity. The origin of this selective chirality has remained a fundamental enigma with regard to the origin of life since the time of Pasteur, 160 years ago. The symmetry breaking processes, which include autocatalytic crystallization, asymmetric autocatalysis, spontaneous crystallization, adsorption and polymerization of amino acids on mineral surfaces, provide new insights into the origin of biomolecular homochirality.Keywords: origin of life; handedness; symmetry breaking. INTRODUÇÃOA quiralidade molecular é um fenômeno que pervaga na natureza e tem fascinado químicos e físicos desde sua descoberta em meados do século XIX. Um aspecto especialmente contundente é a homoquiralidade da vida. As macrobiomoléculas tendem a ser homoquirais o que implica serem construídas a partir de unidades de mesma quiralidade. Entre os eucariotos, todos os aminoácidos proteinogênicos possuem a configuração L, enquanto que seu enantiômero D é necessário para formar as paredes das células das bactérias. Várias hipóteses foram enunciadas para explicar como a natureza introduziu tal viés favorecendo um enantiômero preferencialmente sobre o outro. A intuição de Pasteur sobre a "dissimetria das forças cósmicas" 1 encontrou sua comprovação no conceito mais moderno de violação da paridade, 2 que resulta na sutil diferença de energia entre dois enantiômeros. Esta diferença tem sido assunto de numerosos cálculos teóricos, 3 cuja comprovação experimental ainda litigiosa é motivo de intensa discussão sobre se esse efeito tem responsabilidade sobre a origem da homoquiralidade da vida. Muito embora a origem desta assimetria permaneça desconhecida, ela é frequentemente questionada se vida poderia existir ou ser originada sem a quiralidade molecular. A origem da homoquiralidade é intrínseca à origem da vida. Se quisermos entender como a vida surgiu na Terra (ou possivelmente em outro lugar) devemos compreender como a homoquiralidade emergiu a partir dos blocos quirais de construção (enantiômeros). 4A resolução de racematos é comumente realizada através de reagentes ou catalisadores quirais, enquanto é uma prática rara a resolução espontânea de enantiômeros por cristalização, ou pela cristalização de moléculas aquirais em grupos espaciais quirais. Os numerosos exemplos descritos, em geral resultam de experimentos serendipiticos em lugar dos oriundos de um planejamento prévio. Em meados do século XIX, Pasteur resolveu um aparente paradoxo de que sais de amônio e sódio do ácido (+)-tartárico ativo e do ácido racêmico inativo, também chamado de ácido paratartárico, pareciam serem isomorfos e idênticos em todos os aspectos salvo a atividade ótica. Repetindo a cristalização do sal racêmico inativo em temp...

Design of surface nanostructures for chirality sensing based on quartz crystal microbalance

“…Chiral calixarenes are a class of important host compounds which have wide applications in chiral recognition, enantiomer separation, and asymmetrical catalysis [70][71][72]. Calix [4]arene compounds are the most investigated molecules due to their stable bowl-shaped conformation and easy derivatization. The intramolecular cavities of calixarenes are known to be able to selectively interact with structurally complementary molecular species for molecular recognition purposes.…”

“…Akpinar et al reported a simple and quick chiral discrimination strategy for ascorbic acid (AA) enantiomers based on calixarenes films (Figure 6) [76]. A chiral calix [4]arene-bearing chiral phenyl glycinol moiety on the lower rim and a thiol moiety on the upper rim were deposited on the gold surface of the QCM electrode. The chiral calixarene film exhibited good and more than doubled selectivity towards ʟ-AA.…”

“…It is a mysterious phenomenon that almost all chiral molecules in living organisms are found in one form, such as right-handed sugars, left-handed amino acids, and right-handed DNA coils. Scientists coined the term "homochirality" to describe single-handed-ness as a prerequisite for all molecules present in living organisms, which might also be the initial statement for chiral selection [1][2][3][4]. Therefore, discrimination of enantiomers is extremely vital for understanding the biological functions and studying the mysteries of life [5,6].…”

Radiólise Da Alanina Por Elétrons De 100 a 1000 Ev Analisada Por Espectroscopia No Infravermelho

“…No entanto, nem todos os L-aminoácidos são levógiros porque L (Figura 2.3) e D (Figura 2.4) referem-se apenas à configuração absoluta dos quatro substituintes em torno do carbono quiral, não às propriedades óticas da molécula [7]. Embora os aminoácidos sintetizados por processos não biológicos sejam misturas dos dois enantiômeros L e D, a vida como se conhece faz uso da homoquiralidade e os L-aminoácidos dominam em praticamente 100% dos casos [8], [9].…”

“…Além disso, a Figura (4.34-a) também exibe uma extrapolação de seções transversais de destruição de ALA em 5 − 10 5 eV (linha sólida) obtidas a partir do ajuste da função da equação (4-9). Um gráfico Φ SW σ ef d × E foi gerado para o cálculo da taxa de destruição k definida na equação (3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15), sendo apresentada na Figura (4.34-b).…”