Strutture proteiche dal brodo primordiale

Deve essere successo 4 o 4,5 miliardi di anni fa. A quel tempo, sulla Terra c'era solo materia inanimata. Ma a un certo punto, intorno a quel periodo, piccoli composti chimici si sono formati in strutture organizzate più grandi, in grado di riprodursi da sole. Sono nati i primi precursori della vita. Non si sa cosa fossero queste molecole e di cosa fossero composte: è probabilmente il più grande mistero della storia dell'evoluzione.

Tuttavia, l'ETH professor Roland Riek e il suo assistente in capo Jason Greenwald hanno un'intuizione: è molto probabile che queste prime strutture simili alla vita fossero aggregati proteici - amiloidi. I risultati di una nuova ricerca del loro laboratorio danno ora una spinta alla loro ipotesi.

In un esperimento, gli scienziati hanno dimostrato che tali strutture amiloidi possono formarsi spontaneamente con sorprendente facilità - a partire da blocchi di costruzione che probabilmente esistevano sulla Terra inanimata e in condizioni di reazione che sembrano plausibili anche per la Terra primitiva. I ricercatori hanno utilizzato quattro semplici aminoacidi come materiali di partenza: glicina, alanina, acido aspartico e valina. Inoltre, hanno utilizzato il solfuro di carbonile, un gas vulcanico che si può ipotizzare fosse presente sulla Terra miliardi di anni fa, come composto che favorisce la reazione (catalizzatore).

Strutture a foglia lunga

Nell'esperimento di laboratorio, le molecole di amminoacidi si sono combinate spontaneamente con l'aiuto del solfuro di carbonile per formare brevi catene (peptidi) composte da 5 a 14 blocchi. Queste catene, a loro volta, si sono attaccate l'una all'altra in strutture amiloidi, che gli esperti chiamano β-foglietti. Nell'esperimento, queste strutture a foglietto erano in forma di fibra e spesso consistevano in migliaia di catene peptidiche disposte l'una accanto all'altra, come gli scienziati sono riusciti a dimostrare utilizzando la microscopia elettronica e altri metodi.

Affinché le molecole di aminoacidi si uniscano per formare catene peptidiche sufficientemente lunghe, gli scienziati hanno dovuto usare un trucco nell'esperimento. "Se si mescolano semplicemente gli aminoacidi e il solfuro di carbonile in una provetta, si formano solo catene peptidiche molto corte, che non si uniscono per formare una struttura a fogli", spiega Greenwald. Gli scienziati hanno quindi fatto gocciolare per ore nella provetta molecole di aminoacidi attivate dal solfuro di carbonile. "È ipotizzabile che un processo altrettanto lento, o addirittura lungo anni, con un afflusso costante di nuovi composti chimici, abbia avuto luogo anche nella prima storia della Terra", spiega Greenwald.

Effetto catalitico

Negli ultimi anni, gli amiloidi sono già stati considerati dagli scienziati come candidati per le prime strutture simili alla vita. È noto infatti che anche i semplici amiloidi possono svolgere alcune funzioni chimiche. L'anno scorso, Riek e il suo team hanno scoperto strutture amiloidi in grado di scindere composti chimici del gruppo estere.

Tuttavia, gli scienziati dell'ETH fanno notare che all'"ipotesi amiloide" da loro postulata manca ancora un pezzo chiave del puzzle nella catena del ragionamento: gli amiloidi possono anche replicarsi, proprio come le molecole di RNA? Secondo Riek e Greenwald, è possibile. Tuttavia, la prova sperimentale è ancora in sospeso. Loro e i loro colleghi ci stanno lavorando.

Amiloidi più probabili del solo RNA

Tuttavia, i ricercatori descrivono già la loro ipotesi come molto più probabile rispetto all'ipotesi che gli scienziati hanno fatto per diversi decenni, secondo cui i precursori della vita erano costituiti esclusivamente da molecole di RNA. L'argomento principale degli scienziati dell'ETH è che le molecole di RNA con una funzione biologica sono relativamente grandi e complesse. "Sono così grandi che è improbabile che possano essere nate spontaneamente. Nel caso degli amiloidi, le funzioni chimiche sono già state dimostrate in strutture molto più semplici", afferma Greenwald. Inoltre, i mattoni dell'RNA sono più complessi di quelli degli amiloidi e delle proteine. Queste ultime sono anche più stabili in condizioni ambientali difficili. "Tutto ciò rende plausibile che le prime molecole funzionali fossero amiloidi", afferma Riek.