Fósforo não é abundante no universo ou em nuvens moleculares como visto acima da Lagoa nebular que criam os blocos de construção da vida, mas é vital para a vida na Terra, mesmo que o nosso planeta não nos fornece muito do elemento a trabalhar com ele. Uma equipe de astrobiólogos, liderados por Matthew Pasek da Universidade do Sul da Flórida , está estudando agora como bioquímica fósforo pode ter se originado na aurora da vida. Seu trabalho está sendo apoiado por Exobiologia da Nasa e Biologia Evolutiva do programa.
Através de seu trabalho, a equipe de Pasek de espera fornecer a paisagem química de fósforo com os primeiros dois bilhões de anos de história geológica da Terra. Isso pode ajudar a descobrir quando e como a vida passou a depender tão fortemente neste elemento. "O tempo e o modo de entrada de fósforo para a vida é um enigma realmente intrigante", diz Nicholas Hud da Georgia Tech. Hud acredita fósforo pode não ter sido um dos ingredientes na receita do primeiro vida. "Ácidos nucléicos, proteínas e lipídios todos fósforo uso, mas podemos imaginar que era uma substituição depois de moléculas mais simples," Hud argumenta.
Em ácidos nucleicos, por exemplo, a "cola" papel de fosfato poderia ter sido preenchido por glioxilato, uma molécula ainda utilizado na vida de hoje. Hud pensa fósforo pode ter começado como um elemento traço em alguns processos biológicos, e só mais tarde é que a vida perceber todo o potencial que tem para a vida de fósforo. "Uma vez que a vida se desenvolveu o maquinário molecular que permitiu a incorporação de fósforo, e até mesmo a 'colheita' de fósforo, a vida teria se mudou para um nível mais alto," Hud diz. "A inclusão de fosfato provavelmente representou um grande avanço evolutivo na vida (se ela não estava lá no início) e, portanto, é extremamente importante para a compreensão da origem e evolução inicial da vida."
O fósforo é escasso na Terra, particularmente na superfície, e é encontrado principalmente em algum tipo de fosfato. Pasek equipe de espera fornecer a paisagem química de fósforo através dos primeiros dois bilhões de anos de história geológica da Terra. Isso pode ajudar a descobrir quando e como a vida passou a depender tão fortemente neste elemento.
"Uma vez que a vida se desenvolveu o maquinário molecular que permitiu a incorporação de fósforo, e até mesmo a 'colheita' de fósforo, a vida teria se mudou para um nível mais alto", diz o membro da equipa Nicholas Hud da Georgia Tech. "A inclusão de fosfato provavelmente representou um grande avanço evolutivo na vida (se ela não estava lá no início) e, portanto, é extremamente importante para a compreensão da origem e evolução inicial da vida."
Para entender como fósforo obtido o seu papel proeminente, os cientistas estão a modelagem do ambiente primitivo geoquímicos na Terra e no espaço. Os elementos mais comuns de uma célula típica, são hidrogénio, oxigénio, carbono, azoto, fósforo e enxofre. Todos estes, exceto fósforo, estão no top ten da maioria dos elementos abundantes no sistema solar. O fósforo vem em número de 17.
"O fósforo é o elemento menos abundante cosmicamente em relação à sua presença na biologia", diz Matthew Pasek, da Universidade do Sul da Flórida. Essa escassez de fósforo é ainda mais aguda na superfície da Terra, onde a maior parte do fósforo está trancado em certos minerais que a vida tem dificuldade em fazer uso de. Assim como a vida vir a depender deste elemento relativamente raro? Pasek está dirigindo um esforço para dar conta das possíveis vias químicas que o fósforo poderia ter tomado para se tornar disponível para a vida na Terra primitiva.
Não é possível obter o suficiente fósforo não costuma chamar a atenção tanto quanto outros nutrientes essenciais como cálcio e ferro, mas o P elemento mostra-se em uma faixa surpreendentemente larga de moléculas biológicas. Para começar, o fósforo é um elemento estrutural importante no DNA e RNA . Ambas estas moléculas genéticas têm uma estrutura açúcar-fosfato.
O fosfato (PO4) funciona como uma espécie de "super-cola", uma vez que tem três átomos de oxigênio que transportam cargas em solução. Dois desses átomos de oxigénio formar ligações iónicas com os dois açúcares vizinhas, enquanto que o terceiro oxigénio é deixado "pendente", com uma carga negativa que faz com que o ADN total ou molécula de RNA carregada negativamente. Esta carga geral ajuda a manter a molécula de drifting fora de sua localização proscrita.
A espinha dorsal do DNA padrão (o azul espiral estrutura fita-como na imagem abaixo) contém uma cadeia alternada de fosfato ligados e moléculas de açúcar. Não muitas moléculas poderia realizar esse ato de malabarismo três cargas. Arseniato é uma possibilidade. Recentemente, um grupo de pesquisadores afirma ter encontrado um micróbio que poderiam usar arseniato no lugar de fosfato, mas controvérsia permanece sobre esta descoberta presumido.
"O júri é ainda para fora sobre arsenato, mas é claro que o fosfato é a melhor opção quando é dada uma escolha", diz Pasek. O fosfato desempenha outras funções na célula para além de que no DNA. Mostra-se três vezes em trifosfato de adenosina, ou ATP, que é uma forma vital de armazenamento de energia nas células. Muitas funções biológicas exigem a energia a partir da quebra (ou queima) de ATP, que é muitas vezes chamado de "unidade molecular da moeda" em transferência de energia. "O corpo humano faz o seu peso em ATP a cada dia e queima-lo", explica Pasek.
O fósforo também tem um papel importante nos vertebrados, cujos ossos e dentes contêm apatita, um mineral de fosfato altamente estável. Obtendo o seu P vitamina causa de seu papel vital, todos os organismos na Terra deve encontrar uma fonte de fósforo. Os seres humanos e outros animais obter seu fósforo de comer plantas (ou comendo animais que comem plantas). Plantas retirar compostos de fósforo do solo, mas um monte de presente é material reciclado a partir de matéria orgânica em decomposição. Uma das melhores moléculas conhecidas para o transporte de energia em torno de nossos corpos é o trifosfato de adenosina (ATP) .
As plantas não são capazes de reciclar todo o fósforo disponível no solo, por isso alguns deles acaba indo para o oceano através de escoamento. Ali, ele pode ser usado por organismos marinhos, mas, eventualmente, o fosfato se instala no fundo do mar, onde se torna incorporado sedimentos de rocha. Uma vez que o fósforo é preso em minerais insolúveis, que leva muito tempo para ele voltar a uma forma que as plantas e outros organismos podem usar. Com efeito, o ciclo de fósforo é um dos ciclos mais lentos do elemento de importância biológica. Não satisfeito com a espera por processos geológicos para liberar o fósforo, os seres humanos atualmente gastam muito esforço mineração "fosfato de rocha" e modificação química para produzir fertilizantes. E lá está o busílis para os astrobiólogos.
As primeiras formas de vida não teria ninguém para polvilhar P-rico fertilizante sobre eles, para onde eles tiraram seu fósforo? Um caminho diferente maior parte do fósforo sobre a superfície da Terra encontra-se em algum tipo de fosfato. O motivo, Pasek explica, é que o fosfato é o estado de menor energia para P em ambiente do nosso planeta rico em oxigênio. Mas outras mais-fósforo reduzido de compostos existem também. Ampliar O ciclo de fósforo .
"Redução de fósforo é mais reativo do que o fosfato", diz Pasek. Essa reatividade extra poderia ter ajudado fósforo esgueirar seu caminho para o jogo de bilhões de vida de anos atrás. Os exemplos de compostos de fósforo reduzido incluem fosforetos. Estas moléculas são tipicamente combinações de fósforo e metais, como o fosforeto de zinco do veneno de rato ou o fosforeto de ferro e níquel chamado schreibersite.
A Terra contém muito fosforeto, mas a maior parte está no núcleo, enterrada sob 2.000 milhas de rocha. Na superfície, uma das mais comuns que ocorrem naturalmente, fosforetos schreibersite é, que não vem de baixo, mas a partir de cima, na forma de meteoritos. * "Nós não podemos sair material do núcleo da Terra, mas temos acesso ao material do núcleo de asteróides que romperam para além de criar meteoritos", diz Pasek.
Fosforetos tendem a formar onde o oxigénio é escasso e metais são abundantes. Assim, os núcleos da maioria dos corpos celestes têm fosforetos. Fosforetos também pode se formar quando um mineral de fosfato é atingido por um raio ou um impacto de alta energia. Pasek e seus colegas estudaram amostras geológicas de fosforetos, e eles descobriram que a maior parte dos fosforetos sobre a superfície da Terra vieram de meteoritos. Ao longo do tempo, a maior parte deste material evoluiu para fosfatos. A equipe estima que 1 a 10 por cento dos fosfatos actualmente encontrados na Terra veio de meteoritos.
Embora fosforetos e outros compostos de fósforo reduzidos desempenhar nenhum papel importante na biologia atual, eles podem ter sido mais proeminente como a vida se esforçou para fazer um ponto de apoio sobre este planeta. Com as simulações de computador, Pasek e seus colegas estão modelando P-relacionada com a química em diferentes períodos de tempo, desde o início do sistema solar até as primeiras etapas da vida. Eles se concentram na Terra, mas eles também estão olhando para outros lugares além onde P química pode ter sido importante, como cometas e Titã. Têm aumentado as suas simulações com experiências, em que schreibersite e outros minerais meteóricos são adicionados a uma "sopa primordial" de água e de moléculas orgânicas. As misturas produziram alguns compostos organo-fósforo que são semelhantes aos encontrados em biologia.
"Nós tivemos sorte com nossos experimentos até agora", diz Pasek.
O Galaxy Diário via Astrobio.net e http://astrobiology.nasa.gov/articles/life-s-first-taste-of-phosphorus/
Crédito da imagem de crédito: EUA National Library of Medicine
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