CNR: Una simulazione svela l'origine delle prime molecole biologiche

Ricercatori dell’Istituto per i processi chimico-fisici (Ipcf) del Cnr di Messina hanno riprodotto, mediante avanzate tecniche numeriche, il processo chimico che potrebbe aver determinato la sintesi primordiale dell’eritrosio, precursore del ribosio, lo zucchero che compone l’RNA, facendo così luce sull'origine delle prime molecole biologiche e quindi sull’inizio della vita sulla Terra. I risultati sono stati pubblicati su Chemical Communications della Royal Society of Chemistry, in collaborazione con l’Accademia delle scienze della Repubblica Ceca di Brno e la Sorbona di Parigi.

Uno dei tasselli cruciali nel puzzle dell’origine della vita è rappresentato dalla comparsa delle prime molecole biologiche sulla Terra come l’RNA, l’acido ribonucleico. Uno studio dell’Istituto per i processi chimico-fisici del Consiglio nazionale delle ricerche (Ipcf-Cnr) di Messina ha descritto, mediante avanzate tecniche di simulazione numerica, un processo chimico che da molecole semplici e presenti in enorme abbondanza nell’Universo, come l’acqua e la glicolaldeide, potrebbe aver portato alla sintesi primordiale dell’eritrosio, precursore diretto del ribosio, lo zucchero che compone l’RNA. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Chemical Communications, della Royal Society of Chemistry, da un team che coinvolge anche l’Accademia delle scienze della Repubblica Ceca di Brno e l’Università di Parigi Sorbonne.

“Nello studio dimostriamo per la prima volta che determinate condizioni prebiotiche, tipiche delle cosiddette ‘pozze primordiali’ in cui erano presenti le molecole inorganiche più semplici, sono in grado di favorire la formazione non solo degli aminoacidi, i mattoni fondamentali delle proteine, ma anche di alcuni zuccheri semplici come l’eritrosio, precursore delle molecole che compongono l’ossatura dell’RNA”, spiega Franz Saija, ricercatore Ipcf-Cnr e coautore del lavoro. “La sintesi degli zuccheri a partire da molecole più semplici, che possono essere state trasportate sul nostro pianeta da meteoriti in epoche primordiali, rappresenta una grossa sfida per gli scienziati che si occupano di chimica prebiotica. La formazione dei primi legami carbonio-carbonio da molecole molto semplici come la formaldeide non può avvenire senza la presenza di un agente esterno capace di catalizzare la reazione: la presenza di tali catalizzatori in ambienti prebiotici, tuttavia, è ancora un mistero”.

L’approccio computazionale alla chimica prebiotica già nel 2014 consentì al team di ricerca, con uno studio pubblicato su Pnas, di simulare il famoso esperimento di Miller, cioè la formazione di aminoacidi dalle molecole inorganiche contenute nel 'brodo primordialè sottoposte a intensi campi elettrici. “Nel nostro esperimento, facendo uso di metodi avanzati di simulazione numerica al super-computer, una soluzione acquosa di glicolaldeide è stata sottoposta a campi elettrici dell’ordine di grandezza dei milioni di volt su centimetro, capaci di catalizzare quella reazione che in chimica viene chiamata formose reaction e che porta alla formazione di zuccheri a partire dalla formaldeide”, prosegue Giuseppe Cassone dell’Institute of Biophysics, Czech Academy of Sciences e primo autore dell’articolo scientifico.

“Oggi l’approccio computazionale alla chimica prebiotica è di fondamentale rilevanza perché permette di analizzare in modo molto specifico i meccanismi molecolari delle reazioni chimiche alla base dei processi che hanno portato alla formazione delle molecole della vita”, conclude Saija.

La scheda

Chi: Istituto per i processi chimico-fisici del Cnr (Ipcf-Cnr) di Messina, Accademia delle scienze della Repubblica Ceca di Brno e Univeristà di Parigi Sorbonne

Che cosa: Descrizione, mediante avanzate tecniche di simulazione numerica, di un processo chimico che da molecole semplici potrebbe aver portato alla sintesi primordiale dell’eritrosio, precursore diretto del ribosio, lo zucchero che compone l’RNA. Studio pubblicato su Chemical Communications 'Synthesis of (D)-erythrose from glycolaldehyde aqueous solutions under electric field'; Chem. Commun., 2018, 54, 3211; DOI: 0.1039/c8cc00045j.
Vedi anche: Riprodotti al computer i 'mattoni della vita', 10/09/2014

Per informazioni: Franz Saija, Ipcf-Cnr e-mail: saija@ipcf.cnr.it, tel. 090/39762218; Alessia Cosseddu, Icb-Cnr, tel. 079/2841258, e-mail: alessia.cosseddu@cnr.it