Os pesquisadores desenvolveram uma nova maneira de monitorar reações químicas em líquidos, lançando luz sobre reações envolvendo moléculas como a uréia que podem ter contribuído para o surgimento da vida na Terra. Esta tecnologia envolve um dispositivo especial que produz um minúsculo jato líquido e espectroscopia de raios X, permitindo aos cientistas estudar reações que ocorrem em meros femtossegundos.
Cientistas da ETH Zurique e da Universidade de Genebra desenvolveram uma nova técnica que lhes permite monitorar reações químicas que ocorrem em líquidos com resolução temporal extremamente alta. Esta inovação permite-lhes acompanhar como as moléculas no seu interior mudam em meros femtossegundos – por outras palavras, dentro de alguns quatrilionésimos de segundo.
Esta descoberta baseia-se em pesquisas anteriores da mesma equipe liderada por Hans-Jacob Werner, professor de físico-química na ETH Zurique. Este trabalho produziu resultados semelhantes para reações que ocorrem em ambientes gasosos.
Para estender as observações da espectroscopia de raios X aos líquidos, os pesquisadores tiveram que projetar um dispositivo capaz de produzir um jato líquido com menos de um micrômetro de diâmetro no vácuo. Isto foi necessário porque se o fluxo fosse mais amplo, absorveria alguns dos raios X usados para medi-lo.
Pioneiro molecular em bioquímica
Usando o novo método, os pesquisadores conseguiram obter informações sobre os processos que levaram ao surgimento da vida na Terra. Muitos cientistas levantam a hipótese de que a ureia desempenhou um papel fundamental aqui. É uma das moléculas mais simples que contém carbono e nitrogênio.
Além disso, é muito provável que a ureia existisse mesmo quando a Terra era muito jovem, o que também foi sugerido por uma famosa experiência realizada na década de 1950: o cientista americano Stanley Miller preparou uma mistura daqueles gases que ele acreditava formarem os elementos primitivos do o planeta. atmosfera e expondo-a a condições de tempestade. Isso produziu uma série de moléculas, uma das quais era a uréia.
De acordo com as teorias atuais, a uréia poderia ter sido enriquecida em piscinas quentes – comumente chamadas de sopa primordial – na então sem vida da Terra. À medida que a água desta sopa evaporou, a concentração de uréia aumentou. Através da exposição à radiação ionizante, como os raios cósmicos, esta uréia concentrada pode ter produzido malônico azedo através de múltiplas etapas de montagem. Isto, por sua vez, pode ter criado os blocos de construção para ARN E ADN.
Por que exatamente essa reação aconteceu?
Utilizando o seu novo método, investigadores da ETH Zurique e da Universidade de Genebra investigaram o primeiro passo nesta longa cadeia de reações químicas para ver como uma solução concentrada de ureia se comporta quando exposta à radiação ionizante.
É importante saber que as moléculas de ureia presentes em uma solução concentrada de ureia são agrupadas em pares, ou conhecidos como dímeros. Os pesquisadores agora conseguiram provar que a radiação ionizante causa o hidrogênio milho Dentro de cada um desses dímeros passa de uma molécula de uréia para outra. Isso converte uma molécula de ureia em uma molécula de ureia protonada e a outra em um radical de ureia. Este último é muito reativo quimicamente – tão reativo, na verdade, que provavelmente reagirá com outras moléculas, formando também ácido malônico.
Os investigadores também conseguiram mostrar que esta transferência de um átomo de hidrogénio ocorre muito rapidamente, demorando apenas cerca de 150 femtossegundos, ou 150 quatrilionésimos de segundo. “Isso é tão rápido que esta reação antecipa todas as outras reações que teoricamente também poderiam ocorrer”, diz Forner. “Isso explica por que soluções concentradas de ureia produzem radicais de ureia em vez de hospedar outras reações que produziriam outras moléculas.”
Interações em líquidos são de grande importância
No futuro, Forner e seus colegas querem estudar os próximos passos que levam à formação do ácido malônico. Eles esperam que isto os ajude a compreender as origens da vida na Terra.
Quanto ao seu novo método, também pode ser usado de forma mais geral para examinar a sequência precisa de reações químicas em líquidos. “Uma série de reações químicas importantes ocorrem em fluidos, não apenas todos os processos bioquímicos no corpo humano, mas também muitas combinações químicas industrialmente relevantes”, diz Forner. “É por isso que é tão importante que agora estendamos o escopo da espectroscopia de raios X de alta resolução temporal para incluir reações em líquidos.”
Referência: “Transferência de prótons de femtossegundos em soluções de ureia investigadas por espectroscopia de raios X” por Zhong Yin, Yi-Ping Zhang, Tadas Balciunas, Yashuj Shakya, Alexa Djurovic, Jeffrey Goller, Giuseppe Fazio, Ruben Santra, Ludger Inhester, Jan Pierre Wolff e Hans Jacob Werner, 28 de junho de 2023, natureza.
doi: 10.1038/s41586-023-06182-6
Pesquisadores da ETH Zurique e da Universidade de Genebra foram auxiliados neste trabalho por colegas da Deutsches Elektronen-Synchrotron. Desi em Hamburgo, que realizou os cálculos necessários para interpretar os dados de medição.
