© 2011 Real Sociedad Española de Química www.rseq.org An. Quím. 2011, 107(2), 137–143 Adsorción y polimerización de aminoácidos en superfcies de minerales. Simulaciones computacionales de procesos prebióticos Mariona Sodupe, Albert Rimola, Piero Ugliengo Resumen: Un proceso importante en química prebiótica es la selección y ensamblaje de las biomoléculas elementales para formar las macro- moléculas esenciales de la vida. En 1949, el biofísico J. D. Bernal sugirió que las superficies de minerales podrían haber promovido la polime- rización de biomoléculas ya que pueden adsorber, inmovilizar y proteger los biomonómeros, y catalizar la reacción de condensación, debido a la presencia de centros activos en la superficie. A pesar de las evidencias experimentales que apoyan la hipótesis de J. D. Bernal se conoce muy poco sobre el mecanismo de estas reacciones en las superficies de estos materiales. Este artículo muestra nuestros estudios computacionales sobre la adsorción y polimerización de aminoácidos en superficies silíceas. Palabras clave: Química prebiótica, polimerización aminoácidos, catálisis, superficies minerales, química computacional. Abstract: An important step in prebiotic chemistry is how the elementary biomolecules were selected and assembled into the essential macromolecules of life. In 1949, biophysicist J. D. Bernal suggested that mineral surfaces may have promoted the polymerization of biomolecules since they can adsorb, immobilize and protect the biomonomers and catalyze the condensation reaction due to the surfa- ce active sites. Despite the experimental evidences supporting Bernal’s hypothesis, little is known on the reaction mechanisms at the surface of these materials. This article reviews our computational studies on the adsorption and polymerization of aminoacids on silica based materials. Keywords: Prebiotic chemistry, aminoacids polymerization; catalysis; mineral surfaces; computational chemistry. Investigación Química Introducción Una de las cuestiones más enigmáticas en el proceso de aparición de la vida en la Tierra, hace ahora unos 3500 millo- nes de años, 1 es cómo se formaron las macromoléculas esen- ciales de la vida. En el contexto de la Teoría de la Evolución Química, la Química Prebiótica se ocupa de esclarecer los procesos químicos elementales que tuvieron lugar, y cubre varias etapas según el grado de complejidad de las entidades implicadas: i) síntesis de las unidades estructurales básicas (biomonómeros), en unas condiciones compatibles con las de la Tierra primitiva, ii) formación de biopolímeros y iii) emer- gencia de arquitecturas supramoleculares. La comprensión de estos procesos implica un enfoque interdisciplinar en el que la química, la geología, la catálisis de los minerales y los efectos de las radiaciones tienen un papel clave. 2 Se han propuesto diferentes escenarios para la síntesis abiótica de moléculas biológicas relevantes a partir de com- puestos químicos inorgánicos. La atmósfera primitiva, 3,4 el espacio interestelar, 5-7 o las fuentes hidrotermales en el fondo marino 8 han mostrado ser entornos eficientes para la producción de moléculas prebióticas relevantes. Desde el experimento pionero de S. Miller, en 1953, 3 en el que se recreó una versión de la sopa primordial en el laboratorio y se demostró que era posible obtener algunos de los ami- noácidos necesarios para la vida, a partir de una mezcla de gases reductora (CH 4 , NH 3 , H 2 y vapor de H 2 O) sometida a descargas eléctricas, diversos estudios han mostrado que es posible sintetizar la mayor parte de las biomoléculas estructurales básicas y otras moléculas orgánicas en diversas condiciones. Estos estudios incluyen experimentos con dife- rentes mezclas de gases, 4, 9-11 radiación ultravioleta y análo- gos de partículas de hielo interestelares, 5,6 y minerales. 8,12,13 La formación de biopolímeros, como las proteínas o el ADN, es un proceso más complejo que implica la selección de los biomonómeros constituyentes, su concentración y su autoensamblaje, mediante una reacción de condensación en la que se libera una molécula de agua. 14 Esta reacción es ter- modinámicamente desfavorable en disolución acuosa y por tanto, la hidrólisis de los polímeros, y no su formación, es el proceso predominante en agua. Una propuesta atractiva es la que realizó el biofísico J. D. Bernal en el año 1949, 15 cuan- do sugirió que las superficies de los minerales, materiales ubicuos, podrían haber jugado un papel clave en la síntesis de los biopolímeros ya que, por un lado, proporcionan centros de adsorción que permiten inmovilizar, proteger y concentrar los biomonómeros y, por otro, presentan centros activos que podrían catalizar la reacción de condensación. A. G. Cairns Smith dio un paso más al introducir el concepto de genes cristalinos y sugerir que los oligómeros formados y adheridos a la superficie de los minerales podrían haber actuado como un molde para la síntesis de nuevas biomo- M. Sodupe 1 A. Rimola 1 P. Ugliengo 2 1 Deapartmento de Química, Universidad Autónoma de Barcelona, Bellaterra 08193, España. 2 Dipartimento di Chimica IFM and NIS. Centre of Excellence, Via P. Giuria 7, University of Torino, 10125 Torino, Italy. C-e: Mariona.Sodupe@uab.cat Recibido: 09/09/2010. Aceptado: 28/09/2010.