Hemoglicina

La hemoglicina (anteriormente denominada hemolitina ) es un polímero espacial que es el primer polímero de aminoácidos encontrado en meteoritos . ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

El trabajo estructural ha determinado que su unidad central de 1494 daltons ( glicina ₁₈ / hidroxiglicina ₄ / Fe ₂ O ₄ ) contiene hierro , pero no litio , lo que lleva al término más general hemoglicina para estas moléculas. ^{[ 1 ] [ 5 ]} El núcleo de hemoglicina contiene un total de 22 residuos de glicina en una cadena de lámina beta antiparalela que termina en cada extremo con un átomo de hierro más dos oxígenos . Cuatro de estos residuos de glicina están oxidados a hidroxiglicina con grupos hidroxilo (−OH) en el carbono alfa. Esta estructura fue determinada por espectrometría de masas de extractos de solventes meteoríticos ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 5 ]} y ha sido confirmada en dispersión de rayos X por cristales de hemoglicina, ^{[ 6 ]} y también por absorción óptica . ^{[ 3 ]} Los cristales muestran una  absorción característica de 480 nm que solo puede existir cuando los residuos de hidroxiglicina tienen quiralidad R y están unidos al hierro en su extremo C. ^{[ 6 ]}

Debido a que se ha descubierto que la hemoglicina es el polímero dominante de aminoácidos en 6 meteoritos diferentes ( Allende , ^{[ 7 ]} Acfer 086 , Efremovka , Kaba , Orgueil y Sutter's Mill ), cada vez con la misma estructura, se ha propuesto ^{[ 3 ] [ 6 ]} que se produce mediante un proceso de replicación de plantilla . La  absorbancia medida a 480 nm es mayor de lo esperado para una distribución racémica de quiralidad R y S en los residuos de hidroxiglicina, lo que indica un exceso de quiralidad R en el polímero. El modelado de la replicación de plantilla que se supone depende de  la absorción a 480 nm conduce a un exceso de quiralidad R y, por lo tanto, es consistente con este hallazgo.

La hemoglicina es una molécula abiótica que se forma en nubes moleculares que posteriormente se convierten en discos protoplanetarios , mucho antes de que pueda comenzar la bioquímica en exoplanetas como la Tierra. La hemoglicina, a través de su glicina, podría sembrar un exoplaneta para sustentar la bioquímica temprana, pero su función principal parece ser la acreción de materia mediante la formación de una extensa red de baja densidad ^{[ 6 ]} en el espacio dentro de un disco protoplanetario.

Además de estar presente en meteoritos carbonáceos, la hemoglicina también se ha extraído y cristalizado de un estromatolito fósil que se formó en la Tierra hace 2.100 millones de años. ^{[ 8 ]} Potencialmente, esta hemoglicina fósil llegó a la Tierra durante el Bombardeo Intenso Tardío (BIT), ya que la hemoglicina en el fósil tiene isótopos extraterrestres similares a los de los meteoritos. El polímero en la Tierra precámbrica podría haber impulsado el Gran Evento de Oxigenación (GEO) que comenzó hace 2.400 millones de años al dividir el agua en respuesta a la irradiación ultravioleta . También podría haber proporcionado una fuente de energía para la bioquímica temprana y/o podría haber proporcionado simplemente una fuente de polímero de glicina .

Un comentario del líder de investigación de Harvard sobre la hemoglicina JEMMc: la hemoglicina, un polímero espacial de glicina y hierro, ha sido ampliamente caracterizada [1-11] y ahora debe considerarse en el contexto de 4 áreas de la astronomía y la ciencia planetaria: 1.º en astronomía, el período entre las estrellas de Población III y Población II, cuando los elementos constituyentes de la hemoglicina se formaron por primera vez incluso tan pronto como 500 millones de años en el tiempo cósmico [1]. 2.º en nubes moleculares y discos protoplanetarios donde es probable que el polímero se forme y funcione en la acreción [6,9,10]. Por lo tanto, el polímero podría ser un actor importante en la formación del sistema solar en todo el Universo. 3.º después de la caída a planetas como la Tierra, donde en la Tierra podría haber iniciado "El Gran Evento de Oxigenación" (GOE) [9]. 4.º en exoplanetas que evolucionan bioquímicamente como la Tierra, podría preguntarse si la formación del ADN involucra a la hemoglicina como plantilla. Las bases nucleotídicas de guanina y citosina podrían formarse y unirse a las  varillas de glicina de 5 nm de la hemoglicina en caída para iniciar la codificación de la glicina [12].

La hemoglicina no es una molécula biológica, ya que se encuentra fuera del ámbito de la bioquímica, es decir, es abiótica. Es posible que se haya formado hace 500 millones de años en el tiempo cósmico como una estructura capaz de absorber fotones de 0,2 a 15 μm [7,8,9,10], estar disponible en todo el Universo y proporcionar energía para impulsar la química espacial adyacente. Al caer sobre exoplanetas como la Tierra, podría absorber la radiación ultravioleta solar y donar energía a los primeros sistemas químicos. Por lo tanto, la hemoglicina podría considerarse un absorbedor abiótico de luz, un proveedor de energía y un acumulador de materia. En 2025 se intentará la síntesis de hemoglicina sintética para facilitar la obtención de un conjunto de difracción de rayos X refinado para su estructura. Los cristales de hemoglicina de meteoritos y estromatolitos, hasta la fecha, son fibrosos o múltiples [6,8,9]. Una comparación de los patrones de fragmentación de espectrometría de masas MALDI [5,11] de la hemoglicina sintética y extraída será informativa.

1. McGeoch JEM y McGeoch MW (2014) Polímero amida como una topología temprana. PLoS ONE 9(7): e103036. https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0103036
2. McGeoch JEM y McGeoch MW (2015) Poliamida en los meteoritos Allende y Murchison. Meteoritics & Planetary Science 50, Nr12 1971-1983. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/maps.12558
3. McGeoch JEM y McGeoch MW (2017) Un polímero de aminoácidos de 4641 Da en los meteoritos Acfer-086 y Allende. https://arxiv.org/pdf/1707.09080.pdf
4. McGeoch MW, Šamoril T., Zapotok D. y McGeoch JEM (2018) Poliamida como portador de 15N en los meteoritos Allende y Acfer 086. https://arxiv.org/abs/1811.06578 .
5. McGeoch MW, Dikler S. y McGeoch JEM (2021) Proteínas meteoríticas con glicina, hierro y litio https://arxiv.org/abs/2102.10700 . [physics.chem-ph]
6. McGeoch JEM y McGeoch MW (2021) Organización estructural de polímeros espaciales. Physics of Fluids 33, 6, 29 de junio. https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0054860 .
7. McGeoch JEM y McGeoch MW (2022)  Absorción quiral a 480 nm en el polímero espacial de la hemoglicina: un posible vínculo con la replicación. Sci. Rept. 12 16198 DOI: 10.1038/s41598-022-21043-4 Licencia CC BY 4.0
8. McGeoch MW, Owen R., Jaho S. y McGeoch JEM (2023) Fluorescencia visible de la hemoglicina inducida por rayos X. J. Chem. Phys. 158, 114901 (2023); https://doi.org/10.1063/5.0143945
9. McGeoch JEM, Frommelt AJ, Owen R., Cinque G., McClelland A., Lageson D. y McGeoch MW (2024) Los ooides estromatolíticos fósiles y actuales contienen un polímero meteorítico de glicina y hierro. Int. J. Astrobiology 23, e20, 1-21 https://doi.org/10.1017/S1473550424000168 y arXiv:2309.17195 [physics.geo-ph].
10. McGeoch JEM y McGeoch MW (2024) La amida polimérica como fuente de la emisión y absorción cósmica de 6,2 micras arXiv:2309.14914 [astro-ph.GA]. Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 530, 1163-1170. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stae756 .
11. McGeoch JE M y McGeoch MW (2024) La espuma marina contiene hemoglicina procedente del polvo cósmico. RSC Advances, 2024, 14, 36919 – 36929. https://doi.org/10.1039/d4ra06881e
12. Lei L. y Burton ZF (2021) Evolución del código genético, Transcription, 12:1, 28-53, DOI: 10.1080/21541264.2021.1927652