terça-feira, 15 de janeiro de 2013

Edição especial: Accounts of Chemical Research sobre a origem da vida (evolução química)

Evolução química inclui a captura, a mutação, e a propagação de informações molecular e pode ser manifestada como redes químicas coordenadas que se adaptarem às alterações ambientais. A robustez de uma rede química depende da diversidade de seus membros, que estabelece a probabilidade de sucesso para a seleção de espécies químicas superiores e populações. A troca dinâmica de estruturas de rede de componentes e montagens, através de associações tanto covalentes e não covalente, é fundamental para a capacidade da rede para aprender, para capturar e integrar informações sobre um ambiente que garanta a futura resposta da rede para condições semelhantes, como uma parte inerente de química evolução. Ao considerar as origens da evolução química ou descobrir os sistemas mais simples moleculares capazes de promulgar o comportamento inteligente, reconhecemos que apenas definir o aprendizado termos, inteligência e evolução ao nível molecular continua a ser uma parte significativa do nosso desafio neste Contas da questão Pesquisas Químicas .

As origens da vida na Terra, o resultado notável da evolução química através emergente auto-montagem em crescente complexidade hierárquica na estrutura e função, continua sendo um dos maiores desafios de pesquisa do nosso tempo. Compreensão da dinâmica de reação e energética, a percepção crescente em sistemas dinâmicos combinatória, refinamento crescente de modelos para as estruturas de estruturas supramoleculares, e expandir o conhecimento das interações cooperativas de biopolímeros na atual células sugerem que o momento desta edição não poderia ser mais apropriado. Nós, portanto, começar a nossa discussão com as pequenas moléculas, incluindo os açúcares, nucleosídeos, lipídios e aminoácidos, que eram membros prováveis ​​de um inventário diversificada e rica prebiótico eo papel claro o surgimento de quiralidade destes blocos de construção desempenha na seleção e amplificação processos dos quais a bioquímica moderna apareceu. A discussão estende-se ao conceito geral de complementaridade molecular, que sustenta o desenvolvimento de todas as montagens supramoleculares e, certamente, os que contêm hidrogénio ou de metal-bonded-coordenados complexos capazes de auto-replicação através de resposta dinâmica às flutuações estímulos ambientais.

O limiar necessário para darwiniana aparência da célula biológica enfatiza o desenvolvimento do "eu" versus "não-eu" nestas redes químicas. As barreiras químicas que definem sistemas dinâmicos como unicamente auto devem ser física e cineticamente a permeabilidade selectiva, principalmente de moléculas nutrientes que mantêm a viabilidade a rede. As abordagens apresentadas nesta edição avaliar papéis de fluxo atmosférico, lipídios como compartimentalização e auto-replicantes protocélulas na criação de assembléias em nanoescala que poderiam fornecer os recursos necessários de um sistema celular. À medida que os componentes da estrutura celular coalescer, a capacidade para transduzir a energia do ambiente, a fim de manter as funções dinâmicas removidos do equilíbrio termodinâmico é um passo crítico no caminho para a vida celular complexa. Sistemas experimentais que executam fotoquimicamente impulsionado ciclagem redox e que geram gradientes químicos para impelir os sistemas para a complexidade sintética e estrutura ordenada são também descritos. O papel das interações não covalentes e novas abordagens para a criação de dinâmicas assembléias covalentes é mais explorado no surgimento de tanto informação digital e analógica decorrentes de montagens moleculares.

Estas abordagens diversas para deconvolução e reintegração das origens do celular, projetada em colaboração através da lente da evolução química, sugerem um notável grau de inteligência molecular intrínseco que guiar o surgimento bottom-up da matéria viva. No entanto, essa idéia de inteligência molecular certamente não é novo. Charles Darwin imaginou um quimicamente ricos "poça morna", da qual se originou a evolução, e sua idéia foi publicado quase 100 anos antes da estrutura duplex de DNA foi proposto. Uma população de moléculas simples, o armazenamento e a cópia de informação para garantir a sua própria sobrevivência pré-bioticamente, afirma que o comportamento inteligente não é restrita a genomas complexos, mas é uma propriedade inerente da matéria. Hipótese de Darwin ainda prevê o surgimento de novos materiais inteligentes, aqueles não limitados ao que pode ser deduzido "arqueológicos" da biologia, mas restos reinos ainda mais diversas e exóticas de sistemas químicos dinâmicos que nunca poderiam ter sido exploradas pela bioquímica existente.

Embora o nosso objetivo é decifrar as regras evolutivas que dirigiu a transição da matéria inanimada à vida, reconhecemos que a marcha da história molecular provavelmente teve muitos caminhos. Assim, esta questão circunscreve os conceitos funcionais, aproveitando plataformas da Natureza para informação molecular, usando seu inventário de substâncias químicas existentes ou bibliotecas, e, com ajustes seletivos e criteriosos ao longo do caminho, elabora as regras básicas de baixo para cima a auto-montagem guiados por tanto digital e analógicos sistemas de reconhecimento molecular. Além disso, a diversidade de abordagens para compreender e implementar a evolução química é tão importante quanto a diversidade na composição química necessária para promulgar a própria evolução e sugere que a colaboração entre essas diversas abordagens para ganhar insights sobre a evolução química e trabalhar para as interfaces entre eles será extraordinariamente rico em oportunidades. Apesar de não ser um levantamento exaustivo, esperamos que esta edição especial vai inspirar a comunidade científica para elaborar e expandir os esforços neste domínio de pesquisa e buscar sincronicidade com a biologia de sistemas como a abordagem top-down complementares para decifrar as origens e funções da matéria viva , olhar para a frente como podemos projetar e construir novos materiais inteligentes que abordam os grandes desafios que enfrentamos como sociedade, e de olhar para fora, para outros mundos que podem abrigar vida de maneiras que tais percepções em evolução química pode nos ajudar a compreender melhor , antecipar e reconhecer.

Fonte: Desafiando a Nomenklarura Científica

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