Вопрос о том, как впервые появилась жизнь здесь, на Земле, остается загадкой, которая до сих пор ускользает от ученых. Несмотря на все, что ученые узнали из летописи окаменелостей и геологической истории, до сих пор не известно, как органическая жизнь возникла из неорганических элементов (процесс, известный как абиогенез) миллиарды лет назад.
Один из наиболее пугающих аспектов загадки связан с пептидами и ферментами, которые попадают в ситуацию «курицы и яйца». Решая эту проблему, недавно группа исследователей из Университетского колледжа Лондона (UCL) провел исследование это эффективно продемонстрировало, что пептиды могли образоваться в условиях, аналогичных изначальной Земле.
Исследование, в котором подробно описаны их выводы, было недавно опубликовано в научном журнале.Природа.Исследовательскую группу возглавил доктор Мэтью Паунер, читатель по органической химии химического факультета UCL, и в нее вошли Пьер Канавелли и доктор Саидул Ислам, оба из которых являются исследователями из секции органической и биологической химии UCL.
Последовательность, в которой аминокислоты и пептиды соединяются, образуя органические клетки. Кредит: peptidesciences.com
Как Паунер объяснил цель своего исследования в недавнем интервью UCL News:
«Пептиды, представляющие собой цепочки аминокислот, являются абсолютно необходимым элементом всей жизни на Земле. Они образуют ткань белков, которые служат катализаторами биологических процессов, но сами по себе нуждаются в ферментах, чтобы контролировать их образование из аминокислот. Итак, у нас возникла классическая проблема с курицей и яйцом - как были созданы первые ферменты? »
Как они указывают в своем исследовании, значительные исследования в прошлом были посвящены выяснению того, как пептиды впервые образовались и позволили зародиться жизни. Однако все предыдущие исследования были сосредоточены на аминокислотах, а не на реакционной способности их химических предшественников (известных как аминонитрилы).
В то время как аминонитрилы требуют жестких условий для образования аминокислот (обычно сильнокислых или щелочных), аминокислоты необходимо заряжать энергией для образования пептидов. Однако исследователи нашли способ обойти оба этих шага, продемонстрировав, что пептиды могут быть получены непосредственно из богатых энергией аминонитрилов.
В их методе использовалась встроенная реакционная способность аминонитрилов с другими молекулами, которые были частью исконной окружающей среды Земли. Процесс заключался в объединении сероводорода с аминонитрилами и химическим субстратом феррицианидом ([Fe (CN)6]3?) в воде с образованием пептидов.
Это продемонстрировало, что аминонитрилы способны самостоятельно образовывать пептидные связи в воде и с большей легкостью, чем аминокислоты. Кроме того, он показал, что это могло происходить в условиях и химических веществах, которые выделяются во время извержений вулканов и которые, вероятно, присутствовали на Земле миллиарды лет назад. Сказал Пьер Канавелли, первый автор исследования:
«Контролируемый синтез в ответ на внешние или внутренние раздражители является важным элементом регуляции метаболизма, поэтому мы думаем, что синтез пептидов мог быть частью естественного цикла, имевшего место на очень раннем этапе эволюции жизни».
«Впервые было убедительно показано, что пептиды образуются без использования аминокислот в воде, в относительно мягких условиях, которые могут быть доступны на примитивной Земле», - добавил соавтор доктор Саидул Ислам.
Эти открытия могут иметь важное значение для изучения абиогенеза, а также поиска жизни на внесолнечных планетах. Они также могут быть полезны в области синтетической химии, поскольку образование амидной связи необходимо для производства синтетических материалов, биологически активных. По сравнению с обычными химическими процессами, которые используются в коммерческих целях, этот новый метод более эффективен и более рентабелен.
Впечатление художника от архейского эона на Земле. Предоставлено: Смитсоновский институт / Питер Сойер.
Забегая вперед, исследовательская группа надеется продолжить свои исследования, найдя другие способы, которыми аминонитрилы могут приводить к пептидам. Они также в настоящее время исследуют функциональные свойства пептидов, полученных в результате их эксперимента, в надежде лучше понять, как они могли способствовать возникновению жизни на Земле ок. 4 миллиарда лет назад.
Неужели после многих поколений попыток (и безуспешных) воссоздать строительные блоки жизни, ученые просто вернулись к этому задом наперед? И означает ли это, что органические технологии могут быть не за горами? Время покажет…
