|
Открыли новые химические реакции для происхождения жизни
|
|
|
|
Четыре миллиарда лет назад Земля выглядела совсем иначе, чем сегодня, лишенная жизни и покрытая огромным океаном. В течение миллионов лет в этом первозданном бульоне зародилась жизнь. Исследователи давно предполагают, как молекулы объединились, чтобы вызвать этот переход. Теперь ученые из Scripps Research обнаружили новый набор химических реакций, в которых используются цианид, аммиак и углекислый газ — все они считаются обычными на ранней Земле — для образования аминокислот и нуклеиновых кислот, строительных блоков белков и ДНК. «Мы придумали новую парадигму, чтобы объяснить этот переход от пребиотической к биотической химии», — говорит Раманараянан Кришнамурти, доктор философии, доцент кафедры химии Scripps Research и ведущий автор новой статьи, опубликованной 28 июля. , 2022 г. в журнале Nature Chemistry. «Мы думаем, что описанные нами реакции, вероятно, могли произойти на ранней Земле».
|
|
|
|
Недавно открытые химические реакции не только дают исследователям представление о химии ранней Земли, но и полезны в некоторых производственных процессах, таких как создание биомолекул с индивидуальной маркировкой из недорогих исходных материалов. Ранее в этом году группа Кришнамурти показала, как цианид может запускать химические реакции, которые превращают пребиотические молекулы и воду в основные органические соединения, необходимые для жизни. В отличие от ранее предложенных реакций, эта работала при комнатной температуре и в широком диапазоне рН. Исследователи задались вопросом, можно ли в тех же условиях генерировать аминокислоты, более сложные молекулы, из которых состоят белки во всех известных живых клетках.
|
|
|
Сегодня в клетках аминокислоты генерируются из предшественников, называемых альфа-кетокислотами, с использованием как азота, так и специализированных белков, называемых ферментами. Исследователи нашли доказательства того, что альфа-кетокислоты, вероятно, существовали в начале истории Земли. Однако многие предполагали, что до появления клеточной жизни аминокислоты должны были образовываться из совершенно других предшественников, альдегидов, а не альфа-кетокислот, поскольку ферментов для осуществления преобразования еще не существовало. Но эта идея вызвала споры о том, как и когда произошел переход от альдегидов к альфа-кетокислотам как ключевому ингредиенту для производства аминокислот.
|
|
|
|
После успешного использования цианида для управления другими химическими реакциями Кришнамурти и его коллеги заподозрили, что цианид, даже без ферментов, может также помочь превратить альфа-кетокислоты в аминокислоты. Поскольку они знали, что в той или иной форме потребуется азот, они добавили аммиак — форму азота, которая должна была присутствовать на ранней Земле. Затем путем проб и ошибок они обнаружили третий ключевой ингредиент: углекислый газ. С этой смесью они быстро начали формировать аминокислоты. «Мы ожидали, что разобраться в этом будет довольно сложно, а оказалось, что это даже проще, чем мы себе представляли», — говорит Кришнамурти. «Если вы смешаете только кетокислоту, цианид и аммиак, он просто останется там. Как только вы добавите углекислый газ, даже следовые количества, реакция наберет скорость».
|
|
|
|
Исследователи говорят, что поскольку новая реакция относительно похожа на то, что происходит сегодня внутри клеток, за исключением того, что она вызвана цианидом, а не белком, скорее всего, она является источником ранней жизни, а не радикально отличается от реакции. Исследование также помогает объединить две стороны давних споров о важности углекислого газа для ранней жизни, делая вывод, что углекислый газ был ключевым, но только в сочетании с другими молекулами. В процессе изучения своего химического супа группа Кришнамурти обнаружила, что побочным продуктом той же реакции является оротат, предшественник нуклеотидов, составляющих ДНК и РНК. Это говорит о том, что один и тот же первичный бульон при правильных условиях мог дать начало большому количеству молекул, необходимых для ключевых элементов жизни.
|
|
|
|
«То, что мы хотим сделать дальше, — это продолжить исследование того, какая химия может появиться из этой смеси», — говорит Кришнамурти. «Могут ли аминокислоты начать формировать небольшие белки? Может ли один из этих белков вернуться и начать действовать как фермент, чтобы производить больше этих аминокислот?» Помимо Кришнамурти, авторами исследования «Пребиотический синтез альфа-аминокислот и оротата из альфа-кетокислот потенцирует переход к существующим метаболическим путям» являются Сунил Пуллетикурти, Махипал Ядав и Грег Спрингстин.
|
|
|
|
Источник
|
