|
Новый взгляд на космическую эволюцию аминокислот
|
|
|
|
Все биологические аминокислоты на Земле появляются исключительно в левосторонней форме, но причина, лежащая в основе этого наблюдения, неуловима. Недавно ученые из Японии обнаружили новые подсказки о космическом происхождении этой асимметрии. Основываясь на оптических свойствах аминокислот, обнаруженных на метеорите Мерчисон, они провели моделирование, основанное на физике, и показали, что предшественники биологических аминокислот могли определять хиральность аминокислот на ранней стадии галактической эволюции. Если вы посмотрите на свои руки, то заметите, что они являются зеркальным отражением друг друга. Однако, как бы вы ни старались перевернуть и повернуть одну руку, вы никогда не сможете идеально наложить ее на другую. Многие молекулы обладают сходным свойством, называемым «хиральностью», что означает, что «левосторонняя» (L) версия молекулы не может быть наложена на ее «правостороннюю» (D) версию зеркального отображения. Несмотря на то, что обе версии хиральной молекулы, называемые «энантиомерами», имеют одинаковую химическую формулу, то, как они взаимодействуют с другими молекулами, особенно с другими хиральными молекулами, может сильно различаться.
|
|
|
|
Интересно, что одна из многих загадок, окружающих происхождение жизни, как мы ее знаем, связана с хиральностью. Оказывается, биологические аминокислоты (АА) — строительные блоки белков — на Земле появляются только в одной из двух возможных энантиомерных форм, а именно в L-форме. Однако, если вы синтезируете АК искусственно, L- и D-формы образуются в равных количествах. Это говорит о том, что в какой-то момент в прошлом L-AA должны были доминировать в гетерохиральном мире. Это явление известно как «нарушение киральной симметрии». На этом фоне исследовательская группа под руководством доцента Мицуо Сёдзи из Университета Цукуба, Япония, провела исследование, направленное на разгадку этой загадки. Как поясняется в их статье, опубликованной в The Journal of Physical Chemistry Letters, команда стремилась найти доказательства, подтверждающие космическое происхождение гомохиральности AA на Земле, а также сгладить некоторые несоответствия и противоречия в нашем предыдущем понимании.
|
|
|
«Идея о том, что гомохиральность могла возникнуть в космосе, возникла после того, как АК были обнаружены в метеорите Мерчисон, упавшем в Австралии в 1969 году», — объясняет доктор Шоджи. Любопытно, что в образцах, полученных из этого метеорита, каждый из L-энантиомеров был более распространенным, чем его аналог D-энантиомера. Одно популярное объяснение этого предполагает, что асимметрия была вызвана ультрафиолетовым светом с круговой поляризацией (CPL) в областях звездообразования нашей галактики. Ученые подтвердили, что этот тип излучения действительно может вызывать асимметричные фотохимические реакции, которые при достаточном количестве времени будут способствовать производству L-AA, а не D-AA. Однако поглощающие свойства изовалина АК противоположны свойствам других АК, а это означает, что объяснение только на основе УФ-излучения либо недостаточно, либо неверно.
|
|
|
|
На этом фоне команда доктора Сёдзи выдвинула альтернативную гипотезу. Вместо дальнего ультрафиолетового излучения они предположили, что киральная асимметрия на самом деле была вызвана именно эмиссионной линией CP Lyman-a (Lya), спектральной линией атома водорода, которая пронизывала ранний Млечный Путь. Более того, вместо того, чтобы сосредоточиться только на фотореакциях в АК, исследователи исследовали возможность возникновения хиральной асимметрии в предшественниках АК, а именно в аминопропаналях (АП) и аминонитрилах (АН). С помощью квантово-механических расчетов команда проанализировала реакции, вызванные La, для производства AA по химическому пути, принятому в синтезе Штрекера. Затем они отмечали соотношение L- и D-энантиомеров АК, АП и АН на каждом этапе процесса.
|
|
|
|
Результаты показали, что L-энантиомеры АН преимущественно образуются при правостороннем облучении CP (R-CP) Lya, при этом их энантиомерные соотношения соответствуют таковым для соответствующих АК. «В совокупности наши результаты показывают, что AN лежат в основе происхождения гомохиральности», — отмечает доктор Шоджи. «В частности, облучение предшественников АН излучением R-CP Lya приводит к более высокому соотношению L-энантиомеров. Последующее преобладание L-АК возможно благодаря реакциям, вызванным молекулами воды и теплом». Таким образом, исследование приближает нас на один шаг к пониманию сложной истории нашей собственной биохимии. Команда подчеркивает, что необходимо провести дополнительные исследования, посвященные AN, на будущих образцах астероидов и комет, чтобы подтвердить их выводы. «Дальнейший анализ и теоретические исследования AN и других пребиотических молекул, связанных с сахарами и азотистыми основаниями, позволят по-новому взглянуть на химическую эволюцию молекул и, в свою очередь, на происхождение жизни», — заключает доктор Шоджи.
|
|
|
|
Источник
|
