Az a kérdés, hogy miként alakult ki először az élet a Földön, az ember az ősidők óta kérdezi magától. Noha a tudósok viszonylag magabiztosak abban, hogy mikor történt ez, addig nem volt egyértelmű válasz arra, hogy miért. Hogyan álltak össze az aminosavak, az élet kémiai építőkövei, megközelítőleg négy milliárd évvel ezelőtt, hogy létrehozzák az első fehérjemolekulákat?
Noha ez a kérdés még mindig megválaszolatlan, a tudósok új felfedezéseket tesznek, amelyek segíthetik annak szűkítését. Például a Georgian Institute of Technology Kémiai Evolúciós Központjának (CCT) kutatói csoportja nemrégiben végzett egy tanulmányt, amely megmutatta, hogy a fehérjemolekulák közül a legkorábbi elődeinek spontán módon összekapcsolódhatnak-e egy lánc.
A tanulmány nemrégiben jelent meg a A Nemzeti Tudományos Akadémia folyóiratai. A tanulmányt Dr. Moran Frenkel-Pinter, a Georgia Tech vezette, és a CCT-ben több kutatót vett be - amelyet a NASA és a Nemzeti Tudományos Alapítvány (NSF) támogat - Dr. Luke Leman és a kémia professzora Scripps Research, nonprofit orvosi kutatóintézet.
A tudósok évtizedek óta elméletekkel rendelkeznek arról, hogy az első aminosavak miként jöttek létre fehérjemolekulák kialakításában. Sajnos ezeknek az elméleteknek az igazolására tett minden kísérlet eddig kudarcot vallott. Ahogy Dr. Leman kifejtette:
Az egyik legizgalmasabb kérdés, hogy a kémia hogyan vezette a komplex élethez az emberiség. Sok elmélet létezik a fehérjék eredetéről, ám ezeknek az ötleteknek nem annyira kísérleti laboratóriumi támogatása van. ”
Vizsgálataikhoz a kutatócsoport kísérletet végzett, ahol egy kis választéka aminosavakat (lizin, arginin és hisztidin) helyeztek el három nem biológiai versengő aminosavval együtt. A savakat ezután hasonló körülményeknek vetik alá, mint amelyek a földön valószínűleg a Hadean Eon idején léteztek (kb. 4 milliárd évvel ezelőtt).
Ez abból állt, hogy a kiválasztott aminosavakat hidroxisavakat tartalmazó vízbe helyeztük, amelyekről ismert, hogy megkönnyítik az aminosavreakciókat, és amelyek gyakoriak voltak a prebiotikus Földön. Az elegyet ezután 85 ° C-ra melegítjük °C (185 °F), amely felgyorsította a reakciót, és a víz elpárolgását okozta. A kapott kémiai reakciókat ezután megvizsgálták.
Meglepetésükre, a biológiai aminosavak spontán módon szelvényekké alakultak, amelyek a-amin csoportokon keresztül kapcsolódtak egymáshoz. Ezek a csoportok azok, amelyek nitrogénből és hidrogénből készülnek, és nagyon reakcióképesek. Ugyanakkor részét képezik az aminosavak magjának, és más aminok, amelyek a magból kinyúló oldalsó láncokat képeznek (amelyeket ebben a kísérletben használtak) gyakran reakcióképesebbek. Frenkel-Pinter mondta:
„Meglepte bennünket, hogy ez a kémia kedvezően hat a fehérjékben található p-amin-kapcsolatra, annak ellenére, hogy a kémiai alapelvek arra vezethettek bennünket, hogy azt hittük, hogy a nem-fehérje kapcsolat előnyben részesül. A fehérje-szerű kötés preferenciája a nem fehérjével szemben mintegy hét egy volt. "
További meglepetés az volt, hogy a biológiai aminosavak a reakcióképesség szempontjából legyőzték a nem biológiai aminosavakat. Az utóbbi savak, amelyek manapság nem fordulnak elő a fehérjékben, képesek voltak ugyanúgy (vagy jobban) kémiai reakcióba lépni a biológiai savakkal. Sőt, a csapat azt vélte, hogy ezeknek a savaknak a bevonása a biológiai vegyületeknek pénzt fog fizetni, és akár a
A reakciók azonban elsősorban olyan peptidek képződéséhez vezettek (két vagy több aminosav építőelem kapcsolódva egymáshoz kapcsolódva), amelyek közelebb álltak a mai valós fehérjékhez. A kutatók különösen úgy gondolták, hogy a nem biológiai aminosavak felülmúlják a lizin néven ismert biológiai aminosavakat, és hogy a lizin nem képes megbízhatóan láncokat képezni.
Mindkét esetben tévedtek, és ehelyett úgy találták, hogy a lizin túlnyomórészt a láncokba megy be, hasonlóan ahhoz, ami a mai fehérjékkel történik. Ebből a csoport feltételezte, hogy az előre gyártott aminosavláncok, amelyek hasznosak az élő rendszerekben, kialakultak, mielőtt az élet megtalálta volna a módját a fehérjék előállítására.
Az a tény, hogy kísérleteik azt mutatták, hogy a biológiai aminosavak előnyben részesülnek a nem biológiai aminosavakkal szemben, új betekintést is adhat arra, hogy miért éppen 20 aminosav került az élet kialakulásához. A tudósok úgy vélik, hogy a Hadean Eon alatt több mint 500 természetben előforduló sav volt jelen a Földön. Ahogy Loren Williams, a Georgia Tech biokémiai professzora magyarázza
"Az a gondolatunk, hogy az élet azzal a sok építőelemen kezdődött, amelyek ott voltak, és kiválasztották azok egy részhalmazát, de nem tudjuk, hogy mennyi anyagot választottak a tiszta kémia alapján, vagy mennyi biológiai folyamatot választottak ki. Ezt a tanulmányt vizsgálva úgy tűnik, hogy a mai biológia jobban tükrözi ezeket a korai prebiotikus kémiai reakciókat, mint gondolnánk.
„A prebiotikus Földön sokkal nagyobb aminosav-készlet lenne. Van valami különleges ezekben a 20 aminosavban, vagy ezek evolúciója egy bizonyos pillanatban megfagyott? " Röviden: a kísérlet azt sugallja, hogy a fehérjékben alkalmazott aminosavak sokkal valószínűbben kapcsolódnak egymáshoz, mivel hatékonyabban reagálnak egymásra, és kevés hatástalan mellékreakcióval rendelkeznek.
Röviden: a kísérlet azt sugallja, hogy a fehérjékben alkalmazott aminosavak sokkal valószínűbben kapcsolódnak egymáshoz, mivel hatékonyabban reagálnak egymásra, és kevés hatástalan mellékreakcióval rendelkeznek. Ez további hitelességet ad arra az elméletre, miszerint a legtöbb biológiai polimer nedves és száraz ciklusokban képződik, amit a CCT kutatói
Ez az elmélet, amely kimondja, hogy az első fehérjék esővel söpörött földlakásokon vagy napfényes tavakparti sziklákon fordultak elő, ellentmond a szokásosabb narratívának, amely szerint az élet építőkövei ritka és kataklizmikus eseményekre, valamint több megrendelés megjelenése. Megmutatva, hogy ez valószínűleg sokkal egyszerűbb folyamat, ez a kutatás egy lépéssel közelebb hozhat nekünk e régi rejtély felszabadításához.
Ez kihatással lehet a Földön kívüli élet keresésére is. Ha az élet építőkövei természetesen reaktívak és vonzzák egymást, akkor valószínűleg növeli annak esélyét, hogy hasonló kémiai reakciók zajlottak máshol az univerzumban!
