Otázka, ako sa prvýkrát objavil život na Zemi, je otázka, ktorú si ľudia od nepamäti kladú. Zatiaľ čo vedci sú pomerne presvedčení o tom, kedy sa to stalo, neexistuje definitívna odpoveď na to, prečo sa tak stalo. Ako sa aminokyseliny, chemické stavebné kamene života, spojili zhruba pred štyrmi miliardami rokov, aby vytvorili prvé proteínové molekuly?
Aj keď je táto otázka stále nezodpovedaná, vedci robia nové objavy, ktoré by ju mohli zúžiť. Napríklad tím vedcov z Centra pre chemický vývoj v Georgii Institute of Technology (CCT) nedávno uskutočnil štúdiu, ktorá ukázala, ako sa niektorí z najstarších predchodcov proteínovej molekuly mohli spontánne spojiť a vytvoriť reťazec.
Štúdia sa nedávno objavila na internete Zborník Národnej akadémie vied, Štúdiu viedla Dr. Moran Frenkel-Pinter z Georgia Tech a zahŕňala viacerých výskumných pracovníkov z CCT - podporovaných NASA a National Science Foundation (NSF) - s pomocou Dr. Luke Lemana a docenta chémie na Scripps Research, neziskový lekársky výskumný ústav.
Po celé desaťročia vedci mali teórie o tom, ako sa prvé aminokyseliny spojili, aby vytvorili proteínové molekuly. Bohužiaľ, všetky pokusy o overenie týchto teórií doteraz zlyhali. Ako vysvetlil Dr. Leman:
„Ako chémia viedla k zložitému životu, je jednou z najzaujímavejších otázok, ktoré ľudstvo zvažovalo. Existuje veľa teórií o pôvode proteínov, ale nie taká experimentálna laboratórna podpora pre tieto myšlienky. “
Výskumný tím pre svoju štúdiu uskutočnil experiment, pri ktorom bol malý výber aminokyselín (lyzín, arginín a histidín) umiestnený spolu s tromi nebiologickými konkurenčnými aminokyselinami. Kyseliny boli potom vystavené podmienkam podobným tým, o ktorých sa predpokladá, že na Zemi existovali počas hadej éry (asi pred 4 miliardami rokov).
Toto spočívalo v umiestnení vybraných aminokyselín do vody obsahujúcej hydroxykyseliny, o ktorých je známe, že uľahčujú aminokyselinové reakcie, a bolo by to bežné na prebiotickej Zemi. Zmes sa potom zahriala na 85 ° C °C (185) °F), ktorý urýchlil reakčný proces a spôsobil odparenie vody. Výsledné chemické reakcie sa potom študovali.
K ich prekvapeniu sa biologické aminokyseliny spontánne formovali do čistých segmentov, ktoré sa spojili prostredníctvom a-amínových skupín. Tieto skupiny sú tie, ktoré sú vyrobené z dusíka a vodíka a sú celkom reaktívne. Sú však tiež súčasťou jadra aminokyselín a iných amínov, ktoré tvoria vedľajšie reťazce, ktoré siahajú od jadra (ktoré boli použité v tomto experimente), sú často reaktívnejšie. Frenkel-Pinter uviedla:
„Prekvapilo nás, že táto chémia uprednostňovala a-amínové spojenie nachádzajúce sa v proteínoch, hoci nás chemické princípy mohli viesť k presvedčeniu, že by sa uprednostnilo neproteínové spojenie. Uprednostňovanie proteínovej väzby pred neproteínovou látkou bolo asi sedem ku jednej. “
Ďalším prekvapením bola skutočnosť, že biologické aminokyseliny porazili nebiologické aminokyseliny z hľadiska reaktivity. Posledne menované kyseliny, ktoré sa dnes v proteínoch nenachádzajú, mali potenciál chemickej reakcie rovnako dobre (alebo lepšie) ako biologické. Tím navyše predpokladal, že zahrnutím týchto kyselín by sa biologickým dali získať peniaze a mohli by viesť až k
Reakcie však viedli väčšinou k tvorbe peptidov (dva alebo viac stavebných blokov aminokyselín spojených dohromady), ktoré boli bližšie k dnešným skutočným proteínom. Vedci sa domnievali, že nebiologické aminokyseliny by prekonali biologickú aminokyselinu známu ako lyzín a že lyzín by nebol schopný spoľahlivo tvoriť reťazce.
V obidvoch prípadoch sa mýlili a namiesto toho zistili, že lyzín prevažne prešiel do reťazcov takým spôsobom, že je podobný tomu, čo sa dnes deje s proteínmi. Z tohto dôvodu tím predpokladal, že prefabrikované reťazce aminokyselín, ktoré sú užitočné v živých systémoch, sa vyvinuli skôr, ako život našiel spôsob, ako vyrábať proteíny.
Skutočnosť, že ich experiment ukázal, že biologické aminokyseliny sú uprednostňované pred nebiologickými, môže tiež poskytnúť nový pohľad na to, prečo len 20 aminokyselín prešlo do života. Vedci sa domnievajú, že počas Hadean Eon bolo na Zemi prítomných viac ako 500 prírodných kyselín. Ako vysvetľuje Loren Williams, profesor biochémie v Georgia Tech
„Našou myšlienkou je, že život začal s mnohými stavebnými kameňmi, ktoré tam boli, a vybrali ich podmnožinu, ale nevieme, koľko bolo vybratých na základe čistej chémie alebo koľko biologických procesov pri výbere. Pri pohľade na túto štúdiu sa zdá, že dnešná biológia môže odrážať tieto skoré prebiotické chemické reakcie viac, ako sme si mysleli. “
„V prebiotickej Zemi by existovalo oveľa väčšie množstvo aminokyselín. Je na týchto 20 aminokyselinách niečo zvláštne, alebo sa tieto evolúciou jednoducho zmrazili v okamihu? “ Stručne povedané, experiment naznačuje, že druhy aminokyselín používaných v proteínoch sa pravdepodobne viac spoja, pretože spolu reagujú efektívnejšie a majú málo neúčinných vedľajších reakcií.
Stručne povedané, experiment naznačuje, že druhy aminokyselín používaných v proteínoch sa pravdepodobne viac spoja, pretože spolu reagujú efektívnejšie a majú málo neúčinných vedľajších reakcií. To tiež dáva dodatočnú dôveryhodnosť teórii, že väčšina biologických polymérov sa tvorí v mokrom a suchom cykle, čo je niečo, čo výskumníci z CCT majú
Táto teória, ktorá uvádza, že prvé proteíny sa vyskytovali na dažďom zametaných plochách alebo na slnkom upečených jazerách, je v rozpore s bežnejším príbehom, že stavebné prvky života závisia od zriedkavých a kataklyzmatických udalostí, ako aj od viacerých zložiek aby sa objavil. Tým, že sme dokázali, že to bude pravdepodobne oveľa jednoduchší postup, by nás tento výskum mohol posunúť o krok bližšie k odhaleniu tohto starodávneho tajomstva.
Mohlo by to mať tiež dôsledky pri hľadaní života mimo Zeme. Ak sú stavebné prvky života prirodzene reaktívne a navzájom priťahované, pravdepodobne zvyšuje pravdepodobnosť, že podobné chemické reakcie sa odohrali inde vo vesmíre!
