Vprašanje, kako se je najprej pojavilo življenje na Zemlji, je vprašanje, ki si ga ljudje zastavljajo že od nekdaj. Čeprav so znanstveniki razmeroma prepričani, kdaj se je to zgodilo, do zdaj še ni dokončnega odgovora, zakaj je šlo. Kako so se aminokisline, kemični gradniki življenja, združile pred približno štirimi milijardami let, da bi ustvarile prve proteinske molekule?
Čeprav na to vprašanje še vedno ni odgovora, znanstveniki delajo nova odkritja, ki bi ga lahko pomagala zožiti. Na primer, ekipa raziskovalcev iz Centra za kemijsko evolucijo (Georgia Institute of Technology) iz Centra za kemijsko evolucijo (Georgia Institute of Technology) je nedavno pokazala, kako so se nekateri najzgodnejši predhodniki beljakovinske molekule lahko spontano povezali in tvorijo verigo.
Študija se je nedavno pojavila v Zbornik Nacionalne akademije znanosti. Študijo je vodil dr. Moran Frenkel-Pinter iz Georgia Tech. Vključila je več raziskovalcev iz CCT - ki jih podpirata NASA in Nacionalna znanstvena fundacija (NSF) - s pomočjo dr. Luke Lemana in docenta za kemijo na Scripps Research, neprofitni inštitut za medicinske raziskave.
Že desetletja so znanstveniki imeli teorije o tem, kako so se prve aminokisline združile in tvorile beljakovinske molekule. Na žalost vsi poskusi preverjanja teh teorij do zdaj niso bili uspešni. Kot je pojasnil doktor Leman:
»Kako je kemija pripeljala do zapletenega življenja, je eno najbolj očarljivih vprašanj, ki si jih je človeštvo zastavilo. Obstaja veliko teorij o izvoru beljakovin, vendar ne toliko eksperimentalne laboratorijske podpore tem idejam. "
Za svojo študijo je raziskovalna skupina izvedla poskus, v katerem je bil majhen izbor aminokislin (lizin, arginin in histidin) postavljen skupaj s tremi nebiološkimi aminokislinami konkurenti. Kislinam so nato podvrgli pogoje, podobne tistim, za katere se domneva, da so obstajali na Zemlji v času Hadean Eona (približno 4 milijarde let nazaj).
To je vključevalo dajanje izbranih aminokislin v vodo, ki vsebuje hidroksi kisline, za katere je znano, da olajšajo aminokislinske reakcije in bi bile pogoste na prebiotični Zemlji. Zmes smo nato segrevali na 85 ° C °C (185) °F), ki je pospešil reakcijski postopek in povzročil izhlapevanje vode. Nato smo preučevali nastale kemijske reakcije.
Na njihovo presenečenje so se biološke aminokisline spontano oblikovale v čiste segmente, ki so se povezali prek p -aminskih skupin. Te skupine so tiste, ki so narejene iz dušika in vodika in so precej reaktivne. Vendar so tudi del jedra aminokislin in drugih aminov, ki tvorijo stranske verige, ki segajo od jedra (ki so bili uporabljeni v tem poskusu), pogosto bolj reaktivne. Frenkel-Pinter je dejala:
"Presenetilo nas je, da je ta kemija favorizirala povezavo? -Amina, ki jo najdemo v beljakovinah, čeprav bi nas kemični principi morda privedli do prepričanja, da bi bila neproteinska povezava naklonjena. Prednost beljakovinsko podobne povezave pred neproteinskim je bila približno sedem do ena. "
Drugo presenečenje je bilo dejstvo, da so biološke aminokisline premagale nebiološke glede na reaktivnost. Slednje kisline, ki jih danes ne najdemo v beljakovinah, so lahko kemično reagirale ravno tako (ali bolje kot biološke). Še več, ekipa je predvidevala, da bo vključitev teh kislin biološkim zagotovila denar za svoj denar in lahko celo privedla do
Vendar so reakcije večinoma povzročile tvorbo peptidov (dveh ali več sestavnih delov aminokislin), ki so bili bližje današnjim dejanskim beljakovinam. Zlasti so raziskovalci menili, da bodo nebiološke aminokisline prehitele biološko aminokislino, znano kot lizin, in da lizin ne bo mogel zanesljivo tvoriti verig.
V obeh primerih so se zmotili in namesto tega so ugotovili, da je lizin pretežno šel v verige tako, da je podoben tistemu, kar se dogaja z beljakovinami danes. Na podlagi tega je ekipa domnevala, da so se montažne verige aminokislin, ki so uporabne v živih sistemih, razvijale, preden je življenje našlo način za proizvodnjo beljakovin.
Dejstvo, da je njihov poskus pokazal, da so biološke aminokisline prednostne pred nebiološkimi, lahko ponudi tudi nov vpogled v to, zakaj je v nastanek življenja šlo le 20 aminokislin. Znanstveniki verjamejo, da je bilo na svetu Hadean Eon na Zemlji prisotnih preko 500 kislin v naravi. Kot pojasnjuje Loren Williams, profesor biokemije na Georgia Tech
"Naša ideja je, da se je življenje začelo s številnimi gradniki, ki so bili tam, in izbrali podmnožico, vendar ne vemo, koliko jih je bilo izbranih na podlagi čiste kemije ali koliko bioloških procesov je izbira. Če pogledamo to študijo, se zdi, da današnja biologija morda odraža te zgodnje prebiotične kemične reakcije več, kot smo si mislili. "
"V prebiotični Zemlji bi bil veliko večji nabor aminokislin. Ali je v teh 20 aminokislinah nekaj posebnega ali so se te zaradi evolucije v trenutku zamrznile? " Skratka, eksperiment kaže, da se vrste aminokislin, ki se uporabljajo v beljakovinah, bolj povežejo, ker skupaj reagirajo bolj učinkovito in imajo malo neučinkovitih stranskih reakcij.
Skratka, eksperiment kaže, da se vrste aminokislin, ki se uporabljajo v beljakovinah, bolj povežejo, ker skupaj reagirajo bolj učinkovito in imajo malo neučinkovitih stranskih reakcij. Dodatno verodostojnost daje tudi teoriji, da se večina bioloških polimerov oblikuje v mokrih in suhih ciklih, kar raziskovalci CCT
Ta teorija, ki pravi, da so se prvi beljakovine pojavili na deževno obarvanih umazanijah ali na soncu opečenih jezerskih kamninah, je v nasprotju s konvencionalnejšo pripovedjo, da so gradniki življenja odvisni od redkih in kataklizmičnih dogodkov, pa tudi več sestavin v da bi nastal. S tem ko smo pokazali, da gre verjetno za bolj preprost postopek, bi nam lahko ta raziskava približala korak do odkritja te starodavne skrivnosti.
To bi lahko imelo tudi posledice pri iskanju življenja onkraj Zemlje. Če so gradniki življenja po naravi reaktivni in jih privlačijo drug drugega, potem se verjetno poveča verjetnost, da so se podobne kemične reakcije odvijale tudi drugje v vesolju!
