Otázka, jak se poprvé objevil život na Zemi, je otázka, kterou si lidé od nepaměti ptali sami sebe. Zatímco vědci jsou relativně přesvědčeni o tom, kdy se to stalo, neexistuje definitivní odpověď, proč tomu tak bylo. Jak se asi před čtyřmi miliardami let spojily aminokyseliny, chemické stavební kameny života, aby vytvořily první proteinové molekuly?
I když je tato otázka stále nezodpovězena, vědci vytvářejí nové objevy, které by ji mohly zúžit. Například tým vědců z Centra pro chemický vývoj v Georgii Institute of Technology (CCT) nedávno provedl studii, která ukázala, jak se někteří z dřívějších předchůdců molekuly proteinu mohou spontánně spojit a vytvořit řetězec.
Studie se nedávno objevila v EU Sborník Národní akademie věd. Studii vedl Dr. Moran Frenkel-Pinter z Georgia Tech a zahrnovalo několik výzkumných pracovníků z CCT - podporovaných NASA a National Science Foundation (NSF) - s pomocí Dr. Luke Lemana a docenta chemie na Scripps Research, neziskový lékařský výzkumný ústav.
Po celá desetiletí mají vědci teorie o tom, jak se první aminokyseliny spojily, aby vytvořily proteinové molekuly. Bohužel všechny pokusy o ověření těchto teorií dosud selhaly. Jak vysvětlil Dr. Leman:
„Jak chemie vedla ke složitému životu, je jednou z fascinujících otázek, které lidstvo přemýšlelo. Existuje spousta teorií o původu proteinů, ale ne tolik experimentální laboratorní podpory pro tyto myšlenky. “
Pro jejich studii provedl výzkumný tým experiment, ve kterém byl malý výběr aminokyselin (lysin, arginin a histidin) umístěn spolu se třemi nebiologickými konkurenčními aminokyselinami. Kyseliny pak byly podrobeny podmínkám podobným těm, o kterých se věří, že na Zemi existovaly během Hadeanského Eonu (asi před 4 miliardami let).
To spočívalo v umístění vybraných aminokyselin do vody obsahující hydroxykyseliny, o kterých je známo, že usnadňují aminokyselinové reakce, a byly by běžné na prebiotické Zemi. Směs byla poté zahřátá na 85 ° C °C (185) °F), která urychlila reakční proces a způsobila odpařování vody. Výsledné chemické reakce byly poté studovány.
K jejich překvapení se biologické aminokyseliny spontánně vytvořily do úhledných segmentů, které se spojily dohromady prostřednictvím a-aminových skupin. Tyto skupiny jsou ty, které jsou vyrobeny z dusíku a vodíku a jsou celkem reaktivní. Jsou však také součástí jádra aminokyselin a jiné aminy, které tvoří vedlejší řetězce, které sahají od jádra (které byly použity v tomto experimentu), jsou často reaktivnější. Frenkel-Pinter řekl:
"Překvapilo nás, že tato chemie upřednostňovala spojení s a-aminem, které se nachází v proteinech, i když nás chemické principy mohly vést k domněnce, že by bylo upřednostněno neproteinové spojení." Preferování vazby podobné proteinu před neproteinem bylo asi sedm ku jedné. “
Dalším překvapením byla skutečnost, že biologické aminokyseliny mlátily nebiologické z hlediska reaktivity. Posledně jmenované kyseliny, které se dnes v proteinech nenacházejí, měly schopnost chemicky reagovat stejně dobře (nebo lépe než) biologické. A co víc, tým očekával, že zahrnutí těchto kyselin by biologickým pomohlo získat peníze a mohlo by dokonce vést k
Reakce však vedly většinou k tvorbě peptidů (dva nebo více stavebních bloků aminokyselin spojených dohromady), které byly blíže k dnešním skutečným proteinům. Vědci se zejména domnívali, že nebiologické aminokyseliny překonají biologickou aminokyselinu známou jako lysin a že lysin nebude schopen spolehlivě vytvářet řetězce.
V obou případech se mýlili a místo toho zjistili, že lysin se převážně dostal do řetězců způsobem, který je podobný tomu, co se dnes děje s proteiny. Na základě toho tým předpokládal, že prefabrikované řetězce aminokyselin, které jsou užitečné v živých systémech, se vyvinuly dříve, než život našel způsob, jak vyrobit proteiny.
Skutečnost, že jejich experiment ukázal, že biologické aminokyseliny jsou preferovány před nebiologickými, může také nabídnout nový pohled na to, proč jen 20 aminokyselin přešlo do tvorby života. Vědci se domnívají, že během Hadean Eon bylo na Zemi přítomno přes 500 přirozeně se vyskytujících kyselin. Jak vysvětluje Loren Williams, profesor biochemie ve společnosti Georgia Tech
"Náš nápad je, že život začal s mnoha stavebními bloky, které tam byly, a vybral jejich podmnožinu, ale nevíme, kolik bylo vybráno na základě čisté chemie nebo kolik biologických procesů provedlo výběr." Při pohledu na tuto studii se zdá, že dnešní biologie může odrážet tyto časné prebiotické chemické reakce více, než jsme si mysleli. “
"V prebiotické Zemi by existovala mnohem větší sada aminokyselin." Je na těchto 20 aminokyselinách něco zvláštního, nebo se tyto právě evolucí v okamžiku v okamžiku zmrazily? “ Zkrátka, experiment naznačuje, že druhy aminokyselin používaných v proteinech se pravděpodobně více spojí, protože spolu reagují efektivněji a mají málo neefektivních vedlejších reakcí.
Zkrátka, experiment naznačuje, že druhy aminokyselin používaných v proteinech se pravděpodobně více spojí, protože spolu reagují efektivněji a mají málo neefektivních vedlejších reakcí. To také propůjčuje další věrohodnost teorii, že většina biologických polymerů se formovala v mokrých a suchých cyklech, což je něco, co vědci z CCT mají
Tato teorie, která uvádí, že první bílkoviny se vyskytovaly na dešťových plochách znečištěných deštěm nebo sluncem upečených jezerech na břehu jezera, je v rozporu s konvenčnějším příběhem, že stavební kameny života se spoléhají na vzácné a kataklyzmatické události, jakož i na více složek aby se objevil. Tím, že jsme ukázali, že to bude pravděpodobně mnohem jednodušší proces, by nás tento výzkum mohl přivést o krok blíže k odemknutí tohoto starodávného tajemství.
Mohlo by to mít také důsledky při hledání života mimo Zemi. Jsou-li stavební kameny života přirozeně reaktivní a přitahovány jeden k druhému, pak pravděpodobně zvyšuje pravděpodobnost, že podobné chemické reakce probíhaly jinde ve vesmíru!
