Protometabolizm siarczanu cyjanowego - właściwa droga do ziemskiego życia • Elena Naimark • Wiadomości naukowe na temat "pierwiastków" • Chemia, biochemia, geochemia, biologia molekularna

Protometabolizm cyjanosiarczkowy – właściwa droga do ziemskiego życia

Ryc. 1. Nie mamy żadnych materialnych dowodów na pozostawienie katharhea, ale logika i eksperymenty pomagają reprezentować ten młody świat. Obraz z the-scientist.com

Świat RNA poprzedzony był czasem syntezy prebiologicznej, kiedy rodziły się cząsteczki, nukleotydy, białka i lipidy, które były w jakiś sposób potrzebne do replikacji. Wcześniej chemicy rozpatrywali procesy ich syntezy oddzielnie. Teraz w laboratorium Johna Sutherlanda odkryto ścieżkę, która prowadzi do syntezy dużego zestawu cząsteczek biologicznych. Nie ma potrzeby odgadywania, co działo się wcześniej, RNA lub białek, prawdopodobnie zostały one zsyntetyzowane jednocześnie w pojedynczej kaskadzie reakcji chemicznych; Na początku pojawia się wodór cyjankowy i siarkowodór z metalowymi katalizatorami. Autorzy nazwali tę sieć reakcji protometabolizmu cyjanosiarczków. Po wydaniu nowego opracowania możemy mówić o przełomie w nauce o pochodzeniu życia.

John Sutherland (John Sutherland) wraz z zespołem z Laboratorium Biologii Molekularnej Rady Naukowej ds. Medycyny Uniwersytetu Cambridge (Wielka Brytania) kontynuowali ekscytujące badania pierwszych etapów narodzin życia – pojawienia się cząsteczek biologicznych na naszej planecie.Około pięć lat temu opisali prosty sposób syntezy nukleotydów pirymidynowych, których nie można było uzyskać z prostych substancji (patrz: chemicy pokonali główną przeszkodę w abiogennej syntezie RNA, Elements, 18 maja 2009 r.). Wymagało to ogrzewania zasad azotowych (cyjanamidu) wraz z cukrem (aldehydem glikolowym) i cyjanoacetylenem w obecności kwasu fosforowego i promieniowaniem ultrafioletowym. W rezultacie rybonukleotydy pirymidynowe, cytydyna i urydyna, uzyskuje się w sposób cudowny, choć całkiem zrozumiały dla chemików. Równocześnie, przy wysokiej wydajności produktu końcowego, w postaci praktycznie pozbawionej zanieczyszczeń, ponieważ inne produkty uboczne reakcji są niestabilne wobec promieniowania ultrafioletowego (na fig. 2a ta część prebiologicznej chemii jest pokazana za pomocą niebieskich strzałek).

Każdy, kto jest zaangażowany i zainteresowany wczesną ewolucją życia, doszedł do rozkoszy. Wśród aprobat emocjonalnych brzmiały dość sensowne pytania: skąd albuminę glikolową można uzyskać w dużych ilościach na wczesnej Ziemi? – jeszcze nie jest to prosta sprawa. Przez trzy lata zespołowi Sutherland udało się rozwiązać ten problem (D. Ritson i J. D. Sutherland, 2012.Prebiotyczna synteza cukrów prostych za pomocą chemii systemów fotoreksumpcyjnych – i znowu elegancka i niedroga. Chemicy zsyntetyzowali aldehyd glikolowy i aldehyd glicerynowy z cyjanowodoru; reakcja zachodzi w obecności siarkowodoru i dwuwartościowej miedzi. Ale co JOY naukowców gdy odkryta w reakcji syntezy z a-aminonitrylu produktów ubocznych (!) – prekursor aminokwasy glicynę, serynę, alaninę i treoninę (D. Ritson & JD Sutherland, 2013. Synteza aldehydowych nukleotydowej i aminokwasowej Prekursory według Photoredox Chemistry). Na rys. 2a ta ścieżka jest pokazana przez zielone strzałki.

Ryc. 2 Schemat reakcji, w którym synteza pirymidyn, aminokwasów i lipidów jest wzajemnie połączona. Przedstawiono syntezę cytydyny i urydyny. niebieskie strzałki w niebieski blok (a), zielone strzałki w niebieski blok przedstawiono syntezę cukrów (aldehydu glikolowego) z cyjanowodoru; różowe i beżowe bloki (c i d) pokazuje część reakcji, w których przy udziale Cu (I) lub siarkowodoru i Cu (II) jest synteza aminokwasów; zielony blok (b) pokazuje część reakcji, podczas których syntetyzuje się prekursory lipidów i aminokwasy. Schemat omawianego artykułu w Chemia przyrody

Oczywiście nie można było zatrzymać: jasne jest, że odkryta sieć reakcji jest kopalnią złota syntezy prebiologicznej.I ten sam skrzydlaty zespół zaczął bardziej szczegółowo badać produkty reakcji w mieszaninie cyjanowodoru, siarkowodoru, fosforanów i różnych metali dwuwartościowych.

Przede wszystkim postanowiono przyjrzeć się transformacji aldehydu glicerynowego w buforze fosforanowym – teoretycznie powinno się otrzymać bardziej stabilny trójwęglowy izomer. Rzeczywiście, stwierdzono: aldehyd glicerynowy stopniowo, ale z dobrą wydajnością produktu (59%) przekształcono w dihydroksyaceton. A to z kolei w obecności siarkowodoru w świetle jest podzielone na aceton i glicerol. Po otrzymaniu tych substancji chemicy poczuli zwycięstwo – nieco przed syntezą lipidów. A jeśli otrzymana mieszanina zostanie podgrzana (i pamiętamy, że proces przechodzi do buforu fosforanowego) za pomocą katalizatora (cynku), wówczas kolba będzie zawierała fosforan-1-fosforan i glicerolo-2-fosforan – prekursory lipidów. Wydajność tych produktów okazała się imponująca: łącznie 71%. A jeśli naprzemiennie pomiędzy oświetleniem i ciemnością, następują kolejno reakcje acetonu na aminokwasy, walinę i leucynę (jako przyjemny dodatek).

Następnie okazało się, że można również zsyntetyzować cyjanowodór i acetylen w obecności różnych związków miedzi i siarkowodoruaminokwasy: arginina, prolina, asparagina, asparaginian, glutamina i glutaminian. A tak przy okazji, cyjanoacetylen jest niezbędnym produktem konwersji cyjanowodoru do aminokwasów w obecności dwuwartościowej miedzi, takiej, która była potrzebna do syntezy pirymidyn.

To prawdziwy bulion pierwotny lub, jeśli wolisz, hipotetyczna, ciepła kałuża! John Sutherland i jego współpracownicy wyobrażają sobie teraz ten najstarszy, życiodajny zbiornik, o wiele jaśniejszy niż ktokolwiek inny. Ten ciepły basen porośnięty jest realistycznymi chemicznymi szczegółami. Chemicy umieścili go w czasie katharchea, kiedy nasza planeta doświadczała skutków późnego bombardowania meteorytami. Tak to się może stać.

Podczas kolizji materia węglowa meteorytów została połączona z atmosferycznym azotem, a cyjanowodór został zsyntetyzowany w wyniku tej reakcji w wysokiej temperaturze. Od meteorytowego schreiberzytu, fosforu żelazowo-niklowego, wytwarzano fosforany podczas zderzeń o wysokiej energii. W obecności wody (tu jest – ciepła kałuża!) Cyjanowodór rozpuszczony i połączony z żelazem, tworząc żelazocyjanek.Chlorki, rozpuszczalne związki sodu, potasu, wapnia – wszystko, co młoda Ziemia miała w dobrobycie – zostały zmyte. Kiedy kałuża wyparowała i musiała wyparować z powodu wysokiej temperatury na powierzchni planety i bombardowania meteorytem, ​​żelazocyjanek ogrzał się i wchodząc w reakcję z potasem, sodem, wapniem, tworzył odpowiednie cyjanki, węgiel i węgliki. Ta warstwa soli stałych jest wyjątkowo obiecująca, ponieważ po rozpuszczeniu i ogrzaniu otrzymuje się zestaw składników niezbędnych do "życia": cyjanowodór, cyjanamid, acetylen. Ten ostatni powstaje przez rozpuszczenie węglika wapnia w wodzie. Fosforany i siarkowodór są przyłączone.

Aby bulion był przygotowany, nasza kałuża musiała okresowo wysychać i ponownie napełniać wodą, okresowo oświetlać światłem i czasami zanurzać w ciemności. A wtedy synteza wszystkich niezbędnych cząsteczek biologicznych naraz mogłaby się sama odbywać: nukleotydy, aminokwasy, lipidy. Naukowcy zaproponowali połączoną sieć reakcji, a jeśli podano początek, to wyjście będzie całym zestawem. I nie ma potrzeby odgadywania, co się wydarzyło wcześniej – aminokwasów i białek lub cukrów z rybonukleotydami.Wszystko było od razu. Ciepła kałuża to gorący i suszący zbiornik wypełniony kwasem cyjanowodorowym i siarkowodorem, oświetlony twardym UV: witaj, życie!

Chemicy wciąż mają poważne zadanie, aby rozwiązać wszystkie węzły tej sieci chemicznej, ale najważniejsze jest to, że nie ma już luki między prostymi molekułami organicznymi a cząsteczkami życia. Teraz jest most, który chemicy nazwali protometabolizmem cyjanosiarczkowym. Prawdopodobnie termin ten szybko stanie się modny, popytowy i bardzo znaczący.

Źródło: Bhavesh H. Patel, Claudia Percivalle, Dougal J. Ritson, Colm D. Duffy i John D. Sutherland. Powszechne pochodzenie prekursorów RNA, białka i lipidów w protometabolizmie cyjanosulfidowym // Chemia przyrody. Opublikowano online 16 marca 2015 r. DOI: 10.1038 / NCHEM.2202.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: