Peptydy mogą tworzyć się w warunkach naśladujących te w kosmosie

Z Uniwersytetu Friedricha Schillera w Jenie i Instytutu Astronomii im. Maxa Plancka odkryli nową wskazówkę w poszukiwaniu pochodzenia życia, pokazując, że peptydy mogą tworzyć się na pyle w warunkach takich, jak panujące w przestrzeni kosmicznej. Te molekuły, które są jednym z podstawowych elementów budulcowych wszelkiego życia, mogą zatem w ogóle nie pochodzić z naszej planety, ale prawdopodobnie z kosmicznych obłoków molekularnych.

Łańcuchy aminokwasów

Całe życie, jakie znamy, składa się z tych samych chemicznych cegiełek. Należą do nich peptydy, które pełnią w organizmie różne, zupełnie różne funkcje – przenoszą substancje, przyspieszają reakcje czy tworzą w komórkach rusztowania stabilizujące. Peptydy składają się z pojedynczych aminokwasów ułożonych w określonej kolejności. Dokładna kolejność określa ostateczne właściwości peptydu.

Jak powstały te wszechstronne biomolekuły, jednym z pytań o pochodzenie życia. Na przykład aminokwasy, nukleozasady i różne cukry znalezione w meteoroidach pokazują, że to pochodzenie może mieć charakter pozaziemski. Jednak, aby peptyd mógł powstać z pojedynczych cząsteczek aminokwasów, wymagane są bardzo specjalne warunki, które wcześniej zakładano, że są bardziej prawdopodobne na Ziemi.

Pierwszy krok wymaga wody, podczas gdy w drugim kroku nie może być wody

„Woda odgrywa ważną rolę w konwencjonalnym sposobie tworzenia peptydów” mówi dr Serge Krasnokutski z Laboratorium Astrofizyki i Fizyki Klastrów Instytutu Astronomii im. Maxa Plancka na Uniwersytecie w Jenie. W tym procesie poszczególne aminokwasy łączą się, tworząc łańcuch. Aby tak się stało, za każdym razem należy usunąć jedną cząsteczkę wody. „Nasze obliczenia chemii kwantowej wykazały teraz, że aminokwas glicyna może powstać poprzez prekursor chemiczny – zwany aminoketenem – łączący się z cząsteczką wody”. Mówiąc prościej: w tym przypadku wodę należy dodać w pierwszym etapie reakcji, a wodę należy usunąć w drugim.”

Dzięki tej wiedzy zespół kierowany przez fizyka Krasnokutskiego był teraz w stanie zademonstrować ścieżkę reakcji, która może zachodzić w warunkach kosmicznych i nie wymaga wody.

„Zamiast obierać chemiczne objazdy, w których powstają aminokwasy, chcieliśmy dowiedzieć się, czy zamiast tego nie można utworzyć cząsteczek aminoketenu i połączyć się bezpośrednio w peptydy” mówi Krasnokutski, opisując podstawową ideę pracy. Dodaje: „Zrobiliśmy to w warunkach, które panują w kosmicznych obłokach molekularnych, czyli na cząsteczkach pyłu w próżni, gdzie odpowiednie chemikalia są obecne w obfitości: węgiel, amoniak i tlenek węgla”.

W komorze ultrawysokiej próżni podłoża, które służą jako model dla powierzchni cząstek kurzu, zostały połączone z węglem, amoniakiem i tlenkiem węgla przy około jednej biliardowej normalnego ciśnienia powietrza i minus 263 stopni Celsjusza.

„Badania wykazały, że w tych warunkach poliglicyna peptydowa powstała z prostych substancji chemicznych” Krasnokutski mówi. „Są to zatem łańcuchy bardzo prostego aminokwasu glicyny i zaobserwowaliśmy różne długości. Najdłuższe okazy składały się z jedenastu jednostek aminokwasu.”

W tym eksperymencie niemiecki zespół był również w stanie wykryć podejrzany aminoketen. „Fakt, że reakcja może w ogóle zachodzić w tak niskich temperaturach, wynika z wyjątkowo reaktywnych cząsteczek aminoketenu. Łączą się ze sobą w skutecznej polimeryzacji. Produktem tego jest poliglicyna.”

Pewną rolę może odgrywać kwantowy efekt tunelowania mechanicznego

„Niemniej jednak było dla nas zaskakujące, że polimeryzacja aminoketenu może zajść tak łatwo w takich warunkach” mówi Krasnokutski. „Dzieje się tak, ponieważ aby tak się stało, trzeba pokonać barierę energetyczną. Być może jednak pomaga nam w tym specjalny efekt mechaniki kwantowej. W tym specjalnym etapie reakcji atom wodoru zmienia swoje miejsce. Jest jednak tak mała, że ​​jako cząstka kwantowa nie była w stanie pokonać bariery, ale po prostu była w stanie ją przekroczyć, że tak powiem, poprzez efekt tunelowania”.

Teraz, gdy stało się jasne, że w warunkach kosmicznych mogą powstawać nie tylko aminokwasy, ale także łańcuchy peptydowe, być może będziemy musieli spojrzeć nie tylko na Ziemię, ale także bardziej w kosmos, badając pochodzenie życia.

Odniesienie: Krasnokutski SA, Chuang KJ, Jäger C, Ueberschaar N, Henning Th. Droga do peptydów w przestrzeni poprzez kondensację węgla atomowego. Astronomia przyrody. 2022. doi: 10.1038/s41550-021-01577-9.

Ten artykuł został opublikowany z następujących materiały. Uwaga: materiał mógł być edytowany pod względem długości i treści. W celu uzyskania dalszych informacji prosimy o kontakt z cytowanym źródłem.