Yannick Mahé / Flickr
Британские ученым удалось синтезировать пептиды, необходимые для развития жизни из простых молекул и воды в мягких условиях, которые могли быть на ранних стадиях эволюции Земли. Реакции проходили почти полностью даже в неочищенной воде и при низких концентрациях реагирующих компонентов. Исследование опубликовано в журнале Nature.
В 1924 году советский биолог Александр Опарин выдвинул теорию о возникновении жизни на Земле из первичного бульона — смеси аминокислот, азотистых оснований, полипептидов и нуклеотидов. Согласно теории, космическое излучение и разряды молний инициировали цепь реакций, которая привела в конечном итоге к возникновению жизни. Теория развивалась, но вопросов о механизмах происходящих реакций и их связи с геохимическими процессами оставалось много.
В живых организмах в синтезе пептидов и белков из аминокислот участвуют ферменты, которые сами по себе белки. В свою очередь, аминокислоты получаются из аминонитрилов только в условиях экстремальных значений pH — в сильнокислых или сильнощелочных растворах.
Чтобы узнать, как же мог получиться первый в мире жизнеобразующий белок, Пьер Канавелли (Pierre Canavelli) с коллегами из университетского колледжа Лондона разработали методику синтеза пептидов сразу из аминонитрилов, минуя стадию образования аминокислот. Синтез проводили в мягких условиях, которые могли быть на Земле в то время, и из простых молекул — воды, сероводорода, тиоацетата, коротких нитрилов и окислителя (красной кровяной соли или цианацетилена).
Схема последовательного наращивания пептидной цепи. Цианогруппа исходной полипептидной цепи (зеленая) подвергалась тиолизу, после чего полученное соединение гидролизовалось и затем вступало в реакцию с нитрилом в присутствии окислителя.
Pierre Canavelli, Saidul Islam & Matthew W. Powner, Nature, 2019
Аминонитрилы оказались достаточно химически активными и кислыми, чтобы реакция могла проходить в нейтральной среде, и полученный пептид не распадался. Синтетики показали, что их последовательное присоединение проходит селективно и эффективно (со значениями выходов реакций до 95 процентов) даже в неочищенной воде при низких концентрациях реагирующих веществ.
Авторы предполагают, что в природе сероводород и гексаферроцианид поступали в реакцию из разных источников, так как эти вещества могут реагировать между собой. С другой стороны, повторяющийся последовательный ввод реагентов в систему тоже может приводить к успешному наращиванию пептидной цепи. По словам ученых, если попытаться связать циклы окислительно-восстановительных реакций, которые происходили тогда на Земле, с условиями протекания синтеза пептидов, можно значительно приблизиться к разгадке тайны появления жизни на Земле.
Пару лет назад группа американских и канадских ученых нашла связь геохимического процесса образования глины и возникновения жизни на нашей планете.
Алина Кротова