Søger efter livets kemi

I søgen efter livets kemiske oprindelse, forskere har fundet en mulig alternativ vej til fremkomsten af ​​det karakteristiske DNA-mønster:Ifølge eksperimenterne, de karakteristiske DNA-basepar kan dannes ved tør opvarmning, uden vand eller andre opløsningsmidler. Holdet ledet af Ivan Halasz fra Rudjer Boskovic Instituttet og Ernest Mestrovic fra medicinalfirmaet Xellia præsenterer sine observationer fra DESYs røntgenkilde PETRA III i tidsskriftet Kemisk kommunikation .

"Et af de mest spændende spørgsmål i søgen efter livets oprindelse er, hvordan den kemiske selektion fandt sted, og hvordan de første biomolekyler dannede sig, " siger Tomislav Stolar fra Rudjer Boskovic Instituttet i Zagreb, den første forfatter på papiret. Mens levende celler styrer produktionen af ​​biomolekyler med deres sofistikerede maskineri, livets første molekylære og supramolekylære byggesten blev sandsynligvis skabt af ren kemi og uden enzymkatalyse. Til deres studie, forskerne undersøgte dannelsen af ​​nukleobasepar, der fungerer som molekylære genkendelsesenheder i Deoxyribonucleic Acid (DNA).

Vores genetiske kode lagres i DNA'et som en specifik sekvens stavet af nukleobaserne adenin (A), cytosin (C), guanin (G) og thymin (T). Koden er arrangeret i to lange, komplementære tråde viklet i en dobbelthelixstruktur. I trådene, hver nukleobase parrer med en komplementær partner i den anden streng:adenin med thymin og cytosin med guanin.

"Kun specifikke parringskombinationer forekommer i DNA'et, men når nukleobaser isoleres, bryder de sig slet ikke om at binde sig til hinanden. Så hvorfor valgte naturen disse basepar? "Siger Stolar. Undersøgelser af parring af nukleobaser steg kraftigt efter opdagelsen af ​​DNA -dobbeltspiralstrukturen af ​​James Watson og Francis Crick i 1953. Dog, det var ret overraskende, at der har været ringe succes med at opnå specifik nukleobaseparring under forhold, der kunne betragtes som præbiotisk plausible.

"Vi har udforsket en anden vej, " rapporterer medforfatter Martin Etter fra DESY. "Vi har forsøgt at finde ud af, om baseparrene kan genereres af mekanisk energi eller blot ved opvarmning." Til dette formål, holdet undersøgte methylerede nukleobaser. At have en methylgruppe (-CH3) knyttet til de respektive nukleobaser tillader dem i princippet at danne hydrogenbindinger på Watson-Crick-siden af ​​molekylet. Methylerede nukleobaser forekommer naturligt i mange levende organismer, hvor de opfylder en række biologiske funktioner.

I laboratoriet, forskerne forsøgte at producere nukleobasepar ved at slibe. Pulvere af to nukleobaser blev fyldt i en fræsebeholder sammen med stålkugler, som fungerede som slibemedier, mens krukkerne blev rystet på en kontrolleret måde. Eksperimentet frembragte A:T -par, som også var blevet observeret af andre forskere før. Slibning dog, kunne ikke opnå dannelse af G:C-par.

I et andet trin, forskerne opvarmede det formalede cytosin- og guaninpulver. "Ved omkring 200 grader Celsius, vi kunne faktisk observere dannelsen af ​​cytosin-guanin-par, " rapporterer Stolar. For at teste om baserne kun danner de kendte par under termiske forhold, holdet gentog eksperimenterne med blandinger af tre og fire nukleobaser ved P02.1-målestationen i DESYs røntgenkilde PETRA III. Her, den detaljerede krystalstruktur af blandingerne kunne overvåges under opvarmning og dannelse af nye faser kunne observeres.

"Ved omkring 100 grader celsius, vi var i stand til at observere dannelsen af ​​adenin-thymin-parrene, og ved omkring 200 grader Celsius dannelsen af ​​Watson-Crick-par af guanin og cytosin, " siger Etter, leder af målestationen. "Et andet basepar blev ikke dannet, selv når det blev opvarmet yderligere, indtil det smeltede." Dette beviser, at den termiske reaktion af nukleobaseparring har samme selektivitet som i DNA'et.

"Vores resultater viser en mulig alternativ vej til, hvordan de molekylære genkendelsesmønstre, som vi observerer i DNA'et, kunne være blevet dannet, " tilføjer Stolar. "Forholdene for eksperimentet er plausible for den unge jord, der var en varm, sydende kedel med vulkaner, jordskælv, meteoritnedslag og alle mulige andre begivenheder. Vores resultater åbner op for mange nye veje i søgen efter livets kemiske oprindelse." Holdet planlægger at undersøge denne rute yderligere med opfølgende eksperimenter på P02.1.