Mekanokemisk peptidbindingsdannelse bag livets oprindelse

Tilstedeværelsen af ​​aminosyrer på den præbiotiske jord er bredt accepteret, enten kommer fra endogene kemiske processer eller leveres af udenjordisk materiale. På den anden side, plausibelt præbiotiske veje til peptider er ofte afhængige af forskellige vandige tilgange, hvor kondensering af aminosyrer er termodynamisk ugunstig. Nu, kemikere fra Ruđer Bošković Institute (RBI), i samarbejde med kolleger fra Xellia Pharmaceuticals, har vist, at faststof-mekanokemisk aktivering af glycin og alanin i kombination med mineraloverflader fører til dannelse af peptider.

Denne forskning viser for første gang nytten af ​​mekanokemisk aktivering til præbiotisk syntese af større biomolekyler såsom peptider. Resultaterne af forskningen er blevet offentliggjort i det prestigefyldte videnskabelige tidsskrift Angewandte Chemie .

Præbiotisk kemi studerer kemiske transformationer under forhold, der er sandsynlige for den tidlige Jord (ca. før 4,3-3,7 milliarder år siden), som kunne have ført til liv. Siden Jordens overflade har ændret sig ved forskellige geologiske processer over tid, der er ingen historiske beviser, der utvetydigt ville forklare, hvordan livet fremstod.

Det antages generelt, at fra den oprindelige kemiske opgørelse, mere komplekse molekyler opstod ved kemisk evolution, som efterfølgende førte til liv.

Reaktionsbetingelser, der accepteres som plausible, er vandige medier, vand/sten grænsefladeinteraktioner, og et faststofmiljø uden vand.

Præbiotiske kilder til mekanisk energi på den præbiotiske jord omfattede sandsynligvis påvirkninger, erosion, forvitring, tektonik, og jordskælv, hvorimod geotermiske indstillinger gav den lokale tilførsel af termisk energi.

Peptidbindingsdannelse er en af ​​de vigtigste kemiske transformationer inden for præbiotisk kemi. Det anses for, at peptider spillede en vigtig katalytisk rolle i dannelsen af ​​andre biomolekyler og blev inkluderet i primordial molekylær symbiose med nukleinsyrer. Nuværende strategier for den præbiotiske peptidbindingssyntese er afhængig af α-aminonitril ligering i vand og brugen af ​​våde/tørre cyklusser til kondensation af aminosyrer.

Forskere fra RBI, Dr. José G. Hernández, Dr. Krunoslav Užarević, og ph.d. studerende Tomislav Stolar, i samarbejde med forskere fra Xellia, Dr. Ernest Meštrovi, Ph.D. studerende Saša Grubeši og Dr. Nikola Cindro fra kemiafdelingen på Det Naturvidenskabelige Fakultet (University of Zagreb), har vist, at mekanokemisk præbiotisk peptidbindingsdannelse sker i fravær af vand.

Holdet opdagede, at mekanokemisk kugleformaling af glycin i nærværelse af mineraler såsom TiO ₂ og SiO ₂ fører til dannelsen af ​​glycinoligomerer. Hvis reaktionsblandingen samtidig opvarmes ved hjælp af den termisk kontrollerede kugleformaling, glycinoligomerer op til Gly ₁₁ opnås (11 rester glycin).

Eksperimenter med diketopiperazin (DKP), diglycin, og triglycin viste, at mekanokemisk peptidbindingsdannelse er en dynamisk og reversibel proces med samtidig fremstilling og brydning af peptidbindinger.

Især kugleformaling af glycin og L-alaninblanding resulterer i dannelsen af ​​deres hetero-oligopeptider. Højtydende væskekromatografi (HPLC) og massespektrometri (MS) blev brugt til at analysere reaktionsprodukterne.

Lange oligomerer af glycin opnået gennem en mekanokemisk vej kunne have tilbudt adgang til et mere forskelligartet bibliotek af peptider på den præbiotiske jord gennem kemiske modifikationer såsom α-alkylering. Resultaterne af denne undersøgelse supplerer de eksisterende eksperimentelle procedurer inden for præbiotisk kemi og tilbyder en alternativ syntetisk vej til peptider, der mangler vand.

"Spørgsmålet om livets oprindelse er et af de vigtigste inden for videnskaben og kræver en tværfaglig tilgang til at studere det. Derfor, rumbureauer som NASA og JAXA investerer store ressourcer for at tilegne sig ny grundlæggende indsigt. For eksempel, nylige Hayabusa2 og OSIRIS-REx asteroide prøvetagningsmissioner vil give ledetråde til den kemiske opgørelse, der er tilgængelig i den tid, hvor livet opstod på Jorden.

"[De] første prøver af asteroiden nogensinde blev bragt tilbage til Jorden i december 2020, og flere forventes i 2023. Sammen med identifikation af udenjordiske materialer i disse prøver, det er vigtigt at udføre laboratorieforsøg, der kan forklare deres tilstedeværelse og dannelsesmekanisme. Sådanne grundlæggende undersøgelser kan derefter anvendes i moderne syntetisk kemi." siger Tomislav Stolar, første forfatter til publikationen.