Shkencëtarët zbulojnë reaksione kimike të reja që flasin për origjinën e jetës

Katër miliardë vjet më parë, Toka dukej shumë më ndryshe se sot, pa jetë dhe e mbuluar nga një oqean i madh. Gjatë miliona viteve, në atë supë primordiale, u shfaq jeta. Studiuesit kanë teorizuar prej kohësh se si molekulat u bashkuan për të ndezur këtë tranzicion. Tani, shkencëtarët në Scripps Research kanë zbuluar një grup të ri reaksionesh kimike që përdorin cianid, amoniak dhe dioksid karboni – të gjitha që mendohet se janë të zakonshme në tokën e hershme – për të gjeneruar aminoacide dhe acide nukleike, blloqet ndërtuese të proteinave dhe ADN-së.

“Ne kemi dalë me një paradigmë të re për të shpjeguar këtë zhvendosje nga kimia prebiotike në biotike,” thotë Ramanarayanan Krishnamurthy, Ph.D., një profesor i asociuar i kimisë në Scripps Research dhe autori kryesor i punimit të ri, botuar më 28 korrik. , 2022 në revistën Nature Chemistry. “Ne mendojmë se lloji i reagimeve që kemi përshkruar janë ndoshta ato që mund të kishin ndodhur në tokën e hershme.”

Përveç dhënies së kërkuesve njohuri mbi kiminë e tokës së hershme, reaksionet kimike të zbuluara rishtazi janë gjithashtu të dobishme në disa procese prodhimi, siç është gjenerimi i biomolekulave të etiketuara me porosi nga materiale fillestare të lira.

Në fillim të këtij viti, grupi i Krishnamurthy-t tregoi se si cianidi mund të mundësojë reaksionet kimike që i kthejnë molekulat prebiotike dhe ujin në komponime organike bazë të nevojshme për jetën. Ndryshe nga reagimet e propozuara më parë, ky funksionoi në temperaturën e dhomës dhe në një gamë të gjerë pH. Studiuesit pyetën veten nëse, në të njëjtat kushte, ekzistonte një mënyrë për të gjeneruar aminoacide, molekula më komplekse që përbëjnë proteina në të gjitha qelizat e gjalla të njohura.

Në qelizat sot, aminoacidet gjenerohen nga prekursorët e quajtur α-keto acide duke përdorur si azot ashtu edhe proteina të specializuara të quajtura enzima. Studiuesit kanë gjetur prova që acidet α-keto kanë ekzistuar herët në historinë e Tokës. Megjithatë, shumë kanë hipotezuar se para ardhjes së jetës qelizore, aminoacidet duhet të ishin krijuar nga prekursorë krejtësisht të ndryshëm, aldehide, në vend të acideve α-keto, pasi enzimat për të kryer konvertimin nuk ekzistonin ende. Por kjo ide ka çuar në debate rreth asaj se si dhe kur ndodhi kalimi nga aldehidet në acidet α-keto si përbërësi kryesor për prodhimin e aminoacideve.

Pas suksesit të tyre duke përdorur cianidin për të nxitur reaksione të tjera kimike, Krishnamurthy dhe kolegët e tij dyshuan se cianidi, edhe pa enzima, mund të ndihmojë gjithashtu në shndërrimin e acideve α-keto në aminoacide. Për shkak se ata e dinin se azoti do të kërkohej në njëfarë forme, ata shtuan amoniak – një formë azoti që do të kishte qenë e pranishme në tokën e hershme. Më pas, përmes provave dhe gabimeve, ata zbuluan një përbërës të tretë kyç: dioksidin e karbonit. Me këtë përzierje, ata shpejt filluan të shihnin formimin e aminoacideve.

“Ne prisnim që të ishte mjaft e vështirë për ta kuptuar këtë dhe doli të ishte edhe më e thjeshtë nga sa kishim imagjinuar”, thotë Krishnamurthy. “Nëse përzieni vetëm acidin keto, cianidin dhe amoniakun, ai thjesht qëndron aty. Sapo shtoni dioksid karboni, madje edhe sasi të vogla, reaksioni merr shpejtësi.”

Për shkak se reagimi i ri është relativisht i ngjashëm me atë që ndodh sot brenda qelizave – përveçse nxitet nga cianidi në vend të një proteine ​​- duket më shumë gjasa të jetë burimi i jetës së hershme, sesa reagime drastike të ndryshme, thonë studiuesit. Hulumtimi gjithashtu ndihmon në bashkimin e dy anëve të një debati të gjatë rreth rëndësisë së dioksidit të karbonit në jetën e hershme, duke arritur në përfundimin se dioksidi i karbonit ishte kyç, por vetëm në kombinim me molekula të tjera.

Në procesin e studimit të supës së tyre kimike, grupi i Krishnamurthy-t zbuloi se një nënprodukt i të njëjtit reaksion është orotati, një pararendës i nukleotideve që përbëjnë ADN-në dhe ARN-në. Kjo sugjeron që e njëjta supë primitive, në kushtet e duhura, mund të ketë krijuar një numër të madh molekulash që kërkohen për elementët kyç të jetës.

“Ajo që ne duam të bëjmë më pas është të vazhdojmë të hetojmë se çfarë lloj kimie mund të dalë nga kjo përzierje,” thotë Krishnamurthy. “A mund të fillojnë aminoacidet të formojnë proteina të vogla? A mund të kthehet një nga ato proteina dhe të fillojë të veprojë si një enzimë për të prodhuar më shumë nga këto aminoacide?”

Përveç Krishnamurthy, autorët e studimit, “Sinteza prebiotike e α-aminoacideve dhe orotate nga α-ketoacidet fuqizon kalimin në rrugët metabolike ekzistuese”, janë Sunil Pulletikurti, Mahipal Yadav dhe Greg Springsteen.