Protonabolisme Cyanosulfide - laluan yang betul untuk kehidupan duniawi • Elena Naimark • Berita sains mengenai "Unsur" • Kimia, Biokimia, Geokimia, Biologi Molekul

Protonabolisme sianosulfida – jalan yang betul untuk kehidupan duniawi

Rajah. 1. Kami tidak mempunyai bukti material yang ditinggalkan oleh katharhea, tetapi logik dan eksperimen membantu mewakili dunia muda ini. Imej dari the-scientist.com

Dunia RNA didahului oleh masa sintesis prebiologi, ketika molekul, nukleotida, protein, dan lipid, yang sepatutnya diperlukan untuk replikasi, dilahirkan. Sebelum ini, ahli kimia menganggap proses sintesis mereka secara berasingan. Sekarang di makmal John Sutherland mendapati jalan yang membawa kepada sintesis satu set besar molekul biologi. Tidak perlu meneka apa yang berlaku sebelum ini, RNA atau protein, mereka mungkin disintesis serentak dalam satu litar tunggal tindak balas kimia; Pada mulanya ia muncul hidrogen cyanide dan hidrogen sulfida dengan pemangkin logam. Penulis memanggil rangkaian reaksi protonabolisme cyanosulfide ini. Dengan pembebasan kajian baru, kita boleh bercakap tentang titik perubahan dalam sains asal usul kehidupan.

John Sutherland (John Sutherland) dengan satu pasukan dari Laboratorium Biologi Molekul Majlis Penyelidikan Perubatan di University of Cambridge (UK) meneruskan kajian menarik mereka tentang peringkat pertama kelahiran hidup – penampilan molekul biologi di planet kita.Sekitar lima tahun yang lalu, mereka menyifatkan cara mudah mensintesis nukleotida pyrimidine, yang tidak dapat diperolehi dari bahan mudah (lihat: Ahli kimia mengatasi halangan utama sintesis abiogenik RNA, Elemen, 18 Mei 2009). Ini memerlukan pemanasan asas nitrogen (cyanamide) bersama-sama dengan gula (glycolaldehyde) dan cyanoacetylene dalam kehadiran asid fosfat dan di bawah sinaran ultraviolet. Akibatnya, pyrimidine ribonucleotides, cytidine dan uridine, diperoleh secara ajaib, walaupun agak difahami untuk ahli kimia. Dan pada masa yang sama, dengan menghasilkan produk akhir yang tinggi, dalam bentuk yang boleh dikatakan bebas daripada kekotoran, kerana hasil sampingan lain tidak stabil untuk radiasi ultraviolet (dalam Rajah 2a bahagian kimia prebiologi ini ditunjukkan oleh anak panah biru).

Setiap orang yang terlibat dan berminat dalam evolusi kehidupan awal, berasa gembira. Di antara kelulusan emosi, soalan yang agak masuk akal terdengar: di mana boleh glikolaldehida berasal dari dalam jumlah besar di Bumi awal? – tetapi ia bukan perkara yang mudah. Selama tiga tahun, pasukan Sutherland berjaya menyelesaikan masalah ini (D. Ritson & J. D. Sutherland, 2012).Sintesis prebiotik gula mudah oleh sistem photoredox kimia) – dan sekali lagi, elegan dan berpatutan. Ahli kimia mensintesis glikolaldehid dan gliseraldehid daripada hidrogen sianida; tindak balas berlaku di hadapan hidrogen sulfida dan tembaga divalen. Tetapi apa yang menjadi kegembiraan saintis apabila mereka menemui α-aminonitrile, prekursor asam amino glisin, serine, alanine dan threine (D. Ritson & JD Sutherland, 2013) sebagai hasil sampingan (!) Daripada tindak balas sintesis ini (D. Ritson & JD Sutherland, 2013. Sintesis Aldehydic Ribonucleotide dan Amino Acid Prekursor oleh Kimia Photoredox). Dalam ara. 2a laluan ini ditunjukkan oleh anak panah hijau.

Rajah. 2 Skim tindak balas di mana sintesis pirimidin, asid amino dan lipid saling berkaitan. Sintesis cytidines dan uridines ditunjukkan. anak panah biru dalam blok biru (a), anak panah hijau dalam blok biru sintesis gula (glycolaldehyde) daripada hidrogen sianida ditunjukkan; blok merah jambu dan kuning (c dan d) menunjukkan sebahagian daripada reaksi dengan penyertaan Cu (I) atau hidrogen sulfida dan Cu (II) adalah sintesis asid amino; blok hijau (b) menunjukkan sebahagian daripada reaksi di mana prekursor lipid dan asid amino disintesis. Skim artikel yang dibincangkan dalam Bahasa Malaysia Kimia alam

Sudah tentu, adalah mustahil untuk berhenti: jelas bahawa rangkaian reaksi yang ditemui adalah lombong emas sintesis prebiologi.Dan pasukan bersayap yang sama mula mengkaji secara lebih terperinci produk tindak balas dalam campuran hidrogen sianida, hidrogen sulfida, fosfat dan pelbagai logam bivalen.

Pertama sekali, ia memutuskan untuk melihat dengan lebih dekat transformasi gliseraldehid dalam penampan fosfat – isomer tiga-karbon yang lebih stabil harus diperoleh secara teoritis. Sesungguhnya, ia dijumpai: gliseraldehida secara beransur-ansur, tetapi dengan hasil yang baik dari produk (59%) telah diubah menjadi dihydroxyacetone. Dan, pada gilirannya, di hadapan hidrogen sulfida dalam cahaya dipecah menjadi aseton dan gliserol. Selepas menerima bahan-bahan ini, ahli kimia mencium kemenangan – hanya sedikit yang tersisa sebelum sintesis lipid. Dan jika campuran yang terhasil dipanaskan (dan kita ingat bahawa proses masuk dalam buffer fosfat) dengan pemangkin (zink), maka kelalang akan mengandungi gliserol-1-fosfat dan gliserol-2-fosfat – prekursor lipid. Hasil produk ini ternyata mengagumkan: sejumlah 71%. Dan jika anda bergantian antara pencahayaan dan kegelapan, tindak balas tindak balas aseton kepada asid amino, valine dan leucine satu demi satu (sebagai aditif yang menyenangkan).

Kemudian ternyata bahawa hidrogen sianida dan asetilena dalam kehadiran pelbagai sebatian tembaga dan hidrogen sulfida juga dapat disintesisasid amino arginine, proline, asparagine, aspartate, glutamin dan glutamat. Dan, dengan cara itu, cyanoacetylene adalah produk yang diperlukan untuk penukaran hidrogen sianida kepada asid amino dengan kehadiran tembaga divalen, yang sedang dalam permintaan untuk sintesis pirimidin.

Ini adalah sup utama sebenar, atau, jika anda akan, genangan air panas hipotetis! John Sutherland dan rakan-rakannya kini membayangkan reserbor yang memberikan kehidupan yang paling kuno ini lebih jelas daripada orang lain. Kolam hangat ini telah menjadi terlalu besar dengan butiran kimia yang realistik. Ahli kimia meletakkannya pada masa katharhea, apabila planet kita mengalami keganasan pengeboman meteorit lewat. Ini adalah bagaimana ia boleh berlaku.

Semasa perlanggaran, bahan karbohidrat meteorit digabungkan dengan nitrogen atmosfera, dan hidrogen sianida telah disintesis sebagai hasil tindak balas suhu tinggi ini. Dari schreiberzite meteorik, fosfida besi-nikel, fosfat dihasilkan semasa kesan-kesan tenaga tinggi. Di hadapan air (di sini adalah – lopak hangat!) Hidrogen sianida dibubarkan dan digabungkan dengan besi, membentuk ferrocyanide.Chlorides, sebatian larut natrium, kalium, kalsium – semua yang muda di Bumi dalam kemakmuran – telah dihanyutkan. Apabila genangan air itu menguap, dan ia harus menguap kerana suhu tinggi di permukaan planet dan pengeboman meteorit, ferrocyanide dipanaskan dan, berinteraksi dengan kalium, natrium, kalsium, membentuk sianida, karbon dan karbida yang sepadan. Lapisan garam pepejal ini sangat menjanjikan, kerana apabila ia dibubarkan dan dipanaskan, satu set bahan yang diperlukan untuk "kehidupan" diperolehi: hidrogen sianida, sianamide, asetilena. Yang terakhir dibentuk dengan membubarkan kalsium karbida di dalam air. Fosfat dan hidrogen sulfida dilampirkan.

Agar sup akan disediakan, genangan kami perlu kering dan diisi semula secara berkala dengan air, secara berkala diterangi dengan cahaya dan kadang-kadang menyelam ke dalam kegelapan. Dan kemudian sintesis semua molekul biologi yang diperlukan sekaligus dapat dilakukan dengan sendirinya: nukleotida, asid amino, lipid. Para saintis telah mencadangkan rangkaian tindak balas yang saling berkait, dan jika permulaannya diberikan, maka keluarannya akan menjadi set keseluruhan. Dan tidak ada keperluan untuk meneka apa yang berlaku sebelum ini – asid amino dan protein atau gula dengan ribonukleotida.Segala-galanya telah tiba. Limbah hangat adalah takungan panas dan pengeringan yang dipenuhi dengan asid hydrocyanic dan hidrogen sulfida, dinyalakan oleh UV yang keras: selamat datang, hidup!

Ahli kimia masih mempunyai kerja yang serius untuk melepaskan semua nod rangkaian kimia ini, tetapi perkara utama adalah bahawa tidak ada lagi jurang antara molekul organik dan molekul hidup yang mudah. Sekarang terdapat jambatan, yang ahli kimia memanggil protinabolisme cyanosulfide. Mungkin, istilah ini akan segera menjadi bergaya, dalam permintaan dan sangat bermakna.

Sumber: Bhavesh H. Patel, Claudia Percivalle, Dougal J. Ritson, Colm D. Duffy & John D. Sutherland. Asal usul RNA, protein dan prekursor lipid dalam protometabolisme sianosulfid // Kimia alam. Published online 16 Mac 2015. DOI: 10.1038 / NCHEM.2202.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: