Kemičari s Instituta Ruđer Bošković (IRB) s kolegama iz farmaceutske tvrtke Xellia pokazali su da aminokiseline poput glicina i alanina, uz mehanokemijsku aktivaciju, u čvrstom stanju formiraju peptide na površinama minerala, objavio je u utorak IRB.
Rezultati istraživanja objavljeni su u znanstvenom časopisu
‘Angewandte Chemie’, a kako se navodi, oni podupiru teoriju da su
molekule života mogle nastati na mineralnim površinama na
Zemlji.
Pitanje o nastanku života na Zemlji odavno izaziva veliki interes
znanstvenika, kao i šire javnosti, napominje IRB i dodaje kako je
preduvjet za stvaranje prvih živih organizama bilo postojanje
tzv. molekula života: proteina (građeni od peptida) i nukleinskih
kiselina – RNA i DNA koji su građeni od nukleobaza, šećera i
fosfata.
Ne postoje povijesni dokazi koji bi odgovorili na pitanje
postanka života
Prebiotička kemija je kemija prije nastanka života, a bavi se
istraživanjima kemijskih transformacija u uvjetima za koje se
smatra da su bili prisutni na ranoj Zemlji.
S obzirom na to da razni geološki procesi mijenjaju površinski
sastav Zemlje, ne postoje povijesni dokazi koji bi jednoznačno
odgovorili na pitanje kako je nastao život na Zemlji, navodi IRB
i dodaje kako se smatra da su iz prvotno dostupnog kemijskog
inventara nastale kompleksnije molekule koje su dovele do
nastanka života.
Mogući reakcijski uvjeti, tvrdi IRB, uključuju vodeni medij,
granicu faza između čvrstih površina i vode, te čvrste površine u
odsustvu vode. Prebiotički izvori mehaničke energije vjerojatno
su uključivali eroziju, tektoniku, udare meteorita i kometa,
potrese, te atmosfersko djelovanje na površinu Zemlje, dok je
termička energija dolazila iz geotermalnih izvora, dodaje IRB.
Katalitička uloga peptida
Sinteza peptidne veze jedna je od ključnih kemijskih
transformacija u području prebiotičke kemije, napominje i dodaje
kako se smatra da su upravo peptidi imali ključnu katalitičku
ulogu za sintezu ostalih biomolekula u prebiotičkim uvjetima pa
je njihova prisutnost usko vezana za evoluciju nukleinskih
kiselina.
Dosadašnje strategije za prebiotičku sintezu peptida, napominje
IRB, uključuju korištenje hidratacijskih/dehidratacijskih ciklusa
za kondenzaciju aminokiselina.
Znanstvenici s IRB-a José G. Hernández, Krunoslav Užarević i
Tomislav Stolar, u suradnji sa znanstvenicima iz Xellie Ernestom
Meštrovićem, Sašom Grubešićem i Nikolom Cindrom s Kemijskog
Odsjeka PMF-a, pokazali su da je prebiotička sinteza peptidne
veze moguća uz mehanokemijsku aktivaciju bez prisutnosti vode,
ističe IRB.
”U ovom istraživanju pokazali smo da mehanokemijska aktivacija
slobodnog glicina putem kugličnog mljevenja omogućuje nastanak
njegovih oligomera, uz dodatak minerala poput titanij
dioksida i silicij dioksida koji su sastavni dijelovi
Zemljine površine i meteorita”, izjavio je Tomislav Stolar i
dodao kako uz mljevenje s mineralima pod kontroliranim uvjetima
temperature te kombinaciju s termičkom aktivacijom, glicin
oligomerizira do Gly11 – 11 glicinskih podjedinica.
Gly11 je, istaknuo je, dovoljno dugačka molekula za
trodimenzialnu strukturnu samoorganizaciju koja je preduvjet za
katalitička svojstva koja su vezana za peptide i proteine.
Također, dugi oligomeri glicina mogli su putem kemijskih
modifikacija omogućiti veću raznolikost peptida na prebiotičkoj
Zemlji, dodao je Stolar.
Naglasio je kako su eksperimenti s mljevenjem diketopiperazina
(DKP), diglicina i triglicina pokazali da je mehanokemijska
sinteza peptidne veze dinamičan i reverzibilan proces sa
simultanim nastankom i pucanjem peptidne veze.
Potvrđeno je i da mljevenjem smjese glicina i alanina nastaju
njihovi hetero-oligopeptidi, dodao je Stolar.
Stolar: Pitanje nastanka života, ključno pitanje znanosti
Za analizu reakcijskih produkata znanstvenici su koristili
tekućinsku kromatografiju visoke djelotvornosti (HPLC) te masenu
spektrometriju (MS), kazao je i dodao kako rezultati ovog
istraživanja nadopunjuju postojeće eksperimentalne pristupe u
prebiotičkoj kemiji poput hidratacijskih odnosno dehidratacijskih
ciklusa te nude alternativni sintetski put za sintezu peptida bez
potrebe prisustva vode.
“Pitanje nastanka života jedno je od ključnih pitanja moderne
znanosti te zahtijeva interdisciplinarni pristup”, napomenuo je
dodavši kako iz toga razloga različite svemirske agencije, poput
NASA-e ili JAXA-e, ulažu velike napore kako bi došli do novih
spoznaja koje bi pridonijele trenutnim istraživanjima.
Podsjetio je i kako je nedavni primjer velikih pothvata u tom
području uzrokovanje asteroida Ryugu i Bennu u okviru misija
Hayabusa2 te OSIRIS-REx.
Prvi uzorci asteroida ikad vraćeni na Zemlju pristigli su
kapsulom u prosincu 2020. godine, napomenuo je dodavši kako će
njihova analiza dati uvid u kemijski inventar koji je bio
dostupan približno u isto vrijeme kada je nastala Zemlja s
obzirom da taj period odgovara nastanku dotičnih asteroida.
Smatra kako je uz identifikaciju organskih i anorganskih molekula
koje su prisutne u Sunčevom sustavu važno u laboratorijskim
uvjetima razviti odgovarajuće procese koji bi objasnili njihovu
prisutnost. Takve fundamentalne spoznaje, tvrdi, mogu se
zatim primijeniti i u modernoj sintetskoj kemiji.
Aminokiseline stigle na meteoritima
Prebiotička kemija vezuje porijeklo aminokiselina na Zemlji uz
dostavu putem meteorita te različite endogene kemijske procese.
Znanstvena zajednica još uvijek nije postigla konsenzus oko
pojave peptida prije nastanka života na Zemlji, s obzirom na to
da je povezivanje aminokiselina do peptida izrazito nepovoljna
reakcija u vodi.
S obzirom na to da je kondenzacija slobodnih aminokiselina
termodinamički nepovoljan proces u vodenom mediju, velika je
nepoznanica kako je došlo do pojave peptida prije nastanka života
na Zemlji.
Istraživanje ovog projekta ostvareno je u okviru projekta
Hrvatske zaklade za znanost (IP-2020-02-4702).