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).