Метеориты и простые металлы как катализаторы метаболических путей на заре жизни
Исследователи из Страсбургского университета показали, что газообразный водород и простые металлы или метеориты вызывают протекание части обратного цикла Кребса без ферментов. Считается, что какая-то версия этого метаболического пути существовала ещё при зарождении жизни. Результаты исследования поддерживают гипотезу о том, что природные металлы служили катализаторами первых протометаболических реакций.
Исследование опубликовано в журнале Angewandte Chemie International Edition.
Работая в рамках гипотезы «метаболизм-первым», учёные ищут экспериментальные доказательства того, что метаболические сети — взаимосвязанные последовательности химических реакций, которые создают и расщепляют молекулы жизни и переносят энергию — возникли спонтанно из геохимии.
В биохимии сегодня каждая метаболическая реакция катализируется высокосложным ферментом. Чтобы решить эту загадку, металлы и минералы, доступные на ранней Земле, могли катализировать первые самоорганизующиеся сети реакций — без ферментов.
В этом контексте внимание исследователей сосредоточено на древних метаболических сетях, вероятно присутствовавших у самой ранней жизни, таких как обратный цикл Кребса. Этот путь, фиксирующий CO2 для построения органических молекул, является метаболическим узлом: пять из его одиннадцати химических интермедиатов ответвляются в другие метаболические пути для построения липидов, аминокислот, сахаров, нуклеотидов или кофакторов.
Исследователи показали, что простые металлы, такие как никель, родий, или даже метеориты, переработанные в порошок, способны катализировать три последовательных шага обратного цикла Кребса, превращая оксалоацетат в сукцинат.
«Реакции приводятся в действие газообразным водородом, который производится двумя природными процессами — серпентинизацией и радиолизом воды. Водород до сих пор используется многими бактериями для обеспечения своего метаболизма», — говорит первый автор исследования София Раушер. Реакции протекают при давлении водорода 1–10 бар, нейтральном pH и комнатной температуре без ферментов.
В рамках исследования в качестве катализаторов использовались железные метеориты. Они представляют собой редкие аутентичные геологические образцы времён зарождения жизни и метаболизма.
«Некоторые из этих метеоритов содержат до 30% никеля по массе. Они также богаты металлами платиновой группы, которые являются обычными катализаторами в химической промышленности, такими как иридий, родий, платина и палладий», — говорит профессор Джозеф Моран, старший автор исследования.
Наблюдение, что метаболические реакции могут катализироваться метеоритным материалом в правдоподобных пребиотических условиях, укрепляет гипотезу о том, что металлические катализаторы могли инициировать первые самоорганизующиеся сети реакций.
В будущем исследователи планируют выяснить, могут ли метеориты или металлы помочь возникнуть более сложным реакционным сетям.