Исследователи нашли ключ к возможному внеземному происхождению пептидов
Учёные из Йенского университета имени Фридриха Шиллера и Института астрономии Общества Макса Планка обнаружили новую подсказку в поисках происхождения жизни. Они показали, что пептиды могут образовываться на пыли в условиях, преобладающих в космическом пространстве. Эти молекулы — один из основных строительных блоков всей жизни — могли возникнуть не на нашей планете, а, возможно, в космических молекулярных облаках.
Цепи аминокислот
Вся известная нам жизнь состоит из одних и тех же химических строительных блоков. К ним относятся пептиды, которые выполняют в организме различные функции: транспортируют вещества, ускоряют реакции или образуют стабилизирующие каркасы в клетках. Пептиды состоят из отдельных аминокислот, расположенных в определённом порядке. Именно этот порядок определяет свойства пептида.
Как возникли эти универсальные биомолекулы — один из вопросов о происхождении жизни. Аминокислоты, нуклеиновые основания и различные сахара, обнаруженные, например, в метеоритах, показывают, что это происхождение может иметь внеземную природу. Однако для образования пептида из отдельных молекул аминокислот требуются особые условия, которые ранее считались более вероятными на Земле.
Первый шаг требует воды, а для второго вода должна отсутствовать
«Вода играет важную роль в обычном способе образования пептидов», — говорит доктор Сергей Краснокутский из группы лабораторной астрофизики и физики кластеров Института астрономии Общества Макса Планка в Йенском университете. В этом процессе отдельные аминокислоты соединяются в цепь. Для этого каждый раз необходимо удалить одну молекулу воды. «Наши квантово-химические расчёты теперь показали, что аминокислота глицин может образовываться при соединении химического предшественника — аминокетена — с молекулой воды. Проще говоря: в этом случае вода должна быть добавлена для первой стадии реакции и удалена для второй».
Обладая этими знаниями, команда под руководством физика Краснокутского смогла продемонстрировать путь реакции, который может протекать в космических условиях и не требует воды.
«Вместо того чтобы идти окольным химическим путём, при котором образуются аминокислоты, мы хотели выяснить, не могут ли вместо этого образовываться молекулы аминокетена и напрямую соединяться в пептиды», — описывает Краснокутский основную идею работы. Он добавляет: «И мы сделали это в условиях, преобладающих в космических молекулярных облаках, то есть на частицах пыли в вакууме, где соответствующие химические вещества присутствуют в изобилии: углерод, аммиак и монооксид углерода».
В камере сверхвысокого вакуума субстраты, служащие моделью поверхности пылевых частиц, соединяли с углеродом, аммиаком и монооксидом углерода при давлении около одной квадриллионной от нормального атмосферного и температуре минус 263 градуса Цельсия.
«Исследования показали, что в этих условиях из простых химических веществ образовался пептид полиглицин», — говорит Краснокутский. «Это цепи очень простой аминокислоты глицина, и мы наблюдали разную длину. Самые длинные образцы состояли из одиннадцати звеньев аминокислоты».
В этом эксперименте немецкой команде также удалось обнаружить предполагаемый аминокетен. «Тот факт, что реакция вообще может протекать при таких низких температурах, обусловлен чрезвычайно высокой реакционной способностью молекул аминокетена. Они эффективно соединяются друг с другом в процессе полимеризации. Продуктом этого является полиглицин».
Квантово-механический туннельный эффект может играть роль
«Тем не менее, нас удивило, что полимеризация аминокетена может происходить так легко в таких условиях», — говорит Краснокутский. «Это связано с тем, что для этого фактически необходимо преодолеть энергетический барьер. Однако, возможно, нам в этом помогает особый эффект квантовой механики. В этой особой стадии реакции атом водорода меняет своё положение. Однако он настолько мал, что как квантовая частица он не мог преодолеть барьер, но мог, так сказать, просто пройти сквозь него благодаря туннельному эффекту».
Теперь, когда ясно, что не только аминокислоты, но и пептидные цепи могут создаваться в космических условиях, при исследовании происхождения жизни, возможно, придётся смотреть не только на Землю, но и больше в космос.