Живот на Земята: открита е нова химична реакция, която би могла да го предизвика
Формозната реакция е една от най-вероятните автокаталитични реакции, които са протичали на първичната Земя. В ново изследване откривателите са открили, че прибавянето на съединяване, наречено цианамид, към тази реакция би могло да докара до образуването на рибонуклеотиди – молекулите, които построяват РНК и ДНК, които са градивните детайли на целия живот на планетата.
Целият живот на Земята се състои от ДНК, която от своя страна е формирана от две свързани влакна РНК. Изследователи от Университета на Нов Южен Уелс (UNSW) допускат, че автокаталитичните реакции може да са изиграли роля в основаването на рибонуклеотидите, които построяват РНК, а оттова и в появяването на живота. Тези първоначални връзки са известни като „ хемотони “ и са способни да порастват, да се разделят и да еволюират. За задачата те се поддържат от самостоятелна автокаталитична система, способна непрекъснато да доставя субстрати за протичането на едни и същи реакции – още веднъж и още веднъж.
Така да вземем за пример, с цел да се сътвори клетка, една автокаталитична реакция обезпечава субстрат за два други автокаталитични цикъла, които обезпечават синтеза на генетичен полимер и производството на съставените елементи (напр. липиди) за клетъчната конструкция. Този вид реакции играят значима роля и в регулирането на доста биологични процеси, като да вземем за пример сърдечния темп и клетъчното разделяне.
В подтекста на пребиотичната химия без значение една от друга са изследвани другите автокаталитични реакции. Въпреки това методът, по който тези реакции могат да бъдат комбинирани, с цел да се основат молекули, които са в основата на живота, е едва изследван. Целта на новото проучване на UNSW е да се интегрира автокатализата, по-специално формозната реакция (важна химическа реакция за синтеза на захари), с химическия път, прочут като път за приемане на нуклеотидни прекурсори. Изследователският екип допуска, че има огромна възможност това да са изискванията, които са съществували, когато на първичната Земя са съществували елементарни молекули и комплицирани условия.
По-стабилните прародители на нуклеотидите
Открита през 1861 година от съветския химик Александър Бутлеров, формозната реакция се смята за една от главните автокаталитични реакции, които биха могли да се осъществят преди появяването на живота на Земята, заради изобилието от първични материали и нужните условия. По създание тя включва полимеризация на формалдехид за формиране на захари като пентози. Реакцията стартира с прибавянето на алдол сред гликолалдехид и формалдехид (CH2O), с цел да се образува глицералдехид. Последващото прибавяне на алдол и формалдехид води до комплицирана верига от реакции, вследствие на които се образуват захарни молекули. Реакциите не престават до привършване на формалдехида и продуктите стартират да се разлагат, образувайки смоли.
По този метод тази реакция би могла да бъде източникът на рибоза за формиране на рибонуклеотиди (свързване на нуклеинова основа с рибозата). Тя също по този начин споделя общи съставни елементи с биохимичния път на Паунер-Шутерланд (предложен за пояснение на произхода на живота), по-известен точно за синтеза на рибонуклеотиди. Въпреки това до момента двете реакции не са били свързвани.
Всъщност формозната реакция е мощно неселективна, което значи, че при нея с изключение на мечтаните артикули се получават и доста други нежелани молекули.
„ По принцип химиците се стремят да заобикалят сложността, с цел да усилят оптимално количеството и чистотата на продукта. Този редукционистки метод обаче може да ни попречи да учим динамичните взаимоотношения сред другите химични пътища “, изяснява ръководителят на новото проучване Куок Фуонг Тран от UNSW.
Важно е обаче да се означи, че е малко евентуално формалдехидът и другите елементарни захари да са съществували на първичната Земя като чисти смеси. По-вероятно е тези съединения да са съществували взаимно с други пребиотични молекули. Въпреки това малко се знае за това по какъв начин тези молекули въздействат върху кинетиката на формозната реакция и разпределението на продуктите.
В новото си проучване, оповестено в Chemical Science, откривателите от UNSW се пробват да прибавят цианамид (просто химично съединяване, употребявано в селското стопанство и при синтеза на лекарства) към реакцията на формоза. Хипотезата е, че това ще докара до самоизбиране на основните молекули за формиране на рибонуклеотиди.
По-конкретно, „ прибавянето на цианамид превключва реакцията на формоза към синтез на нуклеотидни прекурсори, което се демонстрира посредством промени в кинетиката и разпределението на продуктите “, изясняват създателите в публикацията си.
Ефектът на цианамида и 2-аминооксазола (2-NH2Ox), артикул на циклизацията му (химична реакция, при която молекулите се съединяват, с цел да образуват пръстен) с гликоалдехид (друго просто органично съединение), върху кинетиката (скоростта и хода) на формозната реакция е избран благодарение на разнообразни техники, като да вземем за пример високоефективна течна хроматография (метод за делене на съставените елементи на дадена смес).
Реакцията на цианамида с гликолалдехида до образуването на 2-NH2Ox е промеждутъчен артикул (стъпка) по пътя на Паунер-Сътърланд. Установено е, че за разлика от 2-NH2Ox цианамидът има инхибиращ резултат върху кинетиката на тази реакция. Освен това автокаталитичният синтез (реакция, при която продуктът способства за ускорение на самата реакция) на захари може да се употребява дейно за приемане на нуклеотидни прекурсори (градивните детайли на ДНК и РНК). Въпреки че не се създават в огромни количества, те са по-стабилни и по-малко податливи на разграждане от тези, синтезирани посредством други реакции.
„ Подобни взаимоотношения, които се срещат на всички места в действителния свят отвън лабораторията, явно са връзката сред химията и биологията “, споделя Тран.
Нещо повече, тази реакция ще направи допустимо производството на 2-NH2Ox, необятно употребен във фармакологията, в индустриален мащаб и на по-ниска цена. Традиционното произвеждане на това съединяване изисква прибавянето на цианамид и гликолалдехид, последният от които е изключително безценен. Формозната реакция изисква единствено доста малко количество гликолалдехид и може да се извърши в няколко цикъла.
