Химици от университета Пърдю са открили механизма за протичане на пептидообразуващите реакции във вода - нещо, което озадачава учените от десетилетия.
"Това по същество е химията зад произхода на живота", кавза Греъм Кукс, изтъкнат професор по аналитична химия на Хенри Бон Хас в Колежа по наука в Пърдю. "Това е първата демонстрация, че първичните молекули, простите аминокиселини, спонтанно образуват пептиди, градивните елементи на живота, в капчици чиста вода. Това е драматично откритие."
Тази базирана на вода химия, която води до протеини и така до живот на Земята, може също така да доведе до по-бързото разработване на лекарства за лечение на най-изтощителните болести на човечеството. Откритието на екипа е публикувано в списание Proceedings of the National Academy of Sciences.
От десетилетия учените теоретизират, че животът на Земята е започнал в океаните. Химията обаче си остава енигма. Суровите аминокиселини - нещо, което метеоритите доставят на ранната Земя всеки ден, могат да реагират и да се свържат заедно, за да образуват пептиди, градивните елементи на протеините и в крайна сметка - на живота. Озадачаващо, процесът изисква загуба на водна молекула, което изглежда много малко вероятно във влажна, водна или океанска среда. За да възникне живот, има нужда от вода. Но също така има нужда от място далеч от водата.
Кукс, експерт по масова спектрометрия и химия на ранната Земя, и неговият екип са открили отговора на загадката: "Водата не е мокра навсякъде". На границата, където водната капка среща атмосферата, могат да протичат невероятно бързи реакции, трансформиращи абиотичните аминокиселини в градивните елементи на живота. Местата, където морските пръски летят във въздуха и вълните удрят земята, или където прясната вода бълбука надолу по склона, са били плодородната локация за потенциална еволюция на живота.
Химиците са прекарали повече от 10 години, използвайки масспектрометри, за да изследват химичните реакции в капчици, съдържащи вода.
"Скоростта на реакциите в капчиците е от сто до един милион пъти по-бърза от същите химикали, реагиращи в разтвор", казва Кукс.
Скоростите на тези реакции правят катализаторите ненужни и в случая на ранната земна химия са направили възможна еволюцията на живота. Разбирането как работи този процес е цел на десетилетия научни изследвания. Тайната как се е зародил животът на Земята може да помогне на учените да разберат защо се е случило и да насочи търсенето на живот на други планети или дори луни.
Разбирането как аминокиселините изграждат протеини и, в крайна сметка, форми на живот, революционизира разбирането на учените за химическия синтез. Същата тази химия сега може да помогне на синтетичните химици да ускорят реакциите, които са от решаващо значение за откриването и разработването на нови лекарства и терапии на заболявания.
"Ако се разхождате през академичен кампус през нощта, сградите с включени светлини са мястото, където работят синтетични химици", казва Кукс. "Техните експерименти са толкова бавни, че те продължават с дни или седмици. Това не е необходимо и използвайки капкова химия, ние изградихме апарат, който сега се използва в Purdue, за да ускори синтеза на нови химикали и потенциални нови лекарства."
Holden, Dylan T. et al, Aqueous microdroplets enable abiotic synthesis and chain extension of unique peptide isomers from free amino acids, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073/pnas.2212642119. doi.org/10.1073/pnas.2212642119
