Пептиды способны образовываться в условиях, имитирующих условия в открытом космосе

Исследователи из Йенского университета им. Фридриха Шиллера и Института астрономии Макса Планка открыли новую подсказку в поисках происхождения жизни, показав, что пептиды могут образовываться на пыли в условиях, подобных тем, которые преобладают в космосе. Эти молекулы, являющиеся одним из основных строительных блоков всей жизни, возможно, возникли вовсе не на нашей планете, а, возможно, в космических молекулярных облаках.

Цепочки аминокислот

Вся жизнь, какой мы ее знаем, состоит из одних и тех же химических строительных блоков. К ним относятся пептиды, которые выполняют в организме различные совершенно разные функции – транспортируют вещества, ускоряют реакции или образуют в клетках стабилизирующие каркасы. Пептиды состоят из отдельных аминокислот, расположенных в определенном порядке. Точный порядок определяет возможные свойства пептида.

Как возникли эти универсальные биомолекулы, является одним из вопросов о происхождении жизни. Аминокислоты, азотистые основания и различные сахара, обнаруженные, например, в метеороидах, показывают, что это происхождение может быть внеземным по своей природе. Однако для образования пептида из отдельных молекул аминокислот требуются совершенно особые условия, которые ранее считались более вероятными на Земле.

Для первого шага нужна вода, а для второго шага воды быть не должно.

«Вода играет важную роль в традиционном способе создания пептидов». — говорит доктор Серж Краснокутски из Лаборатории астрофизики и группы кластерной физики Института астрономии Макса Планка Йенского университета. В этом процессе отдельные аминокислоты объединяются в цепочку. Для этого каждый раз необходимо удалять одну молекулу воды. «Наши квантово-химические расчеты показали, что аминокислота глицин может быть образована через химический предшественник, называемый аминокетеном, в сочетании с молекулой воды. Проще говоря: в этом случае для первой стадии реакции необходимо добавить воду, а для второй — удалить воду».

Обладая этими знаниями, группа под руководством физика Краснокутского теперь смогла продемонстрировать путь реакции, которая может происходить в космических условиях и не требует воды.

«Вместо того, чтобы идти химическим путем, в котором образуются аминокислоты, мы хотели выяснить, не могут ли молекулы аминокетенов образовываться вместо этого и напрямую соединяться с образованием пептидов». — говорит Краснокутский, описывая основную идею работы. Он добавляет: «И мы сделали это в условиях, которые преобладают в космических молекулярных облаках, то есть на частицах пыли в вакууме, где в изобилии присутствуют соответствующие химические вещества: углерод, аммиак и окись углерода».

В камере сверхвысокого вакуума подложки, служащие моделью поверхности пылевых частиц, были сведены вместе с углеродом, аммиаком и окисью углерода примерно при одной квадриллионной нормального давления воздуха и минус 263 градуса Цельсия.

«Исследования показали, что в этих условиях пептид полиглицин образовался из простых химических веществ», — говорит Краснокутский. «Таким образом, это цепи очень простой аминокислоты глицина, и мы наблюдали разную длину. Самые длинные образцы состояли из одиннадцати единиц аминокислоты».

В этом эксперименте немецкая команда также смогла обнаружить предполагаемый аминокетен. «Тот факт, что реакция вообще может происходить при таких низких температурах, связан с чрезвычайной реакционной способностью молекул аминокетенов. Они объединяются друг с другом в эффективной полимеризации. Продуктом этого является полиглицин».

Эффект квантово-механического туннелирования может сыграть свою роль

«Тем не менее, для нас было неожиданностью, что полимеризация аминокетенов могла происходить так легко в таких условиях». — говорит Краснокутский. «Это потому, что для этого на самом деле нужно преодолеть энергетический барьер. Однако, может быть, нам в этом помогает особый эффект квантовой механики. На этой специальной стадии реакции атом водорода меняет свое место. Однако он настолько мал, что как квантовая частица не смог преодолеть барьер, а просто смог пересечь его, так сказать, за счет туннельного эффекта».

Теперь, когда ясно, что не только аминокислоты, но и пептидные цепи могут быть созданы в космических условиях, нам, возможно, придется смотреть не только на Землю, но и больше в космос при исследовании происхождения жизни.

Ссылка: Краснокутски С.А., Чуанг К.Дж., Ягер С., Убершаар Н., Хеннинг Т. Путь к пептидам в космосе через конденсацию атомарного углерода. Астрономия природы. 2022. дои: 10.1038/с41550-021-01577-9.

Эта статья была переиздана со следующего материалы. Примечание: материал мог быть отредактирован по длине и содержанию. За дополнительной информацией обращайтесь к указанному источнику.

Leave a Comment

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.