Bylo vykonáno mnoho práce, aby se zjistilo, zda stavební kameny současných biologických molekul mohly být syntetizovány na počátku historie Země. Aminokyseliny a mastné kyseliny byly nalezeny v meteoritech, což naznačuje tuto možnost. Raná atmosféra Země by měla málo kyslíku, takže většina složek by měla být redukována. Pravděpodobně se skládala z metanu, amoniaku, vodíku a vody podobně jako atmosféry jiných planet naší sluneční soustavy. Složení rané atmosféry je stále sporné. V roce 1953 (ve stejném roce, kdy Watson a Crick publikovali strukturu dvouvláknové DNA) Stanley Miller ukázal, že elektrické výboje (simulující odlehčení) v redukující se atmosféře nad „simulovaným mořem“ produkují mnoho aminokyselin. Tímto způsobem bylo vyrobeno až 11 různých aminokyselin spolu s puriny a pyrimidiny (ty vyžadovaly koncentrované reakční směsi) nezbytnými pro nukleové kyseliny. Adenin lze vyrobit jen reakcí kyanovodíku a amoniaku ve vodném roztoku. Ostatní báze nukleových kyselin lze vyrobit pomocí kyanovodíku, kyanogenu (C2N2) a kyanoacetylenu (HC3N).
www.hencoup.com/Photo%20Stanley%20Miller.jpg
Těmito reakcemi nevznikají žádné složité polymery. V roce 2004 se však Lehmanovi, Orgelovi a Ghadirimu podařilo prokázat, že v přítomnosti disulfidu uhlíku, plynu vypouštěného ze sopek, vznikají homo- a heteropeptidy. Amfifilní peptidy mohou dokonce katalyzovat vlastní tvorbu z peptidových fragmentů, pokud jsou tyto fragmenty aktivovány. Fragmenty by se vázaly na větší „vzorový“ peptid prostřednictvím nepolárního působení postranních řetězců, které jsou orientovány podél jedné strany šroubovicových os. Pokud se fragmenty vážou tak, že elektrofilní konec sousedí s nukleofilním koncem druhého peptidového fragmentu, dochází ke kondenzaci obou peptidových fragmentů. Větší templátový peptid působí jako šablona (účinně jako „enzym“) při orientaci obou fragmentů pro chemickou reakci a účinně zvyšuje jejich lokální koncentraci. Reakce vázaných fragmentů je v podstatě intramolekulární. Reakce probíhá dokonce se zesílením homochirality.
Mohly prebiotické aminokyseliny polymerizovat do proteinu, který by se mohl skládat podobně jako moderní proteiny? Touto otázkou se nedávno zabývali Longo et al (2013). Položili si otázku, zda aminokyseliny nalezené ve směsi prebiotické syntézy Millerova typu a v kometách/meteorech (Ala, Asp, Glu, Gly, Ile, Leu, Pro, Ser, Thr a Val), což je omezený soubor (10) ve srovnání se současnými 20 přirozeně se vyskytujícími aminokyselinami, mohly vytvořit polymer, který by se mohl skládat. Všimněte si, že v tomto omezeném souboru aminokyselin chybí aromatické a bazické aminokyseliny. Tyto proteiny by byly kyselé s nízkým pI a vzhledem k nedostatku nepolárních aromatických aminokyselin by mohly mít problémy s vytvořením pohřbeného hydrofobního jádra, které stabilizuje proteiny. Nicméně Longo a spol. dokázali syntetizovat protein s mírně rozšířenou sadou aminokyselin (12, včetně Asn a Gln, se 70 % prebiotických aminokyselin). Struktura jednoho z těchto proteinů, PV2, je uvedena níže. Protein byl stabilnější ve 2 M NaCl (ve srovnání s 0,1 M), ve kterém vykazoval kooperativní tepelnou denaturaci s bodem tání blízko 650C pomocí diferenční skenovací kalorimetrie. Protein měl podobné vlastnosti jako proteiny z halofilních organismů, kterým se daří ve vysokém obsahu soli. Mezi tyto vlastnosti patří nízký pIs a vysoká hustota záporného náboje, která umožňuje interakci kationtů s proteinem v prostředí s vysokým obsahem soli, a nižší stabilita v prostředí s nízkým obsahem soli. Dřívější oceány byly slanější. Halofilové jsou příkladem extrémně fyziologických organismů, které jsou ve velké míře zastoupeny v archei. Ačkoli většina halofilů je aerobní, někteří jsou anerobní. Možná, že život vznikl v prostředí s vysokým obsahem soli.
Obrázek: Struktura proteinu PV2 složeného z redukované abecedy převážně prebiotických aminokyselin.
Rozhovor se Stanleym Millerem
Přispěvatelé
- Prof. Henry Jakubowski (College of St. Benedict/St. John’s University)
.