Der er blevet arbejdet meget med at afgøre, om byggestenene til de nuværende biologiske molekyler kunne være blevet syntetiseret tidligt i Jordens historie. Aminosyrer og fedtsyrer er blevet fundet i meteorer, hvilket tyder på denne mulighed. Jordens tidlige atmosfære ville have haft lidt ilt, så de fleste komponenter skulle være blevet reduceret. Den bestod sandsynligvis af metan, ammoniak, brint og vand i lighed med atmosfæren på andre planeter i vores solsystem. Sammensætningen af den tidlige atmosfære er stadig omstridt. I 1953 (samme år som Watson og Crick offentliggjorde strukturen af dobbeltstrenget DNA) viste Stanley Miller, at elektriske udladninger (for at simulere lynnedslag) i en reducerende atmosfære over et “simuleret hav” producerede mange aminosyrer. Op til 11 forskellige aminosyrer er blevet fremstillet på denne måde sammen med de puriner og pyrimidiner (som krævede koncentrerede reaktionsblandinger), der er nødvendige for nukleinsyrer. Adenin kan fremstilles alene ved reaktion af hydrogencyanid og ammoniak i en vandig opløsning. Andre nukleinsyrebaser kan fremstilles med hydrogencyanid, cyanogen (C2N2) og cyanoacetylen (HC3N).
www.hencoup.com/Photo%20Stanley%20Miller.jpg
Ingen komplekse polymerer opstår ved disse reaktioner. I 2004 kunne Lehman, Orgel og Ghadiri imidlertid vise, at der i nærvær af kulstofdisulfid, en gas, der udledes fra vulkaner, blev dannet homo- og heteropeptider. Amphiphiliske peptider kan endda katalysere deres egen dannelse af peptidfragmenter, hvis fragmenterne er aktiveret. Fragmenterne vil binde sig til det større “skabelon”-peptid gennem upolære virkninger af sidekæderne, som er orienteret langs den ene side af de helikale akser. Hvis fragmenterne bindes på en sådan måde, at den elektrofil ende støder op til den nukleofile ende af det andet peptidfragment, sker der en kondensation af de to peptidfragmenter. Det større skabelonpeptid fungerer som en skabelon (effektivt som et “enzym”) ved at orientere de to fragmenter med henblik på kemisk reaktion og effektivt øge deres lokale koncentration. Reaktionen mellem de bundne fragmenter er i det væsentlige intramolekylær. Reaktionen forløber endda med forstærkning af homokiralitet.
Kunne de præbiotiske aminosyrer have polymeriseret sig til et protein, der kunne folde sig på en måde, der ligner moderne proteiner? Det spørgsmål er for nylig blevet behandlet af Longo et al (2013). De stillede spørgsmålet, om de aminosyrer, der blev fundet i Miller-type præbiotisk synteseblanding og i kometer/meteorer (Ala, Asp, Glu, Gly, Ile, Leu, Pro, Ser, Thr og Val), et begrænset sæt (10) sammenlignet med de nuværende 20 naturligt forekommende aminosyrer, kunne danne en polymer, der kunne folde sig. Det skal bemærkes, at der i denne begrænsede samling af aminosyrer ikke findes aromatiske og basiske aminosyrer. Disse proteiner ville være sure med et lavt pI og kunne på grund af manglen på upolære aromatiske aminosyrer have problemer med at danne en begravet hydrofob kerne, som stabiliserer proteiner. Ikke desto mindre var Longo et al. i stand til at syntetisere et protein med et lidt udvidet sæt af aminosyrer (12, herunder Asn og Gln, med 70 % præbiotiske aminosyrer). Strukturen af et af proteinerne, PV2, er vist nedenfor. Proteinet var mere stabilt i 2 M NaCl (sammenlignet med 0,1 M), hvor det viste en kooperativ termisk denaturering med et smeltepunkt nær 650C ved hjælp af differential scanning calorimetri. Proteinet havde egenskaber svarende til dem fra halofile organismer, der trives i højt salt. Disse egenskaber omfatter lave pI’er og høj negativ ladningstæthed, hvilket muliggør kation-protein-interaktioner i det høje saltmiljø, og lavere stabilitet i lavt saltmiljøer. Tidligere tiders oceaner var mere salte. Halofile er et eksempel på ekstremofile, som er stærkt repræsenteret i arkæa. Selv om de fleste halofile er aerobe, er nogle af dem anerobiske. Måske er livet opstået i miljøer med højt saltindhold.
Figur: Struktur af PV2-protein bestående af et reduceret alfabet af hovedsageligt præbiotiske aminosyrer.
Interview med Stanley Miller
Kontributorer
- Prof. Henry Jakubowski (College of St. Benedict/St. John’s University)