Sok munkát végeztek annak megállapítására, hogy a jelenlegi biológiai molekulák építőkövei szintetizálódhattak-e a Föld történelmének korai szakaszában. Aminosavakat és zsírsavakat találtak meteorokban, ami erre a lehetőségre utal. A Föld korai légkörében kevés oxigén lehetett, így a legtöbb alkotóelemnek redukálódnia kellett. Valószínűleg metánból, ammóniából, hidrogénből és vízből állt, hasonlóan a Naprendszerünk más bolygóinak légköréhez. A korai légkör összetétele még mindig vitatott. 1953-ban (ugyanabban az évben, amikor Watson és Crick közzétette a kettős szálú DNS szerkezetét) Stanley Miller kimutatta, hogy az elektromos kisülések (a villámlást szimulálva) egy “szimulált tenger” feletti redukáló légkörben sok aminosavat termeltek. A nukleinsavakhoz szükséges purinokkal és pirimidinekkel együtt (ezekhez koncentrált reakcióelegyekre volt szükség) akár 11 különböző aminosavat is előállítottak ilyen módon. Adenint egyszerűen hidrogén-cianid és ammónia vizes oldatban történő reakciójával lehet előállítani. Más nukleinsavbázisok hidrogén-cianiddal, cianogénnel (C2N2) és cianoacetilénnel (HC3N) állíthatók elő.
www.hencoup.com/Photo%20Stanley%20Miller.jpg
Ezek a reakciók során nem keletkeznek összetett polimerek. 2004-ben azonban Lehman, Orgel és Ghadiri ki tudták mutatni, hogy a vulkánokból kiáramló gáz, a szén-diszulfid jelenlétében homo- és hetero-peptidek keletkeznek. Az amfifil peptidek még saját maguk is képesek katalizálni a peptidfragmentumokból való képződésüket, ha a fragmentumokat aktiválják. A fragmentumok a nagyobb “sablon” peptidhez kötődnének a helikális tengelyek egyik oldala mentén tájolt oldalláncok nem poláris hatása révén. Ha a fragmentumok úgy kötődnek, hogy az elektrofil végük a másik peptidfragment nukleofil végével szomszédos, akkor a két peptidfragmentum kondenzációja következik be. A nagyobb templát peptid templátként (gyakorlatilag “enzimként”) működik a két fragmentum orientálásában a kémiai reakcióhoz, és hatékonyan növeli helyi koncentrációjukat. A kötött fragmentumok reakciója lényegében intramolekuláris. A reakció még a homokiralitás erősítésével is zajlik.
A prebiotikus aminosavak polimerizálódhattak olyan fehérjévé, amely a mai fehérjékhez hasonló módon tudott összecsukódni? Ezzel a kérdéssel nemrégiben Longo és munkatársai (2013) foglalkoztak. Ők azt a kérdést tették fel, hogy a Miller-féle prebiotikus szintéziskeverékben és az üstökösökben/meteorokban található aminosavak (Ala, Asp, Glu, Gly, Ile, Leu, Pro, Ser, Thr és Val) – a jelenlegi 20 természetesen előforduló aminosavhoz képest korlátozott készlet (10) – képesek voltak-e olyan polimert alkotni, amely képes volt a hajtogatásra. Vegyük észre, hogy az aminosavak e szűkített csoportjából hiányoznak az aromás és bázikus aminosavak. Ezek a fehérjék savasak lennének, alacsony pI-vel, és a nem poláros aromás aminosavak hiánya miatt nehézségekbe ütközhetnének a fehérjéket stabilizáló, eltemetett hidrofób mag kialakításában. Ennek ellenére Longo és munkatársai képesek voltak szintetizálni egy olyan fehérjét, amelynek aminosavkészlete kissé kibővült (12, köztük Asn és Gln, 70%-ban prebiotikus aminosavakkal). Az egyik fehérje, a PV2 szerkezete az alábbiakban látható. A fehérje stabilabb volt 2 M NaCl-ban (a 0,1 M-hez képest), amelyben differenciál pásztázó kalorimetria segítségével kooperatív termikus denaturációt mutatott 650C közeli olvadásponttal. A fehérje hasonló tulajdonságokkal rendelkezett, mint a magas sótartalomban élő halofil organizmusoké. Ezek a tulajdonságok közé tartozik az alacsony pIs és a magas negatív töltéssűrűség, ami lehetővé teszi a kation-fehérje kölcsönhatásokat a magas sós környezetben, és a kisebb stabilitás alacsony sós környezetben. A korábbi óceánok sósabbak voltak. A halofilok az extrémofilok egyik példája, amelyek nagymértékben képviseltetik magukat az archeában. Bár a legtöbb halofil aerob, néhányuk anerob. Talán az élet magas sótartalmú környezetben keletkezett.
Ábra: A PV2 fehérje szerkezete, amely főként prebiotikus aminosavak redukált ábécéjéből áll.
Interjú Stanley Millerrel
Munkatársak
- Prof. Henry Jakubowski (College of St. Benedict/St. John’s University)