Multă muncă a fost depusă pentru a determina dacă elementele constitutive ale moleculelor biologice actuale ar fi putut fi sintetizate la începutul istoriei Pământului. Aminoacizi și acizi grași au fost găsiți în meteoriți, sugerând această posibilitate. Atmosfera timpurie a Pământului ar fi avut puțin oxigen, astfel încât majoritatea componentelor ar fi trebuit să fie reduse. Probabil că era formată din metan, amoniac, hidrogen și apă, similar atmosferei altor planete din sistemul nostru solar. Compoziția atmosferei timpurii este încă controversată. În 1953 (în același an în care Watson și Crick au publicat structura ADN-ului bicatenar), Stanley Miller a arătat că descărcările electrice (pentru a simula fulgerele) într-o atmosferă reducătoare deasupra unei „mări simulate” au produs mulți aminoacizi. Până la 11 aminoacizi diferiți au fost produși în acest mod, împreună cu purinele și pirimidinele (acestea au necesitat amestecuri de reacție concentrate) necesare pentru acizii nucleici. Adenina poate fi produsă doar prin reacția dintre cianura de hidrogen și amoniac într-o soluție apoasă. Alte baze ale acizilor nucleici pot fi obținute cu cianură de hidrogen, cianogen (C2N2) și cianoacetilenă (HC3N).
www.hencoup.com/Photo%20Stanley%20Miller.jpg
Niciun polimer complex nu apare prin aceste reacții. Cu toate acestea, în 2004, Lehman, Orgel și Ghadiri au reușit să demonstreze că în prezența disulfurii de carbon, un gaz degajat de vulcani, se produc homo- și hetero-peptide. Peptidele amfifile pot chiar să își catalizeze propria formare din fragmente peptidice, dacă fragmentele sunt activate. Fragmentele s-ar lega de peptida „șablon” mai mare prin acțiuni nepolare ale lanțurilor laterale care sunt orientate de-a lungul unei fețe a axelor elicoidale. În cazul în care fragmentele se leagă într-un mod în care capătul electrofil este adiacent capătului nucleofil al celuilalt fragment peptidic, rezultă condensarea celor două fragmente peptidice. Peptida șablon mai mare acționează ca un șablon (efectiv ca o „enzimă”) în orientarea celor două fragmente pentru reacția chimică și în creșterea efectivă a concentrației lor locale. Reacția fragmentelor legate este în esență intramoleculară. Reacția decurge chiar cu amplificarea homochiralității.
Ar fi putut aminoacizii prebiotici să se polimerizeze într-o proteină care să se plieze într-un mod similar cu proteinele moderne? Această întrebare a fost abordată recent de Longo et al. (2013). Aceștia și-au pus întrebarea dacă aminoacizii găsiți în amestecul de sinteză prebiotică de tip Miller și în comete/meteori (Ala, Asp, Glu, Gly, Gly, Ile, Leu, Pro, Ser, Thr și Val), un set restrâns (10) în comparație cu cei 20 de aminoacizi prezenți în mod natural în prezent, ar putea forma un polimer care s-ar putea plia. Observați că din acest ansamblu redus de aminoacizi lipsesc aminoacizii aromatici și bazici. Aceste proteine ar fi acide, cu un pI scăzut și ar putea avea probleme, dată fiind lipsa aminoacizilor aromatici nepolari, în formarea unui nucleu hidrofob îngropat care să stabilizeze proteinele. Cu toate acestea, Longo et al. au reușit să sintetizeze o proteină cu un set ușor extins de aminoacizi (12, inclusiv Asn și Gln, cu 70% aminoacizi prebiotici). Structura uneia dintre proteine, PV2, este prezentată mai jos. Proteina a fost mai stabilă în 2 M NaCl (comparativ cu 0,1 M), în care a prezentat o denaturare termică cooperantă cu un punct de topire aproape de 650C, folosind calorimetria diferențială de scanare. Proteina a avut proprietăți similare cu cele ale organismelor halofile care se dezvoltă în condiții de salinitate ridicată. Aceste proprietăți includ pIs scăzute și o densitate mare de sarcină negativă, ceea ce permite interacțiuni cation-proteină în mediul cu conținut ridicat de sare, și o stabilitate mai scăzută în mediile cu conținut scăzut de sare. Oceanele timpurii erau mai sărate. Halofilele sunt un exemplu de extremofile care sunt foarte bine reprezentate în arhee. Deși majoritatea halofilelor sunt aerobe, unele sunt anerobe. Poate că viața a apărut în medii cu conținut ridicat de sare.
Figura: Structura proteinei PV2 compusă dintr-un alfabet redus de aminoacizi preponderent prebiotici.
Interviu cu Stanley Miller
Contribuitori
- Prof. Henry Jakubowski (College of St. Benedict/St. John’s University)