Mycket arbete har gjorts för att fastställa om byggstenarna för nuvarande biologiska molekyler kan ha syntetiserats tidigt i jordens historia. Aminosyror och fettsyror har hittats i meteorer vilket tyder på denna möjlighet. Jordens tidiga atmosfär skulle ha haft lite syre, så de flesta komponenterna borde ha reducerats. Den bestod troligen av metan, ammoniak, väte och vatten i likhet med atmosfären på andra planeter i vårt solsystem. Sammansättningen av den tidiga atmosfären är fortfarande omtvistad. År 1953 (samma år som Watson och Crick publicerade strukturen för dubbelsträngat DNA) visade Stanley Miller att elektriska urladdningar (för att simulera blixtnedslag) i en reducerande atmosfär över ett ”simulerat hav” producerade många aminosyror. Upp till 11 olika aminosyror har framställts på detta sätt tillsammans med puriner och pyrimidiner (dessa krävde koncentrerade reaktionsblandningar) som behövs för nukleinsyror. Adenin kan framställas enbart genom en reaktion mellan vätecyanid och ammoniak i en vattenlösning. Andra nukleinsyrabaser kan framställas med vätecyanid, cyanogen (C2N2) och cyanoacetylen (HC3N).
www.hencoup.com/Photo%20Stanley%20Miller.jpg
Ingen komplexa polymerer uppstår genom dessa reaktioner. År 2004 kunde dock Lehman, Orgel och Ghadiri visa att det i närvaro av koldisulfid, en gas som släpps ut från vulkaner, bildades homo- och heteropeptider. Amfifila peptider kan till och med katalysera sin egen bildning från peptidfragment, om fragmenten aktiveras. Fragmenten skulle binda till den större ”mallpeptiden” genom opolär verkan av sidokedjorna som är orienterade längs den ena sidan av de spiralformade axlarna. Om fragmenten binds på ett sådant sätt att den elektrofila änden gränsar till den nukleofila änden av det andra peptidfragmentet, uppstår en kondensation av de två peptidfragmenten. Den större peptidmallen fungerar som en mall (i praktiken som ett ”enzym”) för att orientera de två fragmenten för kemisk reaktion och för att effektivt öka deras lokala koncentration. Reaktionen mellan de bundna fragmenten är i huvudsak intramolekylär. Reaktionen fortsätter till och med med förstärkning av homokiralitet.
Kan de prebiotiska aminosyrorna ha polymeriserats till ett protein som kunde veckas på ett sätt som liknar moderna proteiner? Den frågan har nyligen behandlats av Longo et al (2013). De ställde frågan om de aminosyror som hittades i Miller-typens prebiotiska syntesblandning och i kometer/meteorer (Ala, Asp, Glu, Gly, Ile, Leu, Pro, Ser, Thr och Val), en begränsad uppsättning (10) jämfört med de nuvarande 20 naturligt förekommande aminosyrorna, skulle kunna bilda en polymer som kunde veckas. Observera att denna begränsade uppsättning aminosyror saknar aromatiska och basiska aminosyror. Dessa proteiner skulle vara sura med ett lågt pI och kan med tanke på bristen på opolära aromatiska aminosyror ha svårt att bilda en nedgrävd hydrofob kärna som stabiliserar proteiner. Longo et al kunde ändå syntetisera ett protein med en något utökad uppsättning aminosyror (12, inklusive Asn och Gln, med 70 % prebiotiska aminosyror). Strukturen för ett av proteinerna, PV2, visas nedan. Proteinet var stabilare i 2 M NaCl (jämfört med 0,1 M) där det visade en kooperativ termisk denaturering med en smältpunkt nära 650C med hjälp av differentiell skanningskalorimetri. Proteinet hade egenskaper som liknade dem från halofila organismer som trivs i höga salter. Dessa egenskaper omfattar låga pIs och hög negativ laddningstäthet, vilket möjliggör katjon-proteininteraktioner i högsaltsmiljön, och lägre stabilitet i lågsaltsmiljöer. Tidigare hav var saltare. Halofiler är ett exempel på extremofiler som är starkt representerade i arkéer. Även om de flesta halofiler är aeroba är en del av dem aneroba. Kanske uppstod livet i miljöer med hög salthalt.
Figur: Struktur av PV2-protein som består av ett reducerat alfabet av huvudsakligen prebiotiska aminosyror.
Intervju med Stanley Miller
Medarbetare
- Prof. Henry Jakubowski (College of St. Benedict/St. John’s University)