Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

Badacze zajmujący się pochodzeniem i początkami życia już od pewnego czasu przypuszczają, że reakcja chemiczna zwana fosforylacją mogła mieć decydujące znaczenie dla połączenia trzech składników kluczowych dla pierwszych form życia: krótkich pasm nukleotydów do przechowywania informacji genetycznej, krótkich łańcuchów aminokwasów (peptyd) do zasadniczej pracy komórek oraz lipidów, których działanie polega na tworzeniu struktur otaczających (enkapsulujących), takich jak ściany komórkowe. Jak dotąd nie udało się jednak odkryć czynnika fosforylacji, którego obecność w środowiskach młodej planety dałaby się przekonująco udowodnić.

To przedsięwięcie, być może, powiodło się w końcu chemikom z kalifornijskiego The Scripps Research Institute (TSRI). Ich zdaniem poszukiwanym przez wszystkich związkiem chemicznym jest diamidofosforan (DAP).

– Zakładamy, że chemiczna fosforylacja jest tym, co mogło przyczynić się do powstania równocześnie w tym samym miejscu – oligonukleotytów, oligopetydów i struktury przypominające komórki, które dały im ochronne zamknięcie – mówi Ramanarayanan Krishnamurthy, profesor chemii w TSRI i współautor badań – dopiero to umożliwiło dalsze procesy chemiczne, wcześniej zupełnie nierealne, które w ostateczności doprowadziły do powstania pierwszych żywych bytów.

Badania opubliowane w czaopiśmie „Nature Chemistry” są elementem od dawna toczących się na całym świecie prób wiarygodnego zarysowania epickiej drogi od przedbiologicznej chemii do opartej na komórkach biochemii. Jak dotąd powstawało wiele scenariuszy. Dla wielu z nich fosforylacja jest punktem wspólnym, ale zakłada ona różne procesy i bazą dla niej są różne środowiska. Wyraźną nowością, którą zaproponował zespół Krishnamurthy jest to, że właśnie DAP może przyczynić się do fosforylacji każdego z czterech nukleozydów budujących bloki RNA w wodzie albo w warunkach podobnych do mazi lub pasty, w szerokim zakresie temperatur i innych warunków.

Przy udziale imidazolu – związku, który mógł być obecny na Ziemi w jej wczesnych stadiach – jako katalizatora, aktywność DAP prowadzi także do pojawienia się krótkich, podobnych do RNA, łańcuchów sfosforylowanych bloków. 

Równocześnie, DAP z wodą i imidazolem fosforyluje lipidowe bloki glicerolu i kwasów tłuszczowych, prowadząc do samoczynnego gromadzenia się fosfolipidowych kapsół, które stanowią prymitywną formę komórek. W temperaturze pokojowej w środowisku wodnym DAP fosforyluje glicinę (aminokwasy), kwas asparaginowy i kwas glutaminowy a następnie pomagam tym cząsteczkom łączyć się krótkie łańcuchy peptydowe (peptydy to typ niewielkich białek).

– Dzięki DAP, wodzie i odpowiednim warunkom możemy uzyskać wszystkie najważniejsze cząsteczki, które są potrzebne żeby zaistniała możliwość powstania życia na Ziemi – podsumowuje Krishnamurthy.

Rzecz jasna, udział diamidofosforanu w „rozruchy” życia na Ziemi może być trudny do udowodnienia w kilka miliardów lat po faktycznym wydarzeniu. A jednak, jak zauważa Krishnamurthy, kluczowe elementy tego wydarzenia są wciąż obecne we współczesnej biologii. 

Badania źródłowe: Phosphorylation, oligomerization and self-assembly in water under potential prebiotic conditions, Nature Chemistry (2017). nature.com/articles/doi:10.1038/nchem.2878 
Journal reference: Nature Chemistry 

Opracowano na podstwie artykułu Scientists find potential 'missing link' in chemistry that led to life on Earth opublikowanego w serwisie Phys.org.