De vraag hoe het leven hier voor het eerst op aarde is ontstaan, is een mysterie die blijft bestaan
Een van de meer ontmoedigende aspecten van het mysterie heeft te maken met peptiden en enzymen, die in een soort 'kip en ei'-situatie terechtkomen. Om dit aan te pakken, voerde een team van onderzoekers van het University College London (UCL) onlangs een onderzoek uit dat effectief aantoonde dat peptiden zich onder omstandigheden hadden kunnen vormen
De studie met hun bevindingen is onlangs gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Natuur. Het onderzoeksteam werd geleid door dr. Matthew Powner, een lezer van organische chemie bij de afdeling chemie van UCL, en omvatte Pierre Canavelli en dr. Saidul Islam - beiden onderzoekers van de afdeling organische en biologische chemie van de UCL.
Zoals Powner het doel van hun studie uitlegde in een recent interview met UCL News:
“Peptiden, aminozuurketens, zijn een absoluut essentieel onderdeel van al het leven op aarde. Ze vormen het weefsel van eiwitten, die dienen als katalysator voor biologische processen, maar ze hebben zelf enzymen nodig om hun vorming uit aminozuren te regelen. Dus we hebben een klassiek kip-en-ei-probleem gehad: hoe werden de eerste enzymen gemaakt? "
Zoals ze in hun studie aangeven, is er in het verleden veel onderzoek gedaan om erachter te komen hoe peptiden voor het eerst werden gevormd en de opkomst van leven mogelijk maakten. Alle eerdere onderzoeken waren echter gericht op aminozuren in plaats van op de reactiviteit van hun chemische voorlopers (bekend als aminonitrillen).
Terwijl aminonitrillen zware omstandigheden vereisen om aminozuren te vormen (typisch sterk zuur of alkalisch), moeten aminozuren worden opgeladen met energie om peptiden te vormen. De onderzoekers vonden echter een manier om beide stappen te omzeilen door aan te tonen dat peptiden rechtstreeks konden worden gemaakt uit energierijke aminonitrillen.
Hun methode profiteerde van de ingebouwde reactiviteit van aminonitrillen met de andere moleculen die deel uitmaakten van de oeromgeving van de aarde. Het proces bestond uit het combineren van waterstofsulfide met aminonitrillen en het chemische substraat ferricyanide ([Fe (CN)6]3?) in water, wat peptiden opleverde.
Wat dit aantoonde, was dat aminonitrillen in staat zijn om zelfstandig de vorming van peptidebindingen in water te bereiken, en met meer gemak dan aminozuren. Bovendien toonde het aan dat dit zou kunnen gebeuren onder omstandigheden en chemicaliën die worden uitgestoten tijdens vulkaanuitbarstingen en die waarschijnlijk miljarden jaren geleden op aarde aanwezig waren. Zei Pierre Canavelli, de eerste auteur van de studie:
"Gecontroleerde synthese, als reactie op omgevings- of interne stimuli, is een essentieel element van metabole regulatie, dus we denken dat peptidesynthese onderdeel zou kunnen zijn van een natuurlijke cyclus die plaatsvond in de zeer vroege evolutie van het leven."
"Dit is de eerste keer dat overtuigend is aangetoond dat peptiden worden gevormd zonder aminozuren in water te gebruiken, onder relatief zachte omstandigheden die waarschijnlijk op de primitieve aarde beschikbaar zullen zijn", voegde co-auteur Dr. Saidul Islam eraan toe.
Deze bevindingen kunnen belangrijke implicaties hebben voor de studie van abiogenese en voor de zoektocht naar leven op planeten buiten het zonnestelsel. Ze kunnen ook nuttig zijn op het gebied van synthetische chemie, aangezien de vorming van amidebindingen essentieel is voor de productie van synthetische, bioactieve materialen. Vergeleken met conventionele chemische processen die commercieel worden gebruikt, is deze nieuwe methode efficiënter en veel kosteneffectiever.
Vooruitblikkend, kijkt het onderzoeksteam naar hun studies door andere manieren te vinden waarop aminonitrillen tot peptiden kunnen leiden. Ze onderzoeken momenteel ook de functionele eigenschappen van peptiden die hun experiment heeft opgeleverd in de hoop beter te begrijpen hoe ze de vorming van leven op aarde hadden kunnen helpen veroorzaken, ca. 4 miljard jaar geleden.
Na vele generaties van proberen (en falen) om de bouwstenen van het leven opnieuw te creëren, zou het kunnen dat wetenschappers er gewoon mee bezig zijn
