Źródło życia: pojawienie się pierwszych cukrów

Od wielu już lat nauka próbuje zrozumieć pojawienie się życia na Ziemi. Pojawiają się stale dwa pytania: jakie jest źródło pierwszych molekuł organicznych? I dlaczego życie posługuje się jedynie cukrami w postaci D, zamiast L. I dlaczego aminokwasami L, zamiast D.

Zespół badaczy unosi nieco rąbka tej tajemnicy, pokazując, że aminokwasy L katalizują tworzenie cukrów D...

Kiedy pojawiło się życie na ziemi?

Jakieś 3 800 000 000 lat temu, jak stwierdzają ci, którzy się na tym znają. Proces odpowiedzialny za pojawienie się bakterii jest przedmiotem wielu badań. Albowiem, te pierwsze organizmy posiadały membranę zawierającą materiał genetyczny oraz całą powiązaną z tym machinerię komórkową.

Molekuły DNA i RNA składają się z baz nukleotydowych, następujących po sobie. Każdy element zawiera grupę fosforanową, cukier (dezoksyryboza albo ryboza), oraz bazę (adenina, tymina, cytozyna, guanina albo uracyl). Ale skąd się wzięły te molekuły?

Czy w ogóle możliwa jest odpowiedź na to pytanie? 

Zespół badaczy, którymi kierował Paul Clarke z uniwersytetu w York, odtworzył proces, który mógł dać początek pierwszym cukrom w świecie prebiotyków. Reakcje są złożone, ale wydaje się, że synteza cukrów biologicznych może być związana z aminokwasami prezentującymi szczególną konfigurację.

Chodzi tutaj o znaczący postęp, pozwalający wyjaśnić w jaki sposób cukry proste mogły się rozwinąć. A rezultaty tego badania zostały opublikowane w naukowym przeglądzie Organic and Biomolecular Chemestry.

Pojawienie się cukrów: kwestia izomerów

Każda molekuła biologiczna może istnieć w dwóch postaciach, albo izomerach, w zależności od tego, w jaki sposób atomy się ze sobą łączą, same bądź w grupach, wokół asymetrycznego węgla: postaci D i L. Każdy izomer optyczny daje odwrócony obraz drugiego.

W sposób niewyjaśniony, wszystkie cukry zaobserwowane w świecie żyjącym, to są cukry D. Grupa OH (grupa hydroksylowa) węgla najbardziej utleniona jest na prawo w reprezentacji Fishera. I na odwrót, naturalne aminokwasy budujące peptydy i molekuły, wszystkie są postaciami L. Grupa NH2 jest na lewo w reprezentacji Fishera.

Na podstawie związków chemicznych, które musiały istnieć w środowisku jeszcze przed pojawieniem się życia, badacze posłużyli się aminokwasami, aby katalizować syntezę cukrów. Pod koniec reakcji, badacze zdali sobie sprawę z tego, że zastosowanie aminokwasów L, postaci naturalnej, pozwoliło głównie na syntezę cukrów D, postaci izomerów biologicznych.

W rzeczywistości, estry (L)-leucyny, (L)-alaniny oraz (L)-valiny, katalizowały rozwój (D)-tetroz. Chodzi tutaj o grupę cukrów, do której należy treoza i erytroza. Niektóre postaci L są jednakże uzyskiwane w czasie reakcji, które są katalizowane przez (L)-prolinę.

Wpływ pH i zasolenia na różne postaci wyprodukowanych cukrów, również został przestudiowany. Te dwa czynniki mają odgrywać rolę, której nie można zaniedbać. Rozwój reakcji chemicznych o pH 7 sprzyja bardziej produkcji postaci D cukrów.

Według autorów tego odkrycia, rezultaty te pozwolą lepiej zrozumieć źródło cukrów, a przede wszystkim to, dlaczego dominuje postać D w świecie żyjącym. Kwestia, jaka teraz się pojawia, to dowiedzenie się, skąd dokładnie wzięły się te aminokwasy.