Met behulp van kwantumchemische methoden, een team van onderzoekers onder leiding van Dr. Matthias Granold en professor Bernd Moosmann van het Institute of Pathobiochemistry aan de Johannes Gutenberg University Mainz loste een van de oudste puzzels van de biochemie op. Ze ontdekten waarom er 20 aminozuren zijn die tegenwoordig de basis vormen van al het leven, hoewel de eerste 13 aminozuren die in de loop van de tijd zijn gegenereerd voldoende zouden zijn geweest om een ​​uitgebreid repertoire van de vereiste functionele eiwitten te vormen. Doorslaggevend is de grotere chemische reactiviteit van de nieuwere aminozuren dan hun ruimtelijke structuur. In hun publicatie in het toonaangevende tijdschrift PNAS , de in Mainz gevestigde onderzoekers stellen ook dat het de toename van zuurstof in de biosfeer was die de toevoeging van aanvullende aminozuren aan de eiwitgereedschapskist veroorzaakte.

Al het leven op aarde is gebaseerd op 20 aminozuren, die worden bestuurd door het DNA om eiwitten te vormen. In het erfelijke DNA, het zijn altijd drie opeenvolgende DNA-basen, of codons, die samen één enkele van deze 20 aminozuren "coderen". Het resulterende raster van codons is wat bekend staat als de genetische code. "Onderzoekers vragen zich al tientallen jaren af ​​waarom de evolutie deze 20 aminozuren heeft geselecteerd voor genetische codering, " zei professor Bernd Moosmann. "De aanwezigheid van de laatste en nieuwste zeven aminozuren is bijzonder moeilijk uit te leggen, omdat geschikte en functionele eiwitten kunnen worden geassembleerd met alleen de eerste en oudste 10 tot 13 aminozuren."

Bij een nieuwe aanpak de onderzoekers vergeleken de kwantumchemie van alle aminozuren die door het leven op aarde worden gebruikt met de kwantumchemie van aminozuren uit de ruimte, binnengebracht op meteorieten, evenals met die van moderne referentie-biomoleculen. Ze ontdekten dat de nieuwere aminozuren systematisch zachter waren geworden, d.w.z., sneller reactief of vatbaar voor chemische veranderingen. "De overgang van de dode chemie daar in de ruimte naar onze eigen biochemie hier vandaag werd gekenmerkt door een toename in zachtheid en dus een verhoogde reactiviteit van de bouwstenen, ", legt Moosmann uit. De onderzoekers hebben de resultaten van hun theoretische berekeningen kunnen verifiëren in biochemische experimenten. Ook functionele aspecten moeten een belangrijke rol hebben gespeeld met betrekking tot de meer recente aminozuren, aangezien deze nieuwkomers nauwelijks bijzondere voordelen hebben als het gaat om het bouwen van eiwitten structuren.

Echter, het probleem bleef waarom de zachte aminozuren in de eerste plaats aan de gereedschapskist werden toegevoegd. Waar zouden deze gemakkelijk reactieve aminozuren precies mee moeten reageren? Op basis van hun resultaten, concluderen de onderzoekers dat in ieder geval enkele van de nieuwe aminozuren, vooral methionine, tryptofaan, en selenocysteïne, zijn toegevoegd als gevolg van de toename van het zuurstofgehalte in de biosfeer. Deze zuurstof bevorderde de vorming van giftige vrije radicalen, die moderne organismen en cellen blootstelt aan enorme oxidatieve stress. De nieuwe aminozuren ondergingen chemische reacties met de vrije radicalen en vingen ze zo op een efficiënte manier op. De geoxideerde nieuwe aminozuren, beurtelings, waren gemakkelijk te repareren na oxidatie, maar ze beschermden andere en waardevollere biologische structuren, die niet te repareren zijn, van door zuurstof veroorzaakte schade. Vandaar, de nieuwe aminozuren gaven de verre voorouders van alle levende cellen een zeer reëel overlevingsvoordeel waardoor ze succesvol konden zijn in de meer oxiderende, "dappere" nieuwe wereld op aarde. "Met dit in het achterhoofd, we zouden zuurstof kunnen karakteriseren als de auteur die de laatste hand legt aan de genetische code, ’, aldus Moosmann.