De belangrijkste bestanddelen van cellen, zakdoek, organen, en hele organismen zijn eiwitten, die worden opgebouwd door de ene na de andere aminozuren toe te voegen om lange eiwitketens te vormen die polypeptiden worden genoemd. Hoewel levende cellen geavanceerde machines hebben die deze kettingverlenging met verbazingwekkende snelheid en nauwkeurigheid kunnen bereiken, pogingen om deze reactie in het laboratorium na te bootsen om natuurlijke peptideproducten of peptidegeneesmiddelen te maken, zijn in vergelijking daarmee ruw en arbeidsintensief gebleven.

Met behulp van varianten van aminozuren genaamd aminothiozuren, een team van de universiteit van Osaka heeft deze moeilijkheden overwonnen om de nauwkeurige en eenvoudige verlenging van peptideketens in een snelle reactie te bereiken. Hun werk, gepubliceerd in het tijdschrift Biochemie , suggereert ook dat, miljarden jaren geleden, dit specifieke chemische mechanisme had ervoor kunnen zorgen dat er een overvloed aan grotere, complexere moleculen verscheen, mogelijk de voorwaarden verschaft waaruit het leven uiteindelijk is voortgekomen.

In dit onderzoek, het team concentreerde zich op het verbeteren van eerdere inspanningen om polypeptiden kunstmatig te synthetiseren, waarin een belangrijk obstakel de noodzaak was om beschermende groepen op te nemen. Dergelijke beschermende groepen worden toegevoegd aan functionele groepen binnen een molecuul om ervoor te zorgen dat een volgende reactie specifiek is. Echter, ze vereisen dat meerdere reactiestadia worden uitgevoerd, wat de procedure inefficiënt maakt.

"In onze inspanningen om de vorming van kunstmatige peptidebindingen te verbeteren, in plaats van zich te concentreren op aminozuren, we keken in plaats daarvan naar aminothiozuren, die een zwavelatoom bevatten, " zegt Yasuhiro Kajihara. "We zijn begonnen met de aminothiozuurversie van fenylalanine als monomeer, en onder een reactie die slechts vijf minuten duurde, werden peptideketens gevormd die twee tot vijf fenylalanines bevatten. Een alternatieve analyse onthulde ketens zo lang als 12 fenylalanines."

Het team toonde vervolgens aan dat de peptideketenverlenging plaatsvond met mengsels van aminothiozuren en ook alleen onder zure omstandigheden, wat suggereerde dat oxidatie de sleutel was tot het betrokken mechanisme. Het team bevestigde dit door de reactie te karakteriseren, en toonde ook aan dat het een uniek reactietussenproduct betrof, die ervoor zorgde dat het beoogde product nauwkeurig werd gegenereerd.

"Aangezien de uitbreiding van reguliere aminozuren in ketens een sleutelfactor is voor het leven, we vroegen ons af of miljarden jaren geleden, aminothiozuren hadden kunnen werken als een voorloper van de meer complexe chemie die leidde tot de ontwikkeling van bewust leven, gezien hun snelle en eenvoudige integratie in ketens, " zegt hoofdauteur Ryo Okamoto. "We ontdekten dat de oligomerisatiereactie ook verliep onder chemische omstandigheden die lijken op die op aarde voordat het leven ontstond, met behulp van reactiecomponenten zoals ijzererts en zwavelzuur, die zou kunnen zijn gegenereerd uit vulkanisch gas."

Het werk van het team biedt dus niet alleen een efficiënt laboratoriuminstrument voor een reeks praktische toepassingen, maar ook een potentieel kijkje in de chemie van waaruit het leven begon.