peptiden, een van de fundamentele bouwstenen van het leven, kan worden gevormd uit de primitieve voorlopers van aminozuren onder omstandigheden die vergelijkbaar zijn met die verwacht op de oeraarde, vindt een nieuwe UCL-studie.

De bevindingen, gepubliceerd in Natuur , zou een ontbrekend stukje van de puzzel kunnen zijn van hoe het leven zich voor het eerst heeft gevormd.

"Peptiden, dat zijn ketens van aminozuren, zijn een absoluut essentieel element van al het leven op aarde. Ze vormen het weefsel van eiwitten, die dienen als katalysatoren voor biologische processen, maar ze hebben zelf enzymen nodig om hun vorming uit aminozuren te controleren, " legde de hoofdauteur van de studie uit, Dr. Matthew Powner (UCL Chemie).

"Dus we hebben een klassiek kip-en-ei-probleem gehad - hoe werden de eerste enzymen gemaakt?"

Hij en zijn team hebben aangetoond dat de voorlopers van aminozuren, aminonitrillen genoemd, kan gemakkelijk en selectief worden omgezet in peptiden in water, profiteren van hun eigen ingebouwde reactiviteit met behulp van andere moleculen die aanwezig waren in oeromgevingen.

"Veel onderzoekers hebben geprobeerd te begrijpen hoe peptiden voor het eerst werden gevormd om het leven te helpen ontwikkelen, maar bijna al het onderzoek was gericht op aminozuren, dus de reactiviteit van hun voorlopers werd over het hoofd gezien, "zei Dr. Powner.

De voorlopers, aminonitrillen, zware omstandigheden vereisen, typisch sterk zuur of alkalisch, aminozuren te vormen. En dan moeten aminozuren worden opgeladen met energie om peptiden te maken. De onderzoekers vonden een manier om beide stappen te omzeilen, het maken van peptiden direct uit energierijke aminonitrillen.

Ze ontdekten dat aminonitrillen de aangeboren reactiviteit hebben om de vorming van peptidebindingen in water gemakkelijker te bereiken dan aminozuren. Het team identificeerde een reeks eenvoudige reacties, het combineren van waterstofsulfide met aminonitrillen en een ander chemisch substraat ferricyanide, peptiden opleveren.

"Gecontroleerde synthese, als reactie op omgevings- of interne prikkels, is een essentieel onderdeel van de metabole regulatie, dus we denken dat peptidesynthese deel zou kunnen uitmaken van een natuurlijke cyclus die plaatsvond in de zeer vroege evolutie van het leven, " zei Pierre Canavelli, de eerste auteur van de studie die deze voltooide terwijl hij aan de UCL was.

De moleculen die als substraten dienden om de vorming van de amidebindingen in de experimenten te helpen, worden tijdens vulkanisme ontgast en waren waarschijnlijk allemaal aanwezig op de vroege aarde.

"Dit is de eerste keer dat overtuigend is aangetoond dat peptiden worden gevormd zonder aminozuren in water te gebruiken, met behulp van relatief zachte omstandigheden die waarschijnlijk beschikbaar zijn op de primitieve aarde, " zei co-auteur Dr. Saidul Islam (UCL Chemistry).

De bevindingen kunnen ook nuttig zijn op het gebied van synthetische chemie, aangezien de vorming van amidebindingen essentieel is voor veel commercieel belangrijke synthetische materialen, bioactieve stoffen en farmaceutica. De methode die in deze studie wordt gebruikt, is chemisch onconventioneel, maar volgt een pad om peptiden te ligeren (samenvoegen) die biologische processen nabootst, in tegenstelling tot peptide-opbouwende routes die vaker worden gebruikt in chemielaboratoria die in de tegenovergestelde richting lopen en dure en verspillende reagentia vereisen.

Het onderzoeksteam zet hun studies voort door te zoeken naar andere routes naar peptiden met behulp van aminonitrillen, en het onderzoeken van de functionele eigenschappen van de peptiden die hun experimenten hebben geproduceerd, om beter te begrijpen hoe ze 4 miljard jaar geleden hadden kunnen helpen om het leven op gang te brengen.