De aanwezigheid van aminozuren op de prebiotische aarde wordt algemeen aanvaard, ofwel afkomstig van endogene chemische processen of geleverd door buitenaards materiaal. Anderzijds, plausibele prebiotische routes naar peptiden zijn vaak afhankelijk van verschillende waterige benaderingen waarbij condensatie van aminozuren thermodynamisch ongunstig is. Nutsvoorzieningen, chemici van het Ruđer Bošković Instituut (RBI), in samenwerking met collega's van Xellia Pharmaceuticals, hebben aangetoond dat solid-state mechanochemische activering van glycine en alanine in combinatie met minerale oppervlakken leidt tot de vorming van peptiden.

Dit onderzoek toont voor het eerst het nut van mechanochemische activering aan voor de prebiotische synthese van grotere biomoleculen zoals peptiden. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het prestigieuze wetenschappelijke tijdschrift Angewandte Chemie .

Prebiotische chemie bestudeert chemische transformaties in omstandigheden die aannemelijk zijn voor de vroege aarde (ongeveer vóór 4,3-3,7 miljard jaar geleden) die tot leven hadden kunnen leiden. Aangezien het aardoppervlak in de loop van de tijd door verschillende geologische processen is veranderd, er is geen historisch bewijs dat ondubbelzinnig zou verklaren hoe het leven verscheen.

Algemeen wordt aangenomen dat uit de oorspronkelijke chemische inventaris, meer complexe moleculen ontstonden door chemische evolutie die vervolgens tot leven leidde.

Als aannemelijk geaccepteerde reactieomstandigheden zijn waterige media, interacties tussen water en gesteente, en een omgeving in vaste toestand zonder water.

Prebiotische bronnen van mechanische energie op de prebiotische aarde omvatten waarschijnlijk effecten, erosie, verwering, tektoniek, en aardbevingen, terwijl geothermische instellingen de lokale input van thermische energie leverden.

De vorming van peptidebindingen is een van de belangrijkste chemische transformaties op het gebied van prebiotische chemie. Er wordt aangenomen dat peptiden een belangrijke katalytische rol speelden bij de vorming van andere biomoleculen en waren opgenomen in de oorspronkelijke moleculaire symbiose met nucleïnezuren. Huidige strategieën voor de synthese van prebiotische peptidebindingen zijn gebaseerd op -aminonitrilligatie in water en het gebruik van natte/droge cycli voor de condensatie van aminozuren.

Onderzoekers van de RBI, Dr. José G. Hernández, Dr. Krunoslav Užarević, en Ph.D. student Tomislav Stolar, in samenwerking met wetenschappers van Xellia, Dr. Ernest Mestrovi, doctoraat student Saša Grubeši en Dr. Nikola Cindro van de afdeling Scheikunde van de Faculteit Wetenschappen (Universiteit van Zagreb), hebben aangetoond dat de vorming van mechanochemische prebiotische peptidebindingen plaatsvindt in afwezigheid van water.

Het team ontdekte dat het mechanochemisch malen van glycine in de aanwezigheid van mineralen zoals TiO ₂ en SiO ₂ leidt tot de vorming van glycine-oligomeren. Als het reactiemengsel gelijktijdig wordt verwarmd met behulp van de thermisch gecontroleerde kogelmolen, glycine-oligomeren tot Gly ₁₁ worden verkregen (11 glycineresten).

Experimenten met diketopiperazine (DKP), diglycine, en triglycine toonden aan dat mechanochemische vorming van peptidebindingen een dynamisch en omkeerbaar proces is met gelijktijdige vorming en verbreking van peptidebindingen.

Opmerkelijk, kogelmalen van een mengsel van glycine en L-alanine resulteert in de vorming van hun hetero-oligopeptiden. High-performance vloeistofchromatografie (HPLC) en massaspectrometrie (MS) werden gebruikt om de reactieproducten te analyseren.

Lange oligomeren van glycine verkregen via een mechanochemische route hebben mogelijk toegang geboden tot een meer diverse bibliotheek van peptiden op de prebiotische aarde door chemische modificaties zoals α-alkylering. De resultaten van deze studie vormen een aanvulling op de bestaande experimentele procedures in de prebiotische chemie en bieden een alternatieve synthetische route naar peptiden zonder water.

"De oorsprong van het levensvraagstuk is een van de belangrijkste in de wetenschap en vereist een interdisciplinaire benadering om het te bestuderen. Daarom, ruimteagentschappen zoals NASA en JAXA investeren veel middelen om nieuwe fundamentele inzichten te verwerven. Bijvoorbeeld, recente Hayabusa2- en OSIRIS-REx-asteroïdebemonsteringsmissies zullen aanwijzingen geven over de chemische inventaris die beschikbaar was in de tijd dat het leven op aarde ontstond.

"[De] allereerste monsters van de asteroïde werden in december 2020 teruggebracht naar de aarde en er worden er meer verwacht in 2023. Samen met de identificatie van buitenaardse materialen in die monsters, het is belangrijk om laboratoriumexperimenten uit te voeren die hun aanwezigheid en vormingsmechanisme zouden verklaren. Dergelijke fundamentele studies kunnen dan worden toegepast in de moderne synthetische chemie", zegt Tomislav Stolar, eerste auteur van de publicatie.