Een chemische verbinding die essentieel is voor alle levende wezens is in een laboratorium gesynthetiseerd onder omstandigheden die op de vroege aarde hadden kunnen voorkomen, wat erop wijst dat deze een rol speelde bij het begin van het leven, zo blijkt uit een nieuwe studie onder leiding van onderzoekers van University College London.

De verbinding, pantetheïne, is het actieve fragment van co-enzym A. Het is belangrijk voor de stofwisseling – de chemische processen die het leven in stand houden. Eerdere studies slaagden er niet in pantetheïne effectief te synthetiseren, wat leidde tot de suggestie dat het bij de oorsprong van het leven afwezig was.

In de nieuwe studie, gepubliceerd in het tijdschrift Science , creëerde het onderzoeksteam de verbinding in water bij kamertemperatuur met behulp van moleculen gevormd uit waterstofcyanide, dat waarschijnlijk overvloedig aanwezig was op de vroege aarde.

Eenmaal gevormd, aldus de onderzoekers, is het eenvoudig voor te stellen hoe pantetheïne chemische reacties zou kunnen hebben bevorderd die hebben geleid van eenvoudige voorlopers van eiwit- en RNA-moleculen tot de eerste levende organismen – een moment dat vermoedelijk 4 miljard jaar geleden heeft plaatsgevonden. P>

De studie betwist de opvatting van sommige onderzoekers in het veld dat water te destructief is om er leven in te laten ontstaan ​​en dat het leven waarschijnlijker ontstond in poelen die periodiek uitdroogden.

De reacties die pantetheïne produceerden werden aangestuurd door energierijke moleculen, aminonitrillen genaamd, die chemisch nauw verwant zijn aan aminozuren, de bouwstenen van eiwitten en van het leven.

Leden van hetzelfde team, onder leiding van professor Matthew Powner (UCL Chemistry), hebben al soortgelijke chemie, aangedreven door aminonitrillen, gebruikt om aan te tonen hoe andere belangrijke biologische ingrediënten aan de oorsprong van het leven kunnen worden gecreëerd, waaronder peptiden (eiwitcreërende ketens van aminozuren ) en nucleotiden (de bouwstenen van RNA en DNA).

Professor Powner, senior auteur van het artikel, zei:"Deze nieuwe studie is een verder bewijs dat de basisstructuren van de biologie, de primaire moleculen waaruit de biologie is opgebouwd, vatbaar zijn voor vorming door middel van nitrilchemie.

“Het gemak waarmee verschillende klassen van biologische moleculen kunnen worden gemaakt met behulp van nitrillen heeft mij ervan overtuigd dat, in plaats van dat het leven voorafgegaan wordt door één molecuul zoals RNA, en dat er een ‘RNA-wereld’ bestond voordat het leven begon, de basismoleculen van de biologie ontstonden. naast elkaar:een netwerk van RNA's, eiwitten, enzymen en cofactoren die leiden tot de eerste levende organismen.

"Ons toekomstige werk zal kijken naar hoe deze moleculen samenkwamen, hoe de chemie van pantetheïne praat met bijvoorbeeld RNA-, peptide- en lipidenchemie, om chemie te leveren die de individuele klassen van moleculen afzonderlijk niet zouden kunnen leveren."

Een opmerkelijke eerdere poging om pantetheïne te synthetiseren werd in 1995 gedaan door de overleden Amerikaanse scheikundige Stanley Miller, die dertig jaar eerder was begonnen met experimenten op het gebied van de oorsprong van het leven, waarbij hij aminozuren maakte uit vier eenvoudige chemicaliën in glazen buizen.

In het latere experiment uit 1995 waren de opbrengsten aan pantetheïne echter erg laag en vereisten extreem hoge concentraties chemicaliën die waren uitgedroogd en in een luchtdichte buis waren afgesloten voordat ze tot 100° Celsius werden verwarmd.

Dr. Jasper Fairchild (UCL Chemistry), een hoofdauteur van de studie, die het werk uitvoerde als onderdeel van zijn doctoraat, zei:“Het grote verschil tussen Millers studie en de onze is dat terwijl Miller zuurchemie probeerde te gebruiken, wij gebruikte nitrillen. Het zijn de nitrillen die voor de energie en de selectiviteit zorgen. Onze reacties lopen gewoon in water en produceren hoge opbrengsten aan pantetheïne met relatief lage concentraties aan chemicaliën die nodig zijn."

Professor Powner voegde hieraan toe:‘Er werd aangenomen dat je deze moleculen uit zuren zou moeten maken, omdat het gebruik van zuren biologisch lijkt, en dat is wat ons op school en op de universiteit wordt geleerd. Ons wordt geleerd dat peptiden uit aminozuren worden gemaakt.’ P>

‘Ons werk suggereert dat deze conventionele visie een essentieel ingrediënt negeert:de energie die nodig is om nieuwe bindingen te smeden. De reacties zien er een beetje anders uit met nitrillen, maar de eindproducten – de basiseenheden van de biologie – zijn niet te onderscheiden, ongeacht of ze door zuur- of nitrilchemie worden gevormd. "

Hoewel het artikel zich uitsluitend op de chemie concentreert, zei het onderzoeksteam dat de reacties die ze hebben aangetoond plausibel hadden kunnen plaatsvinden in poelen of meren met water op de vroege aarde (maar niet waarschijnlijk in de oceanen, omdat de concentraties van de chemicaliën waarschijnlijk te hoog zouden zijn). verdund).

Meer informatie: Jasper Fairchild et al, Prebiotisch plausibele chemoselectieve pantetheïnesynthese in water, Wetenschap (2024). DOI:10.1126/science.adk4432. www.science.org/doi/10.1126/science.adk4432

Journaalinformatie: Wetenschap

Aangeboden door University College London