R. Graham Cooks, de Henry B. Hass Distinguished Professor of Chemistry, en zijn postdoctoraal onderzoeker Lingqi Qiu hebben experimenteel bewijs dat de belangrijkste stap in de eiwitvorming kan plaatsvinden in druppeltjes zuiver water, en hebben deze bevindingen onlangs gepubliceerd in de Proceedings van de Nationale Academie van Wetenschappen .

In deze belangrijke stap worden aminozuren gedehydrateerd (ze verliezen water), ook al bevinden ze zich in een wateroplossing, een paradox die wordt opgelost door het feit dat deze druppeloppervlakken ongewoon droog en zeer zuur zijn. Onder deze omstandigheden verbinden aminozuren zich met elkaar om peptiden te creëren, een fundamentele stap in de richting van de vorming van eiwitten en uiteindelijk van levende organismen.

Een cruciaal aspect van de ontdekking is dat de natuurlijke ‘linkshandige’ structuur van aminozuren tijdens dit proces behouden blijft. Dit leidt tot de vorming van zuivere chirale peptiden met dezelfde "L"-handigheid. De auteurs identificeerden een specifieke verbinding, oxazolidinon, als een cruciaal tussenproduct in deze reactie.

Verder ontdekten ze dat deze dehydratatiereactie niet beperkt blijft tot microscopisch kleine druppeltjes. Het gebeurt ook op grotere schaal (centimeter), zoals blijkt uit een laboratoriumexperiment waarbij wordt uitgegaan van het tussenproduct oxazolidinon. Deze reactie op grotere schaal weerspiegelt de chemie van microdruppels en is ook analoog aan de goed bestudeerde nat-droog-cycli waarvan wordt aangenomen dat ze voorkomen in hydrothermale poelen en zeekusten. Dit verband verbindt de vorming van peptiden in aërosolen en in uitgebreidere, prebiotische omgevingen.

De studie draagt ​​bij aan het bewijsmateriaal dat het oppervlak van waterdruppels een uniek actief fysisch en chemisch systeem vertegenwoordigt. Er zijn zeer hoge elektrische velden en een extreme zuurgraad aanwezig die de uitdroging van aminozuren tot peptiden veroorzaken. Onderzoek naar de chemie aan de grensvlakken van waterdruppels biedt nieuwe inzichten in de vroege stadia van de chemische evolutie van het leven.

De auteurs erkennen waardevolle discussies met Purdue-onderzoeksmedewerkers Dylan T. Holden en Nicolás M. Morato.

Meer informatie: Lingqi Qiu et al, Oxazolon-gemedieerde peptideketenverlenging en homochiraliteit in waterige microdruppels, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2309360120

Journaalinformatie: Proceedings van de Nationale Academie van Wetenschappen

Aangeboden door Purdue University