Американские химики в ходе экспериментов с пептидами обнаружили новое объяснение гомохиральности молекул, из которых строится жизнь. Оно основано на дисбалансе односторонних молекул в исходном составе.
Каталитическое лигирование пептидов и хиральное усиление в пребиотических условиях / © Min Deng et al.
Биологические молекулы в большинстве своем хиральны — то есть у них есть зеркальная копия, как у левой ладони есть копия в виде правой. Такие пары существуют в виде энантиомеров, то есть стереоизомеров, устроенных одинаково, но не совмещающихся в пространстве. Однако у молекул, из которых строится жизнь, по неизвестной причине нет хиральных дубликатов. Эту характерную черту называют гомохиральностью или хиральной чистотой. Если в обычных химических реакциях две смеси с лево- или правосторонними молекулами (рацемические смеси) в целом идентичны, то в биологических — наоборот. Смесь из молекул с измененной конфигурацией будет инертна или вовсе токсична, то есть останется «неживой».
Ученые давно пытаются понять, почему молекулы жизни — аминокислоты, углеводы, пептиды — почти всегда встречаются только в односторонней форме. Структуры ДНК и РНК, а также белки построены из молекул, у которых нет пары стереоизомеров: только левовращательные L-аминокислоты и правовращательные D-нуклеотиды. Сами ДНК закручены только в левую сторону. Предполагали, что гомохиральность зависит от разницы физических свойств молекул. Также высказывалась версия, что все дело в случайном нарушении синтеза исходных для молекул веществ.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, предлагает другое объяснение этой загадки. Химики из американского исследовательского центра The Scripps Research Institute синтезировали наборы пептидов и рассмотрели механизмы хирального усиления в гомохиральном и гетерохиральном реагентах.
Сначала исследователи создали дипептидный продукт, то есть соединили две разные аминокислоты при помощи добавления в раствор тиола (по-другому реакция называется лигированием). Авторы не изобрели эту реакцию, но впервые рассмотрели ее с точки зрения возникновения гомохиральности.
В ходе эксперимента выяснилось, что если в процессе образования дипептида в смеси наблюдался дисбаланс энантиомеров в левую сторону, то симметрия нарушалась и молекулы, количество молекул, закрученных налево, доминировало.
Иными словами, если в исходном субстрате левосторонних аминокислот будет чуть больше, то высокая скорость реакции соединения левосторонних аминокислот с правосторонними быстро истощит правосторонние. Вследствие этого растет концентрация левосторонних молекул.
Вдобавок гетерохиральные пептиды слипались и выпадали в осадок, оставляя в смеси только гомохиральные L-аминокислоты. Самое удивительное, по словам авторов, что добавление ахирального катализатора (то есть молекул тиола, которые могут совмещаться) вызвала ту же селективность пептидов в реакции, что и левосторонний катализатор. Как отмечают исследователи, этот факт делает такую систему возникновения гомохиральности в пребиотических условиях более вероятной.
Комментарии
Как известно, имеется более 100 различных аминокислот, но для белков живых организмов необходимо лишь 20. Кроме того, они встречаются в двух формах: одни молекулы имеют «правую асимметрию», а другие — «левую». При случайном образовании, как в случае теоретического первичного бульона, одна половина, по всей вероятности, будет иметь правую структуру, другая половина — левую. Причина того, почему в живых организмах дается предпочтение одной форме, не известна. И все же из 20 аминокислот, участвующих в образовании белков живых организмов, левую асимметрию или структуру имеют все!Как же могло произойти, что в «бульоне» случайно объединялись только определенные необходимые виды? Физик Дж. Д. Бернал допускает: «Следует признать, что возникновение асимметрии все еще остается одной из наиболее трудных задач в объяснении структурных характеристик жизни». Его заключение гласит: «Возможно, что нам никогда не удастся объяснить асимметрию» .
Vladimir, перечитайте статью и поймете как глубоко ошибался этот Дж. Д. Бернал
Каковы шансы, чтобы правильные аминокислоты соединились и образовали белковую молекулу? Наглядным примером может послужить большая куча красной и белой фасоли, в которой красные и белые семена взяты в равном количестве и хорошо перемешаны. В данном случае здесь более 100 разновидностей фасоли. Если бы ты теперь зачерпнул из этой кучи совком, то что бы он, по-твоему, содержал? Чтобы извлечь семена фасоли, изображающие основные компоненты белка, ты должен был бы зачерпнуть только одни красные и ни одного белого семени! Помимо этого, в твоем совке должно находиться только 20 разновидностей красной фасоли, и каждое семя должно занимать определенное, предназначенное лишь ему место в совке. В построении белков достаточно одного-единственного промаха в осуществлении этих условий, чтобы расстроить функцию данного белка. Фасоль в нашей воображаемой куче можно размешивать и вычерпывать сколько угодно, но приведет ли это к правильной комбинации? Нет: если только не будет того, кто руководит этим процессом.
Необходимые для жизни белки состоят из очень сложных молекул. Какова вероятность случайного образования в первичном бульоне хотя бы простой белковой молекулы? Вероятность, как признают эволюционисты, равна 1 : 10(в113 степени). Однако любое событие, вероятность которого равна 1 : 10(в 50 степени), уже отклоняется математиками как неосуществимое событие. Чтобы охватить вероятность или шансы, о которых здесь идет речь, стоит представить себе, что число10(в 113 степени) превышает предполагаемое число всех атомов во вселенной!
Vladimir, идут годы, десятилетия, а ерунда пишется одна и та же. "Высчитывание вероятности случайного образования чего-нибудь сложного" и т.п. статистическая мастурбация. Какое отношение все это имеет к эволюции или абиогенезу? Правильный ответ - никакого. С тем же успехом можно "вычислять", с какой вероятностью возникнет тропический лес, если взять наугад несколько сотен видов деревьев, насекомых и амфибий и поселить их в одном месте. А потом на основании своих "рассчётов" опровергать экологию как науку, и удивляться, почему на тебя смотрят как на дypaкa.
Единственное объяснение всему этому, биологическая жизнь это результат эксперимента, который провела не биологическая форма. Допустим нас создал рой кварков.
Вы слишком сложно представляете зарождение жизни. Белок это побочный продукт жизнедеятельности ДНК и РНК. Настоящая борьба за выживание, мутации и эволюцию несут сахара. А с этим намного проще. Сначала происходили реакции Бутлерова, когда случайным образом из формальдегида рождались сахара под воздействием катализаторов. Позже эти сахара начали притягивать и поглощать другие сахара, меняя свою структуру и особенности. Тем самым количество "пищи" снижалось и реакции прекращались и эти сахара со временем опять не распадались под воздействием ультрафиолета, озона и других факторов. Так в том "первичном" бульоне появились более сложные цепочки сахаров, которые служили пищей для новых реакций, повышая мутации. Основным скачком при этом послужило появление автокаталитических реакций, когда для её протекания стала необходима хоть одна копия конечной молекулы. Именно так началось размножение. И когда таких молекул появилось огромное множество, началась борьба за выживание. Некоторые поглощали необходимые цепочки очень быстро и со временем их "еда" заканчивалась и реакция останавливалась, другие более медленные продолжали находить остатки прежних молекул. При том постоянно происходили мутации полезные и вредные. И вот появились молекулы, которые могли разрушать своих конкурентов, вот тут то и начались изменения когда сахара начали образовывать белки, для своей защиты. Появилась структура ДНК ядро, РНК, вобщем сформировалась протоклетка, с единственной молекулой во главе. А дальше всё как в учебнике по биологии.
https://rg.ru/2004/01/28/parmon.html