Новости химической науки > Система самовоспроизводится под действием механических сил

Химики из Голландии и Великобритании разработали новую молекулярную самовоспроизводящуюся систему, которая приводится в действие механическими силами.

Наиболее интересной чертой системы является то, что тип силы, приложенной к системе, управляет характером самовоспроизведения. Исследователи заявляют, что открытие может пролить свет на процесс образования жизни на Земле.

Дисульфидные связи приводят к возможности образования различных макроциклов. Пептидные связи (X) способствуют сближению циклов и образованию фибрилл. (Рисунок из Science, 2010, DOI: 10.1126/science.1182767)

Международная группа исследователей под руководством Сижбрена Отто (Sijbren Otto) из Университета Гронингена изучали самоорганизацию коротких пептидных последовательность в растворах. В состав изученных пептидов входят фенильные заместители, с которыми связаны сульфидные группы, способствующие взаимодействию молекул и образованию макроциклов, содержащих от трех до семи элементарных звеньев в каждом цикле. Было обнаружено, что шести- или семичленные циклы могут взаимно распознавать друг друга и самоорганизовываться в трубчатые «стопки», образующие длинные волокна. Самоорганизация смещает положение равновесия, установившегося в растворе, и способствует образованию шести- или семичленных циклов, инициируя процесс самовоспроизведения системы.

Тем не менее, исследователи обнаружили ряд вопросов, связаны особенностями с самовоспроизведением системы. Было обнаружено, что при приложении механической за счет перемешивания результаты эксперимента не удалось воспроизвести – из одной и той же реакционной смеси даже при тщательном соблюдении аутентичных условий эксперимента могли получаться как шести, так и семичленные циклы или их смеси в различных соотношениях. Подумав, что перемешивание является слишком сложным методом контроля самоорганизации и самовоспроизведения, исследователи использовали другой метод механохимической активации. Замена воздействия с перемешивания на сотрясение исследователям удалось получить волокна, состоящие только из гексамерных макроциклов, гептамерные макроциклы при этом не образовывались.

Полученные результаты позволили решить загадку. Детальное изучение режима перемешивания показало, что при недостаточно точном центрировании мешалки для перемешивания реакционной смеси наблюдается ее дополнительное взбалтывание. Более тщательный контроль перемешивания позволил получить волокна, состоящие только из гептамеров.

Отто отмечает, что рост волокон начинается с их концов, поэтому образование волокон можно инициировать, создав большее количество растущих концов. Сотрясение раствора относится к относительно мягким механическим воздействиям, разрушая менее прочные волокна (в данном случае гексамеры), приводя к образованию большего количества гексамерных волокон. При перемешивании смеси воздействие интенсивнее, разрушаются и гекса- и гептамеры, но, поскольку волокна на основе гептамеров растут быстрее, гептамеры накапливаются в большем количестве.

Отто отмечает, что полученная в его группе система позволяет продемонстрировать как самоорганизацию, так и самовоспроизведение, являясь самой сложной к настоящему времени искусственно полученной самовоспроизводящейся системой.

Даниэль Франкель (Daniel Frankel) из Университета Ньюкасла, изучающий влияние механических воздействий на образование самопроизвольно самопроизводящихся пребиотических молекул, отмечает, что полученные Отто результаты позволяют предложить новые объяснения этапу добиотической истории Земли, на котором могло происходить образование биологических полимеров и сложных молекул без участия биологических катализаторов – ферментов.

Источник: Science, 2010, DOI: 10.1126/science.1182767

метки статьи: #биохимия, #органическая химия, #органический синтез