Новости химической науки > Простая реакция расскажет о происхождении жизни

Проверка гипотез о происхождении углеводов в ходе химической эволюции на Земле побудило ученых исследовать условия реакций, в которых образуются тартраты – молекулы, связанные близкородственными связями с другими ключевыми метаболитами современных клеток.

Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот) является ключевым для выработки энергии клеткой, а также в ходе этого цикла образуются прекурсоры для синтеза аминокислот. Некоторые исследователи полагают, что, поскольку интермедиаты этого цикла являются ключевыми для современной химии клеток, процесс мог эволюционировать из серии простых реакций, в которых участвуют низкомолекулярные соединения, и в конечном итоге после формирования жизни ферменты в клетках эволюционировали настолько, что смогли осуществлять направленный контроль этих реакций. Тем не менее, существует и другая точка зрения – эволюция метаболического цикла из низкомолекулярных соединений невозможна, так как эти реакции требуют значительной энергетической подпитки и могут образовать сложную смесь продуктов, которая вряд ли сможет стать основой цикла.

В присутствии цианида глиоксиловая кислота димеризуется с образованием винной кислоты, которая может конвертироваться в компоненты цикла Кребса за счет известных реакций. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc. 2013, DOI: 10.1021/ja405103r)

Тем не менее, геохимик Джордж Коди (George D. Cody) из Института Науки Карнеги в округе Колумбия отмечает, что существуют свидетельства в пользу спонтанного формирования таких циклов с участием низкомолекулярных веществ. Так, экстракты из метеоритов содержат интермедиаты цикла Кребса, и эти интермедиаты могут образовываться и в результате огромного количества реакций, для которых не обязателен ферментативный катализ.

Новая работа позволила исследователям найти новый пример реакции, в результате которой образуются молекулы, которые легко могут быть конвертированы в компоненты цикла Кребса. Исследовательские группы Раманараянана Кришнамурти (Ramanarayanan Krishnamurthy) и Чарльза Лиотты (Charles L. Liotta) совершили открытие, пытаясь получить дигидроксифумарат за счет реакции димеризации глиоксилата. Ранее проведенные эксперименты показали, что из дигидроксифумарата могут быть получены пентозы, подобные рибозе и дезоксирибозе, поэтому исследователи пытались нащупать возможные пребиотические источники дигидроксифумарата.

Во время подготовки реакции один из исследователей к счастливой случайности – он ошибся в расчетах для реагентов, в результате чего условия реакции оказались гораздо более основными, чем предполагалось изначально. Ошибка позволила получить удивительный результат – при pH 14 в воде глиоксиат реагирует с цианидом с образованием мезо- и D,L-тартратов с выходом 80%. Дегидрадация тартрата приводит к образованию оксалоацетата – компонента цикла Кребса.

Один из участников исследования, Кристофер Бутч (Christopher Butch), отмечает, что такие условия реакции вполне могли бы быть реализованы в условиях пребиотической Земли. Глиоксилат, возможность образования которого в условиях пребиотической Земли, правда, пока еще не была доказана, может образоваться в результате целого ряда реакций, а поверхность горных пород вполне могла обеспечить высокое значение pH. В перспективе исследователи планируют изучить другие возможные пребиотические маршруты превращения тартратов.

Также реакция образования тартратов может помочь исследователям в их исходных поисках пребиотического источника пентоз – тратраты рассматривать как восстановленную форму дигидроксифумарата, более того, на основании исследования реакций методом динамического ядерного магнитного резонанса, исследователи получили свидетельство в пользу того, что дигидроксифумарат является интермедиатом образования тартрата, ив настоящее время исследователи думают, как остановить реакцию на стадии дигидроксифумарата.

Источник: J. Am. Chem. Soc. 2013, DOI: 10.1021/ja405103r

метки статьи: #биохимия, #органическая химия, #химическая эволюция