תרכובת חיונית לכל החיים כנראה מילאה תפקיד במקור החיים

פרסומת
X-ray_Promo1


תרכובת כימית חיונית לכל היצורים החיים סונתזה במעבדה בתנאים שיכולים היו להתרחש על כדור הארץ הקדום, מה שמצביע על כך שהיא מילאה תפקיד בתחילת החיים, מגלה מחקר חדש בראשות חוקרי UCL.

פרסומת

התרכובת, pantetheine, היא המקטע הפעיל של קו-אנזים A. זה חשוב לחילוף החומרים – התהליכים הכימיים השומרים על החיים. מחקרים קודמים לא הצליחו לסנתז ביעילות את פנטהיין, מה שהוביל להצעות שהוא נעדר במקור החיים.

במחקר החדש, שפורסם בכתב העת מַדָעצוות המחקר יצר את התרכובת במים בטמפרטורת החדר באמצעות מולקולות שנוצרו ממימן ציאניד, שככל הנראה היה בשפע בכדור הארץ המוקדם.

לאחר היווצרותם, אמרו החוקרים, קל לדמיין כיצד פנטטהיין עשוי לסייע לתגובות כימיות שהובילו ממבשרים פשוטים של מולקולות חלבון ו-RNA אל האורגניזמים החיים הראשונים – רגע שלדעתו התרחש לפני 4 מיליארד שנים.

המחקר מאתגר את הדעה בקרב כמה חוקרים בתחום, לפיה מים הרסניים מכדי שמקורם בהם חיים, וכי מקורם של חיים קרוב יותר לבריכות שהתייבשו מעת לעת.

הניעו את התגובות שיצרו פנטתיין היו מולקולות עשירות באנרגיה הנקראות אמינוניטרילים, הקשורות קשר כימי הדוק לחומצות אמינו, אבני הבניין של חלבונים ושל חיים.

חברי אותו צוות, בראשות פרופסור מתיו פאונר (UCL Chemistry), כבר השתמשו בכימיה דומה המופעלת על ידי אמינוניטרילים כדי להדגים כיצד ניתן ליצור מרכיבים ביולוגיים מרכזיים אחרים במקור החיים, כולל פפטידים (שרשרות יוצרות חלבון של חומצות אמינו ) ונוקלאוטידים (אבני הבניין של RNA ו-DNA).

פרופסור פאונר, מחבר בכיר של המאמר, אמר: "מחקר חדש זה מהווה עדות נוספת לכך שהמבנים הבסיסיים של הביולוגיה, המולקולות הראשוניות שמהן בנויה הביולוגיה, נוטים להיווצר באמצעות כימיה של ניטריל.

"הקלות שבה ניתן ליצור סוגים שונים של מולקולות ביולוגיות באמצעות ניטרילים שכנעה אותי שבמקום לחיים קדמה מולקולה אחת כמו רנ"א, ושיש "עולם רנ"א" לפני שהחיים התחילו, צצו המולקולות הבסיסיות של הביולוגיה. זה לצד זה — רשת של רנ"א, חלבונים, אנזימים וקו-פקטורים המובילים לאורגניזמים החיים הראשונים.

"העבודה העתידית שלנו תבחן כיצד המולקולות הללו התאחדו, כיצד כימיה של פנטטהיין מדברת עם כימיה של RNA, פפטיד ושומנים, למשל, כדי לספק כימיה שהמחלקות הבודדות של מולקולה לא יכלו לספק בבודד."

ניסיון בולט מוקדם יותר לסנתז פנטטהיין נעשה בשנת 1995 על ידי הכימאי האמריקני המנוח סטנלי מילר, שהחל את תחום הניסויים של מוצא החיים שלושה עשורים קודם לכן, ויצר חומצות אמינו מארבעה כימיקלים פשוטים בצינורות זכוכית.

עם זאת, בניסוי המאוחר יותר של 1995, התשואות של pantetheine היו נמוכות מאוד והצריכו ריכוזים גבוהים במיוחד של כימיקלים שיובשו ונאטמו בצינור אטום לפני שהם חוממו ל-100 מעלות צלזיוס.

ד"ר ג'ספר פיירצ'יילד (UCL Chemistry), המחבר הראשי של המחקר, שערך את העבודה כחלק מהדוקטורט שלו, אמר: "ההבדל העיקרי בין המחקר של מילר למחקר שלנו הוא בעוד שמילר ניסה להשתמש בכימיה חומצה, השתמשנו בניטרילים. הניטרילים שמביאים את האנרגיה ואת הסלקטיביות. התגובות שלנו פשוט פועלות במים ומייצרות תפוקות גבוהות של פנטתיין עם ריכוזים נמוכים יחסית של כימיקלים הדרושים".

פרופסור פאונר הוסיף: "הניחו שצריך להכין את המולקולות האלה מחומצות, כי השימוש בחומצות נראה ביולוגי, וזה מה שמלמדים אותנו בבית הספר ובאוניברסיטה. מלמדים אותנו שפפטידים עשויים מחומצות אמינו.

"העבודה שלנו מציעה שהשקפה קונבנציונלית זו התעלמה ממרכיב חיוני, האנרגיה הנדרשת ליצירת קשרים חדשים. התגובות נראות קצת אחרת עם ניטרילים, אבל לא ניתן להבחין בתוצרים הסופיים – היחידות הבסיסיות של הביולוגיה – אם נוצרו באמצעות חומצה או ניטריל. כִּימִיָה."

בעוד שהמאמר מתמקד אך ורק בכימיה, צוות המחקר אמר כי התגובות שהם הוכיחו יכלו להתרחש בבריכות או אגמי מים על כדור הארץ המוקדם (אך לא סביר באוקיינוסים מכיוון שריכוזי הכימיקלים יהיו יותר מדי דָלִיל).

המחקר החדש נתמך על ידי מועצת המחקר להנדסה ומדעי הפיזיקה, קרן סימונס וקרן פולקסווגן. כתוצאה מעבודתו על מקורות החיים, פרופסור פאונר נבחר לגמר בפרסי בלווטניק לשנת 2021 למדענים צעירים. הפרסים מיועדים למדענים בני 42 ומטה שהמחקר שלהם "כבר משנה את הטכנולוגיה ואת ההבנה שלנו את העולם".



קישור לכתבת המקור – 2024-02-23 04:40:56

Facebook
Twitter
LinkedIn
Telegram
WhatsApp
Email
פרסומת
X-ray_Promo1

עוד מתחומי האתר