Химики обнаружили, что жизнь на Земле появилась благодаря циклу лимонной кислоты

Москва, 18:09, 08 Янв 2018, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Химики из Исследовательского института Скриппса (TSRI) разработали увлекательную новую теорию о том, как могла начаться жизнь на Земле.

Их эксперименты, описанные сегодня в журнале Nature Communications, показывают, что ключевые химические реакции, которые поддерживают современную жизнь, могли быть выполнены с компонентами, которые, вероятно, присутствовали на планете четыре миллиарда лет назад.

«Это был черный ящик для нас», — сказал Раманараяна Кришнамурти, доктор философии. «Но если вы сосредоточитесь на химии, вопросы истоков жизни станут менее сложными».

Для нового исследования Кришнамурти и его соавторы сосредоточились на серии химических реакций, которые составляют то, что исследователи называют «циклом лимонной кислоты».

Каждый аэробный организм, от человека до грибов, полагается на цикл лимонной кислоты, чтобы высвободить накопленную энергию в клетках. В предыдущих исследованиях ученые представляли себе раннюю жизнь, используя те же молекулы для цикла лимонной кислоты, что и сегодня. Проблема с этим подходом, по мнению Кришнамурти, объясняется тем, что эти биологические молекулы хрупки, а химические реакции, используемые в цикле, были бы невозможны в первые миллиарды лет Земли — ингредиенты просто еще не существовали.

Ученые TSRI начали с химических реакций. Они описали итоговые вещества, а затем определили, какие молекулы, присутствующие на ранней Земле, могли бы работать как ингредиенты.

В новом исследовании описывается, как два небиологических цикла, называемые циклом HKG и малонатным циклом, могли «собраться вместе», чтобы начать начальную версию цикла лимонной кислоты. В двух циклах используются реакции, которые выполняют ту же основную химию а-кетокислот и b-кетокислот, что и в цикле лимонной кислоты. Эти общие реакции включают добавки альдоля, которые приносят новые молекулы источника в циклы, а также бета и окислительное декарбоксилирование, которые выделяют молекулы в виде двуокиси углерода (СО2).

При проведении этих реакций, исследователи обнаружили, что они могут в дополнение к CO2 продуцировать и аминокислоты, которые также являются конечными продуктами цикла лимонной кислоты. Исследователи считают, что по мере появления биологических молекул, таких как ферменты, они могли бы прийти к замене небиологических молекул в этих фундаментальных реакциях, чтобы сделать их более сложными и эффективными.

«Химия могла оставаться неизменной с течением времени, это изменило природу молекул», — говорит Кришнамурти. «Молекулы эволюционировали со временем в более сложные, основываясь на том, что нужно биологии».

«Современный метаболизм имеет предшественника, шаблон, который был не биологическим», добавляет Грег Спрингстин, доктор философии, профессор химии в Университете Фурмана.

Эти реакции делает еще более правдоподобным тот факт, что в центре этих реакций есть молекула, называемая глиоксилатом, которая, как показывают исследования, могла быть доступна на ранней Земле и является частью современного цикла лимонной кислоты.

Кришнамурти говорит, что необходимо провести дополнительные исследования, чтобы понять, каким образом эти химические реакции могут стать такими же устойчивыми, как цикл лимонной кислоты сегодня.