Sciencemag.cz
Doporučujeme
Už počínající pozemský život potřeboval nukleové kyseliny a s nimi i ribózu nebo alespoň nějaký jednodušší sacharid. Mezi biochemiky dosud převládal názor, že ribóza mohla vznikat spontánně tzv. formózovou reakcí. Nová studie (hlavní autor Ramanarayanan Krishnamurthy ze známého Scripps Research) však toto tvrzení zpochybňuje.
Podle hypotézy „formózové reakce“ molekuly formaldehydu spontánně reagovaly a vytvořily ribózu. Pomocí řízených reakcí však nyní vědci zjistili, že formózovou reakcí mohou vznikat pouze cukry s rozvětvenou strukturou – nikoliv lineární cukry jako ribóza, které jsou nezbytné pro život (poznámka PH: a byly nezbytné už v době, když žil poslední společný předek, LUCA).
Formózová reakce byla náhodně objevena už v roce 1861. Molekuly formaldehydu při ní spontánně a opakovaně reagují a vytvářejí větší molekuly: nejprve se dva formaldehydy spojují a vytvoří dvouuhlíkatou molekulu, která pak reaguje s dalším formaldehydem a vytvoří tříuhlíkatou molekulu (nejjednodušší sacharidy vůbec jsou právě triózy), a tak dále, dokud se všechen formaldehyd nevyčerpá. Reakce je autokatalytická a vznikají při ní také polyoly a hydroxykyseliny.
Reakce začíná pomalu, ale pak se kvůli autokatalýze nekontrolovatelně zrychluje. Jak se vytvářejí stále složitější sacharidy, reakční směs se mění z bezbarvé na žlutou, hnědou až černou; vypadá to téměř jako karamelizace. „Problém je, že je to velmi chaotická reakce, a pokud se ribóza vůbec vytvoří, je to nepatrná část a jen jedna ze stovek a tisíců vznikajících sloučenin,“ říká R. Krishnamurthy.
Reakce se obvykle provádí za vysokých teplot a ve velmi zásaditém prostředí (při pH 12 nebo 13). V tomto případě se vědci rozhodli otestovat reakci za mírnějších podmínek: při pokojové teplotě a pH kolem 8, které určitě bližší podmínkám panujícím na prebiotické rané Zemi. Aby mohli sledovat množství a typy vzniklých sacharidů, použili k analýze nukleární magnetickou rezonanci. Směs pak pozorovali po několik dní. Ukázalo se, že reakce probíhá i za mírných podmínek, ale její výsledky jsou stejně složité a nekontrolovatelné. I při velmi mírných reakčních podmínkách probíhá reakce tak dlouho, dokud se nespotřebuje všechen formaldehyd, což znamená, že je velmi obtížné reakci kontrolovat nebo zastavit, aby se (pro život) žádoucí meziprodukty mohly „předat dál“.
Analýza NMR zjistila, že všechny větší takto vzniklé sacharidy mají rozvětvenou strukturu. Přitom téměř všechny sacharidy, které se v živých organismech používají jako stavební kameny, jsou lineární.
Použité metody by nicméně mohly být zajímavé pro biotechnologický průmysl. Rozvětvené sacharidy lze využít jako biopalivo, jejich syntéza za mírnějších podmínek by byla ekologičtější/levnější.
Scot M. Sutton et al, Abiotic aldol reactions of formaldehyde with ketoses and aldoses—Implications for the prebiotic synthesis of sugars by the formose reaction, Chem (2025). DOI: 10.1016/j.chempr.2025.102553
Zdroj: Scripps Research Institute / Phys.org, přeloženo / zkráceno a další
