Sciencemag.cz
Doporučujeme
Pentózové sacharidy život jsou součástí dnešních nukleových kyselin, takže je život zřejmě potřeboval od samého počátku. Jejich dostupnost na rané Zemi je však nejasná, protože tyto molekuly jsou chemicky celkem nestabilní.
Nová studie provedená vědci z Tokyo Institute of Technology došla k závěru, že aldonáty C6 mohly fungovat jako zdroj pentóz i bez potřeby enzymů. Tyto reakce by navíc měly probíhat i na rané Zemi (být „kompatibilní“ s tehdejšími podmínkami). Aldonáty jsou soli karboxylových kyselin s více hydroxylovými skupinami. Aldonáty můžeme brát jako deriváty sacharidů. Nové vysvětlení tedy počítá s tím, že jednodušší (tj. s méně uhlíky) molekuly vznikaly ze složitějších. Jde ovšem o to, že aldonáty jsou oproti pentózám chemicky mnohem stálejší.
Vědci zkoumali chemickou síť bez enzymů, v níž se aldonáty C6 hromadí z různých prebiotických zdrojů a poté se přeměňují na pentózy.
Navrhovaná chemická cesta začíná glukonátem, stabilním aldonátem C6, který mohl být na rané Zemi snadno dostupný díky známým prebiotickým přeměnám základních cukrů. Dalším krokem je neselektivní oxidace aldonátu C6 na uronát (molekula, kde je alkoholová skupina oxidována na karboxylovou); výraz neselektivní zde znamená, že oxidační proces příliš nerozlišuje mezi různými atomy uhlíku ve struktuře aldonátu, výsledky oxidace mohou být různé. Zajímavé bylo zjištění, že bez ohledu na to, kde probíhá oxidace, mohou výsledné uronanové sloučeniny vždy projít intramolekulární přeměnou („karbonylová migrace“) vedoucí ke vzniku 3-oxo-uronanu. Ten už se snadno přemění na pentózu β-dekarboxylací (testováno v přítomnosti H2O2 a železnatých iontů).
Zajímavé je, že neenzymatická syntetická dráha pětiuhlíkatých sacharidů se opírá o chemické přeměny připomínající první kroky pentózofosfátové dráhy, kterou život používá dnes. Dnešní biochemie tedy mohla přímo navázat na tu prebiotickou.
Výsledky studie mají být důležité i v kontextu astrochemie a astrobiologie. Aldonáty byly totiž v relativně velkém množství nalezeny v Murchisonově meteoritu, slavném uhlíkatém meteoritu, který spadl na Zemi v roce 1969. Naopak sacharidy, které se vyskytují v současných živých organismech, v něm chyběly. To naznačuje, že aldonáty mohou vznikat a hromadit se i v mimozemských podmínkách a mohly sehrát důležitou roli při vzniku stavebních kamenů pozemského života.
V budoucích studiích se výzkumný tým chce zaměřit na to, zda se aldonáty C6 mohly na rané Zemi nahromadit v dostatečném množství (např. tzv. formozovou reakcí z formaldehydu, viz obrázek), aby fungovaly jako živiny pro vznik proto-metabolismu.
Srovnání neenzymatické syntetické dráhy pentóz a současné enzymatické pentózofosfátové dráhy. Credit: Yi et al. 2023 JACS Au
Ruiqin Yi et al, Carbonyl Migration in Uronates Affords a Potential Prebiotic Pathway for Pentose Production, JACS Au (2023). DOI: 10.1021/jacsau.3c00299
Zdroj: Tokyo Institute of Technology / Phys.org
Poznámka PH: Také např. mohly v nějakých starších nukleových kyselinách být jednodušší (kratší) sacharidové molekuly než pentózy. I těmito molekulami se už zkoušelo, že např. funguje párování bází.
