Формозната реакция е една от най-вероятните автокаталитични реакции, които са протичали на първичната Земя. В ново проучване изследователите са установили, че добавянето на съединение, наречено цианамид, към тази реакция би могло да доведе до образуването на рибонуклеотиди – молекулите, които изграждат РНК и ДНК, които са градивните елементи на целия живот на планетата.
Целият живот на Земята се състои от ДНК, която от своя страна е съставена от две свързани нишки два дълги полимера, съставени от своя страна от прости единици – мономери, наречени нуклеотиди. Изследователи от Университета на Нов Южен Уелс (UNSW) предполагат, че автокаталитичните реакции може да са изиграли роля в създаването на рибонуклеотидите, които изграждат РНК, а оттам и в появата на живота. Тези първични връзки са известни като „хемотони“ и са способни да растат, да се делят и да еволюират. За целта те се поддържат от автономна автокаталитична система, способна постоянно да доставя субстрати за протичането на едни и същи реакции – отново и отново.
Така например, за да се създаде клетка, една автокаталитична реакция осигурява субстрат за два други автокаталитични цикъла, които осигуряват синтеза на генетичен полимер и производството на компонентите (напр. липиди) за клетъчната структура. Този тип реакции играят важна роля и в регулирането на много биологични процеси, като например сърдечния ритъм и клетъчното делене.
В контекста на пребиотичната химия независимо една от друга са изследвани различните автокаталитични реакции. Въпреки това начинът, по който тези реакции могат да бъдат комбинирани, за да се създадат молекули, които са в основата на живота, е слабо проучен. Целта на новото изследване на UNSW е да се интегрира автокатализата, по-специално формозната реакция (важна химическа реакция за синтеза на захари), с химическия път, известен като път за получаване на нуклеотидни прекурсори. Изследователският екип предполага, че има голяма вероятност това да са условията, които са съществували, когато на първичната Земя са съществували прости молекули и сложни условия.
По-стабилните предшественици на нуклеотидите
Открита през 1861 г. от руския химик Александър Бутлеров, формозната реакция се счита за една от основните автокаталитични реакции, които биха могли да се осъществят преди появата на живота на Земята, поради изобилието от суровини и необходимите условия. По същество тя включва полимеризация на формалдехид с цел образуване на захари като пентози. Реакцията започва с добавянето на алдол между гликолалдехид и формалдехид (CH2O), за да се образува глицералдехид. Последващото добавяне на алдол и формалдехид води до сложна верига от реакции, в резултат на които се образуват захарни молекули. Реакциите продължават до изчерпване на формалдехида и продуктите започват да се разлагат, образувайки смоли.
По този начин тази реакция би могла да бъде източникът на рибоза за образуване на рибонуклеотиди (свързване на нуклеинова основа с рибозата). Тя също така споделя общи компоненти с биохимичния път на Паунер-Шутерланд (предложен за обяснение на произхода на живота), по-известен именно за синтеза на рибонуклеотиди. Въпреки това досега двете реакции не са били свързвани.
Всъщност формозната реакция е силно неселективна, което означава, че при нея освен желаните продукти се получават и много други нежелани молекули.
„По принцип химиците се стремят да избягват сложността, за да увеличат максимално количеството и чистотата на продукта. Този редукционистки подход обаче може да ни попречи да изучаваме динамичните взаимодействия между различните химични пътища“, обяснява ръководителят на новото изследване Куок Фуонг Тран от UNSW.
Важно е обаче да се отбележи, че е малко вероятно формалдехидът и другите прости захари да са съществували на първичната Земя като чисти смеси. По-вероятно е тези съединения да са съществували съвместно с други пребиотични молекули. Въпреки това малко се знае за това как тези молекули влияят върху кинетиката на формозната реакция и разпределението на продуктите.
В новото си изследване, публикувано в Chemical Science, изследователите от UNSW се опитват да добавят цианамид (просто химично съединение, използвано в селското стопанство и при синтеза на лекарства) към реакцията на формоза. Хипотезата е, че това ще доведе до самоизбиране на ключовите молекули за образуване на рибонуклеотиди.
По-конкретно, „добавянето на цианамид превключва реакцията на формоза към синтез на нуклеотидни прекурсори, което се проявява чрез промени в кинетиката и разпределението на продуктите“, обясняват авторите в статията си.
Ефектът на цианамида и 2-аминооксазола (2-NH2Ox), продукт на циклизацията му (химична реакция, при която молекулите се съединяват, за да образуват пръстен) с гликоалдехид (друго просто органично съединение), върху кинетиката (скоростта и хода) на формозната реакция е определен с помощта на различни техники, като например високоефективна течна хроматография (метод за разделяне на компонентите на дадена смес).
Реакцията на цианамида с гликолалдехида до образуването на 2-NH2Ox е междинен продукт (стъпка) по пътя на Паунер-Сътърланд. Установено е, че за разлика от 2-NH2Ox цианамидът има инхибиращ ефект върху кинетиката на тази реакция. Освен това автокаталитичният синтез (реакция, при която продуктът допринася за ускоряване на самата реакция) на захари може да се използва ефективно за получаване на нуклеотидни прекурсори (градивните елементи на ДНК и РНК). Въпреки че не се произвеждат в големи количества, те са по-стабилни и по-малко податливи на разграждане от тези, синтезирани чрез други реакции.
„Подобни взаимодействия, които се срещат навсякъде в реалния свят извън лабораторията, очевидно са връзката между химията и биологията“, казва Тран.
Нещо повече, тази реакция ще направи възможно производството на 2-NH2Ox, широко използван във фармакологията, в промишлен мащаб и на по-ниска цена. Традиционното производство на това съединение изисква добавянето на цианамид и гликолалдехид, последният от които е особено скъп. Формозната реакция изисква само много малко количество гликолалдехид и може да се извърши в няколко цикъла.
Всичко важно от света на технологиите, директно в пощата ти.
С абонирането приемате нашите Условия и Политика за поверителност. Може да се отпишете с един клик по всяко време.
Коментирайте статията в нашите Форуми. За да научите първи най-важното, харесайте страницата ни във Facebook, и ни последвайте в Google Новини, TikTok, Telegram и Viber или изтеглете приложението на Kaldata.com за Android, iPhone, Huawei, Google Chrome, Microsoft Edge и Opera!
