Химики нашли новый путь пребиотического синтеза аминокислот

Sunil Pulletikurti et al. / Nature Chemistry, 2022

Возможный путь пребиотического синтеза аминокислот предложили химики из США. В работе, опубликованной в Nature Chemistry, ученые утверждают, что до возникновения жизни аминокислоты могли получаться из кетокислот, а не только из альдегидов, как думали раньше. Причем найденный процесс больше других напоминает реакции, идущие в живых клетках.

В основном живые клетки синтезируют аминокислоты двумя путями — либо по реакции трансаминирования кетокислот, в которых аминогруппа аминокислоты переносится на кетокислоту, либо по реакции восстановительного аминирования, в которой аммиак реагирует с кетокислотой в присутствии восстановителя. Оба этих процесса требует одного и того же исходного вещества — кетокислоты.

При этом до возникновения жизни, как полагают ученые, аминокислоты синтезировались на Земле по-другому — не из кетокислот, а из альдегидов по реакции Штрекера. В ней с альдегидом реагирует аммиак и цианид-анион, в получающееся производное гидролизуется — в результате образуется аминокислота. Но как пребиотический синтез аминокислот постепенно трансформировался в современные биохимические ферментативные процессы, ученые до сих пор не знают.

Химики под руководством Сунила Пуллетикурти (Sunil Pulletikurti) из научно-исследовательского института Скриппса предположили, что до возникновения жизни аминокислоты могли получаться, как и в живых клетках, из кетокислот, а не только из альдегидов.

Чтобы проверить свою гипотезу, они смешали пировиноградную кислоту (кетокислота) с цианидом натрия и диамидофосфатом в качестве источника аммиака. Через несколько часов в реакционной смеси химики обнаружили циклический гидантион, который при нагревании до 80 градусов Цельсия распался с образованием аминокислоты аланина. Последующие тесты показали, что реакция идет с высоким выходом только в присутствии атмосферного углекислого газа.

Оптимизация условий реакции позволила получить аланин с выходом в 80 процентов. А аналогичная реакция с альфа-кетоглутаратом дала глутаминовую кислоту с выходом около 20 процентов. При этом образующиеся аминокислоты, как показали ученые, не мешают реакции, хотя тоже могут реагировать с исходной кетокислотой. Дело в том, что реакция аминокислот с кетокислотами протекает обратимо, а образование гидантиона и его разложение — практически необратимые процессы.

Далее химики решили выяснить, как в условиях их реакции будет себя вести оксалоацетат. Оказалось, что помимо ожидаемого продукта реакции — аспартата — с выходом в 13 процентов образуется дигидрооротат — предшественник пиримидиновых азотистых оснований, которые составляют основу ДНК и РНК. Этот результат показал, что процесс, открытый исследователями, мог служить не только для пребиотического синтеза аминокислот, но и для синтеза азотистых оснований.

Так химики показали, что в пребиотических условиях из кетокислот действительно могли получаться аминокислоты, и этот процесс мог быть основным предшественником современного биосинтеза аминокислот по реакции трансаминирования. Однако реакция разложения гидантионов — вторая стадия открытого авторами процесса — требовала высокой температуры. И химики считают, что на ранних этапах возникновения жизни она могла протекать каталитически, а катализатор для этой реакции еще предстоит найти.

Катализаторами многих пребиотических реакций, как думают ученые, служили пептиды. О том, как их синтез мог проходить без участия рибосом, недавно рассказывали на N + 1.

Михаил Бойм

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.