Kemister vid The Scripps Research Institute (TSRI) har hittat en förening som kan ha varit en avgörande faktor för livets ursprung på jorden.

Forskare från livets ursprung har antagit att en kemisk reaktion som kallas fosforylering kan ha varit avgörande för sammansättningen av tre nyckelingredienser i tidiga livsformer:korta strängar av nukleotider för att lagra genetisk information, korta kedjor av aminosyror (peptider) för att utföra cellernas huvudsakliga arbete, och lipider för att bilda inkapslande strukturer såsom cellväggar. Än, ingen har någonsin hittat ett fosforyleringsmedel som sannolikt fanns på den tidiga jorden och som kunde ha producerat dessa tre klasser av molekyler sida vid sida under samma realistiska förhållanden.

TSRI-kemister har nu identifierat just en sådan förening:diamidofosfat (DAP).

"Vi föreslår en fosforyleringskemi som kunde ha gett upphov, alla på samma plats, till oligonukleotider, oligopeptider, och de cellliknande strukturerna för att omsluta dem, " sa studie seniorförfattare Ramanarayanan Krishnamurthy, docent i kemi vid TSRI. "Det i sin tur skulle ha tillåtit andra kemier som inte var möjliga tidigare, potentiellt leda till den första enkla, cellbaserade levande varelser."

Studien, rapporterade idag i Naturkemi , är en del av ett pågående arbete av forskare runt om i världen för att hitta rimliga vägar för den episka resan från förbiologisk kemi till cellbaserad biokemi.

Andra forskare har beskrivit kemiska reaktioner som kan ha möjliggjort fosforylering av förbiologiska molekyler på den tidiga jorden. Men dessa scenarier har involverat olika fosforyleringsmedel för olika typer av molekyler, samt olika och ofta ovanliga reaktionsmiljöer.

"Det har varit svårt att föreställa sig hur dessa mycket olika processer kunde ha kombinerats på samma ställe för att ge de första primitiva livsformerna, "sa Krishnamurthy.

Han och hans team, inklusive de första författarna Clémentine Gibard, Subhendu Bhowmik, och Mega Karki, alla postdoktorer vid TSRI, visade först att DAP kunde fosforylera var och en av de fyra nukleosid byggstenarna i RNA i vatten eller ett pastaliknande tillstånd under ett brett intervall av temperaturer och andra förhållanden.

Med tillsats av katalysatorn imidazol, en enkel organisk förening som sannolikt var närvarande på den tidiga jorden, DAP:s aktivitet ledde också till uppkomsten av korta, RNA-liknande kedjor av dessa fosforylerade byggstenar.

Dessutom, DAP med vatten och imidazol fosforylerade effektivt lipidbyggstenarna glycerol och fettsyror, som leder till självmontering av små fosfo-lipidkapslar som kallas vesiklar-primitiva versioner av celler.

DAP i vatten vid rumstemperatur fosforylerade också aminosyrorna glycin, asparaginsyra och glutaminsyra, och hjälpte sedan till att länka dessa molekyler till korta peptidkedjor (peptider är mindre versioner av proteiner).

"Med DAP och vatten och dessa milda förhållanden, du kan få dessa tre viktiga klasser av förbiologiska molekyler att gå samman och transformeras, skapa möjlighet för dem att interagera tillsammans, " sa Krishnamurthy.

Krishnamurthy och hans kollegor har tidigare visat att DAP effektivt kan fosforylera en mängd enkla sockerarter och därmed hjälpa till att konstruera fosforhaltiga kolhydrater som skulle ha varit involverade i tidiga livsformer. Deras nya arbete tyder på att DAP kunde ha haft en mycket mer central roll i livets ursprung.

"Det påminner mig om gudmodern i Askungen, som viftar med en trollstav och "poff, ''poff, ''poff, 'allt enkelt förvandlas till något mer komplext och intressant, " sa Krishnamurthy.

DAP:s betydelse för att få igång livet på jorden kan vara svår att bevisa flera miljarder år efter det. Krishnamurthy noterade, fastän, att nyckelaspekter av molekylens kemi fortfarande finns i modern biologi.

"DAP fosforylerar via samma fosfor-kvävebindningsbrott och under samma förhållanden som proteinkinaser, som är allestädes närvarande i dagens livsformer, "sa han." DAP:s fosforyleringskemi liknar också mycket det som ses i reaktionerna i hjärtat av varje cells metaboliska cykel. "

Krishnamurthy planerar nu att följa dessa ledningar, och han har också samarbetat med tidiga jordens geokemister för att försöka identifiera potentiella källor till DAP, eller liknande verkande fosfor-kväveföreningar, som fanns på planeten innan livet uppstod.

"Det kan ha funnits mineraler på den tidiga jorden som släppte ut sådana fosfor-kväveföreningar under rätt förhållanden, ", sa han. "Astronomer har hittat bevis för fosfor-kväveföreningar i gasen och stoftet i det interstellära rymden, så det är säkert troligt att sådana föreningar fanns på den tidiga jorden och spelade en roll i uppkomsten av livets komplexa molekyler."