Med hjälp av kvantkemiska metoder, ett team av forskare ledda av Dr Matthias Granold och professor Bernd Moosmann från Institutet för patobiokemi vid Johannes Gutenberg University Mainz löste ett av biokemins äldsta gåtor. De avslöjade varför det finns 20 aminosyror som utgör grunden för allt liv idag, även om de första 13 aminosyrorna som genererats över tiden skulle ha varit tillräckliga för att bilda en omfattande repertoar av de nödvändiga funktionella proteinerna. Den avgörande faktorn är den större kemiska reaktiviteten hos de nyare aminosyrorna snarare än deras rumsliga struktur. I deras publicering i den ledande tidskriften PNAS , de Mainz-baserade forskarna postulerar också att det var ökningen av syre i biosfären som utlöste tillsatsen av kompletterande aminosyror till proteinverktygslådan.

Allt liv på jorden är baserat på 20 aminosyror, som styrs av DNA för att bilda proteiner. I det ärvda DNA, det är alltid tre sekventiella DNA-baser, eller kodon, som kombineras för att "koda" en enda av dessa 20 aminosyror. Det resulterande rutnätet av kodoner är det som kallas den genetiska koden. "Forskare har varit förbryllade i decennier varför evolutionen har valt ut dessa 20 aminosyror för genetisk kodning, ", sa professor Bernd Moosmann. "Närvaron av de sista och senaste sju aminosyrorna är särskilt svår att förklara, eftersom lämpliga och funktionella proteiner kan sättas ihop med bara de första och äldsta 10 till 13 aminosyrorna."

I ett nytt tillvägagångssätt, forskarna jämförde kvantkemin för alla aminosyror som används av livet på jorden med kvantkemin för aminosyror från rymden, förde in på meteoriter, såväl som med moderna referensbiomolekyler. De fann att de nyare aminosyrorna hade blivit systematiskt mjukare, dvs. mer lättreaktiv eller benägen att genomgå kemiska förändringar. "Övergången från den döda kemin där ute i rymden till vår egen biokemi här idag präglades av en ökad mjukhet och därmed en ökad reaktivitet hos byggstenarna, " förklarade Moosmann. Forskarna kunde verifiera resultaten av sina teoretiska beräkningar i biokemiska experiment. Funktionella aspekter måste också ha spelat en betydande roll med avseende på de nyare aminosyrorna eftersom dessa nykomlingar knappast uppvisar särskilda fördelar när det gäller att bygga proteiner strukturer.

Dock, problemet kvarstod med varför de mjuka aminosyrorna tillsattes i verktygslådan i första hand. Vad exakt skulle dessa lättreaktiva aminosyror reagera med? På grundval av deras resultat, forskarna drar slutsatsen att åtminstone några av de nya aminosyrorna, speciellt metionin, tryptofan, och selenocystein, tillsattes som en konsekvens av ökningen av syrehalterna i biosfären. Detta syre främjade bildningen av giftiga fria radikaler, som utsätter moderna organismer och celler för massiv oxidativ stress. De nya aminosyrorna genomgick kemiska reaktioner med de fria radikalerna och avlägsnade dem på ett effektivt sätt. De oxiderade nya aminosyrorna, i tur och ordning, var lätt att reparera efter oxidation, men de skyddade andra och mer värdefulla biologiska strukturer, som inte går att reparera, från syreinducerad skada. Därav, de nya aminosyrorna försåg alla levande cellers avlägsna förfäder med en mycket verklig överlevnadsfördel som gjorde att de kunde lyckas med de mer oxiderande, "modig" ny värld på jorden. "Med detta i sikte, vi skulle kunna karakterisera syre som författaren som lägger den sista touchen till den genetiska koden, sa Moosmann.