Förekomsten av aminosyror på den prebiotiska jorden är allmänt accepterad, antingen kommer från endogena kemiska processer eller levereras av utomjordiskt material. Å andra sidan, troligtvis prebiotiska vägar till peptider förlitar sig ofta på olika vattenhaltiga tillvägagångssätt där kondensering av aminosyror är termodynamiskt ogynnsam. Nu, kemister från Ruđer Bošković Institute (RBI), i samarbete med kollegor från Xellia Pharmaceuticals, har visat att mekanisk kemisk aktivering av glycin och alanin i fast tillstånd i kombination med mineralytor leder till bildning av peptider.

Denna forskning visar för första gången användbarheten av mekanokemisk aktivering för prebiotisk syntes av större biomolekyler, såsom peptider. Resultaten av forskningen har publicerats i den prestigefyllda vetenskapliga tidskriften Angewandte Chemie .

Prebiotisk kemi studerar kemiska transformationer i förhållanden som är troliga för tidig jord (ungefär före 4,3-3,7 miljarder år sedan) som kunde ha lett till liv. Eftersom jordens yta har förändrats genom olika geologiska processer över tiden, det finns inga historiska bevis som entydigt skulle förklara hur livet såg ut.

Det anses allmänt att från den ursprungliga kemiska inventeringen, mer komplexa molekyler växte fram genom kemisk utveckling som senare ledde till liv.

Reaktionsförhållanden som accepteras som troliga är vattenhaltiga medier, gränssnitt mellan vatten och berg, och en solid state-miljö som saknar vatten.

Prebiotiska mekaniska energikällor på den prebiotiska jorden inkluderade sannolikt påverkan, erosion, förvittring, tektonik, och jordbävningar, medan geotermiska inställningar gav de lokala insatserna av värmeenergi.

Peptidbindningsbildning är en av de viktigaste kemiska transformationerna inom prebiotisk kemi. Det anses att peptider spelade en viktig katalytisk roll vid bildandet av andra biomolekyler och ingick i primordial molekylär symbios med nukleinsyror. Nuvarande strategier för prebiotisk peptidbindningssyntes är beroende av a-aminonitril-ligering i vatten och användning av våta/torra cykler för kondensering av aminosyror.

Forskare från RBI, Dr José G. Hernández, Dr Krunoslav Užarević, och Ph.D. student Tomislav Stolar, i samarbete med forskare från Xellia, Dr Ernest Meštrovi, Ph.D. student Saša Grubeši och Dr. Nikola Cindro från kemiska institutionen vid naturvetenskapliga fakulteten (University of Zagreb), har visat att mekanokemisk prebiotisk peptidbindningsbildning sker i frånvaro av vatten.

Teamet upptäckte att mekanokemisk kulfräsning av glycin i närvaro av mineraler som TiO ₂ och SiO ₂ leder till bildandet av glycinoligomerer. Om reaktionsblandningen samtidigt värms med hjälp av den termiskt styrda kulkvarnen, glycinoligomerer upp till Gly ₁₁ erhålls (11 rester av glycin).

Experiment med diketopiperazin (DKP), diglycin, och triglycin visade att mekanisk -kemisk peptidbindningsbildning är en dynamisk och reversibel process med samtidig tillverkning och brytning av peptidbindningar.

I synnerhet, kulkvarn av glycin och L-alaninblandning resulterar i bildandet av deras hetero-oligopeptider. Högpresterande vätskekromatografi (HPLC) och masspektrometri (MS) användes för att analysera reaktionsprodukterna.

Långa oligomerer av glycin som erhållits genom en mekanokemisk väg kan ha erbjudit tillgång till ett mer mångsidigt bibliotek av peptider på den prebiotiska jorden genom kemiska modifieringar som α-alkylering. Resultaten av denna studie kompletterar de befintliga experimentella förfarandena inom prebiotisk kemi och erbjuder en alternativ syntetisk väg till peptider som saknas vatten.

"Livets ursprung är en av de viktigaste inom vetenskapen och kräver ett tvärvetenskapligt tillvägagångssätt för att studera den. Därför, rymdorganisationer som NASA och JAXA investerar stora resurser för att skaffa sig nya grundläggande insikter. Till exempel, De senaste Hayabusa2- och OSIRIS-REx-asteroidprovtagningsuppdragen kommer att ge ledtrådar till den kemiska inventeringen som är tillgänglig under den tid då liv uppstod på jorden.

"[De] första proverna av asteroiden fördes tillbaka till jorden i december 2020 och fler förväntas år 2023. Tillsammans med identifiering av utomjordiska material i dessa prover, det är viktigt att genomföra laboratorieexperiment som skulle förklara deras närvaro och bildningsmekanism. Sådana grundläggande studier kan sedan tillämpas i modern syntetisk kemi. "Säger Tomislav Stolar, publikationens första författare.