En kemisk förening som är nödvändig för allt levande har syntetiserats i ett labb under förhållanden som kunde ha inträffat på jordens tidiga tid, vilket tyder på att den spelade en roll i livets början, finner en ny studie ledd av University College London-forskare.

Föreningen pantetein är det aktiva fragmentet av koenzym A. Det är viktigt för ämnesomsättningen – de kemiska processer som upprätthåller liv. Tidigare studier misslyckades med att syntetisera pantetein på ett effektivt sätt, vilket ledde till förslag om att det saknades vid livets ursprung.

I den nya studien, publicerad i tidskriften Science , skapade forskargruppen föreningen i vatten vid rumstemperatur med hjälp av molekyler bildade av vätecyanid, som troligen fanns i riklig mängd på den tidiga jorden.

När det väl bildats, sa forskarna, är det enkelt att föreställa sig hur pantetein kan ha hjälpt till kemiska reaktioner som ledde från enkla föregångare till protein- och RNA-molekyler till de första levande organismerna – ett ögonblick som tros ha inträffat för 4 miljarder år sedan.

Studien utmanar uppfattningen bland vissa forskare inom området att vatten är för destruktivt för att liv ska kunna uppstå i det och att livet mer sannolikt har sitt ursprung i pooler som periodvis torkat ut.

De drev reaktionerna som producerade pantetein var energirika molekyler som kallas aminonitriler, som är nära kemiskt besläktade med aminosyror, byggstenarna i proteiner och livet.

Medlemmar i samma team, ledda av professor Matthew Powner (UCL Chemistry), har redan använt liknande kemi som drivs av aminonitriler för att visa hur andra viktiga biologiska ingredienser kan skapas vid livets ursprung, inklusive peptider (proteinskapande kedjor av aminosyror ) och nukleotider (byggstenarna för RNA och DNA).

Professor Powner, senior författare till tidningen, sa:"Denna nya studie är ytterligare bevis på att biologins grundläggande strukturer, de primära molekylerna som biologin är uppbyggd av, är benägna att bildas genom nitrilkemi.

"Lättheten med vilken olika klasser av biologiska molekyler kan framställas med hjälp av nitriler har övertygat mig om att, snarare än att livet föregås av en molekyl som RNA, och det fanns en "RNA-värld" innan livet började, växte biologins grundläggande molekyler fram. bredvid varandra – ett nätverk av RNA, proteiner, enzymer och kofaktorer som leder till de första levande organismerna.

"Vårt framtida arbete kommer att titta på hur dessa molekyler kom samman, hur panteteinkemi pratar med RNA, peptid- och lipidkemi till exempel, för att leverera kemi som de individuella molekylklasserna inte kunde leverera isolerat."

Ett anmärkningsvärt tidigare försök att syntetisera pantetein gjordes 1995 av den avlidne amerikanske kemisten Stanley Miller, som hade startat experimentet med livets ursprung tre decennier tidigare och skapade aminosyror från fyra enkla kemikalier i glasrör.

Men i det senare experimentet 1995 var avkastningen av pantetein mycket låg och krävde extremt höga koncentrationer av kemikalier som hade torkats ut och förseglats i ett lufttätt rör innan de värmdes till 100°C.

Dr Jasper Fairchild (UCL Chemistry), en huvudförfattare till studien, som utförde arbetet som en del av sin doktorsexamen, sa:"Den stora skillnaden mellan Millers studie och vår är att medan Miller försökte använda syrakemi, vi använda nitriler Det är nitrilerna som ger energin och selektiviteten våra reaktioner går bara i vatten och ger höga utbyten av pantetein med relativt låga koncentrationer av kemikalier som behövs.

Professor Powner tillade, "Det hade antagits att du skulle göra dessa molekyler från syror, eftersom att använda syror verkar vara biologiskt, och det är vad vi lärs ut i skolan och på universitetet. Vi har lärt oss att peptider är gjorda av aminosyror." P>

"Vårt arbete tyder på att denna konventionella uppfattning har ignorerat en viktig ingrediens, energin som krävs för att skapa nya bindningar. Reaktionerna ser lite annorlunda ut med nitriler men slutprodukterna - biologins grundläggande enheter - går inte att särskilja vare sig de bildas genom syra- eller nitrilkemi. "

Medan uppsatsen enbart fokuserar på kemin, sa forskargruppen att reaktionerna de visade sannolikt kunde ha ägt rum i pooler eller sjöar av vatten på den tidiga jorden (men inte troligt i haven eftersom koncentrationerna av kemikalierna sannolikt skulle vara alltför för). utspädd).

Mer information: Jasper Fairchild et al, Prebiotisk plausibel kemoselektiv panteteinsyntes i vatten, Science (2024). DOI:10.1126/science.adk4432. www.science.org/doi/10.1126/science.adk4432

Journalinformation: Vetenskap

Tillhandahålls av University College London