Шаги к гомохиральным биополимерам: революционные механизмы формирования хиральности в биосфере

Основой жизни лежит хиральность, а ее происхождение остается загадкой. Большинство аминокислотных строительных блоков белков существуют в зеркальных формах, подобно перчаткам для правой и левой руки. Однако в живых системах используются только левовращающие формы, несмотря на то что обе формы должны были быть равномерно распространены в начальных условиях и могли легко соединяться в лабораторных условиях.

Что заставило отдать предпочтение левой форме в первобытной среде и сохранить это предвзятое распределение, остается загадкой.

Трое американских исследователей предлагают новое объяснение. В журнале Nature они сообщают о множестве механизмов, способствующих формированию дипептидов, в конечном итоге приводящих к образованию дипептидов с двумя одинаково направленными членами.

На протяжении последних десятилетий было предложено несколько объяснений для хиральности жизни. Например, предполагается, что метеориты, падающие на раннюю Землю, могли содержать аминокислоты с избытком левой хиральности, возможно, из-за воздействия поляризованного света.

Также считается, что магнитные поля на ранней Земле могли искривлять биомолекулы. Но даже если какие-то внешние факторы вызвали начальную хиральность, что способствовало ее установлению?

Одна из ключевых подсказок была найдена в работе Мэтью Паунера и его коллег из Университетского колледжа Лондона. За последние 5 лет они обнаружили сероводородные молекулы, которые, вероятно, существовали на ранней Земле, и показали, как они могут связывать аминокислоты с их предшественниками, образуя дипептиды. Поскольку эти реакции происходят в воде и применимы ко всем аминокислотам, известным в живых организмах, это представляет вероятный путь к образованию первых белков.

Команда Паунера не исследовала, имели ли сероводородные катализаторы хиральное отклонение. В этой области работают Донна Блэкмонд и ее коллеги из Scripps Research. Они исследовали два сероводородных соединения, предложенных Паунером, чтобы определить, чувствительны ли катализаторы к хиральности при образовании дипептидов. Оказалось, что да, но не так, как ожидалось.

Катализаторы создавали в четыре раза больше гетерохиральных дипептидов (соединяющих левовращающую аминокислоту с правовращающей) по сравнению с полностью хиральными продуктами.

Однако дальнейшие исследования показали, что этот процесс приводит к увеличению гомохиральных дипептидов. Эффект "домино" смещает исходное распределение аминокислот, что увеличивает вероятность образования дипептидов с одинаково направленными членами.

Другие эксперименты также показали, что гетерохиральные дипептиды осаждаются быстрее, что способствует увеличению гомохиральных пар.

Этот механизм пока демонстрировался только на уровне дипептидов, но возможно, он применим и к другим биомолекулам, включая генетические молекулы.