2014-04-18

Ще одне пояснення хіральності в природі

5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 5.00 (1 голос)

Схема переконденсації

Одна з найбільших загадок життя на Землі - оптична асиметрія біологічних молекул - може пояснюватися набагато простіше, ніж вважалося досі.

Ця загадка сучасної науки пов'язана з такою властивістю амінокислот і цукрів, як хіральність, інакше кажучи, асиметрія, або оптична ізомерія. Це як права і ліва рука: при одному і тому ж наборі пальців вони не збігаються, як не збігаються наші кисті, і навряд чи у вас вийде натягнути рукавичку, призначену для лівої руки, на праву. При цьому обидві форми амінокислот (вони називаються L-і D-ізомерами) з точки зору хімії рівноправні і, наприклад, при звичайному органічному синтезі отримуються в рівній суміші.

Але в природі все не так: всі амінокислоти з яких побудовані білки всіх живих організмів - від вірусу до генерального директора - відносяться до L-ізомерів (виключення можна буквально перелічити на пальцях), а цукри - до D-ізомерів. Більш того, властивості білків повністю визначаються їх просторовою структурою, і в умовах суміші амінокислот різної хіральності життя взагалі не було б можливим. Однозначного пояснення цього дивацтва не існує.

Нещодавно з цього приводу було висловлено досить цікаве припущення: початкові «цеглинки життя», занесені на Землю на борту якогось астероїда, довго подорожували космосом. Там вони зазнавали впливу випромінювання, у тому числі - і поляризованого, яке випускають нейтронні зірки. На нього речовини різної хіральності відповідають по-різному, так що, коли «зародки життя» прибули на нашу планету, вони несли вже в собі «зародки хіральності». Однак варто відмітити, що вона має на увазі той факт, що життя було, все-таки, занесене з космосу. 

А ось кубинські вчені на чолі з Фалконом (FL Falcon) нещодавно висловили іншу ідею, витоки якої лежать куди ближче до Землі. Вони запропонували розглянути сценарій, в якому суміш оптичних ізомерів амінокислоти розчинені у воді з температурним градієнтом - як, наприклад, у геотермальних джерелах.

Висхідні течії піднімають молекули амінокислоти вгору, де вони утворюють кристали. Однак кристали різних оптичних ізомерів амінокислот (Фалкон розглядав приклад аланіну) мають злегка різні властивості - L-аланін утворює, в середньому, трохи більші кристали. Це, на думку вченого, створювало велику площу, на яку впливали висхідні потоки, і дозволяло цим кристалам підніматися вище, до ще більш прохолодної води, виростаючи ще більшими.

Зрештою розміри кристалів L-аланіну ставали такими, що течія вже не могла утримувати їх у верхніх шарах води, і вони спускалися в більш теплі глибини, знову розчиняючись. Але, будучи більш великими, вони розчинялися повільніше, ніж кристали D-аланіну, і знову залучалися в процес. Таким шляхом все більша кількість L-аланіну переходила у все більш крупні кристали - цей механізм відомий під назвою переконденсаціі.

Все це призводило до того, що вміст L-аланіну в розчині падав, і в ньому все більше домінував D-аланін. Рівновага між ізомерами виявлялася порушеною і частина молекул D-аланіну в результаті епімеризації переходила в L-форму. Цикл поновлювався, що врешті-решт приводило до утовення все чистішого L-аланіну.

Незважаючи на видиму складність цієї схеми, вона досить проста, а головне - не вимагає ніяких складних умов, нейтронних зірок і так далі. Достатньо мати воду з температурним градієнтом і розчинену в ній у певній пропорції суміш оптичних ізомерів амінокислот. А найбільше приваблює те, що це (поки що суто теоретичне) припущення легко перевірити в будь-якій лабораторії. Що, напевно, буде зроблено незабаром.

За матеріалами technologyreview.com.

Коментарі:

blog comments powered by Disqus