Yaşamın başlangıcındaki metabolik yollar için katalizör olarak göktaşları ve basit metaller

Strasbourg Üniversitesi’nden araştırmacılar, hidrojen gazı ve basit metallerin veya meteoritlerin, ters Krebs döngüsünün parçalarının enzimler olmadan gerçekleşmesine neden olduğunu gösterdi. Bu metabolik yolun bazı versiyonlarının yaşamın kökenine kadar uzandığı düşünülmektedir. Bu çalışmanın sonuçları, doğal olarak oluşan metallerin ilk protometabolik reaksiyonlar için katalizör görevi gördüğü hipotezini desteklemektedir.

Çalışma dergide yayınlandı Angewandte Chemie Uluslararası Sürümü.

İlk yaşam biçimleri muhtemelen 4 milyar yıl önce ortaya çıktı, ancak kesin mekanizma belirsizliğini koruyor. “Önce metabolizma” olarak bilinen bir hipotez altında çalışan araştırmacılar, metabolik ağların – yaşamın moleküllerini oluşturan ve parçalayan ve enerji aktaran birbirine bağlı kimyasal reaksiyon dizileri – jeokimyadan kendiliğinden ortaya çıktığına dair deneysel kanıtlar topluyorlar.

Alt birimlerine metabolik yollar adı verilen bu ağlar da genetik moleküller ve enzimler gibi daha karmaşık yapılara yol açmıştır. Bugün bildiğimiz biyokimyada, her metabolik reaksiyon oldukça karmaşık bir enzim tarafından katalize edilir ve tek bir yol için bile birçok enzime ihtiyaç vardır. Bu, şu soruya yol açar: hangisi önce geldi, enzimler mi yoksa metabolizma mı? Bu bilmeceyi çözmek için, erken Dünya’da bulunan metaller ve mineraller, enzim gerektirmeyen ilk kendi kendini organize eden reaksiyon ağlarını katalize edebilirdi.

Bu bağlamda, araştırmanın odak noktası, muhtemelen en erken yaşamda mevcut olan, ters Krebs döngüsü gibi eski metabolik ağlardır. Bu yol veya bunun parçaları birçok organizma tarafından kullanılır ve CO2’yi sabitler.₂ organik moleküller oluşturmak için. On bir kimyasal ara ürününün beşi, lipidler, amino asitler, şekerler, nükleotidler veya kofaktörler oluşturmak için diğer metabolik yollara dallandığından, metabolik bir merkezdir.

CNRS ve Strasbourg Üniversitesi’nden Institut de Science et d’Ingénierie Supramoléculaires’deki araştırmacılar, nikel, rodyum ve hatta meteoritler gibi basit metallerin toz haline getirildiğinde, ters Krebs’in ardışık üç adımını katalize edebildiğini göstermiştir. oksaloasetatı süksinata dönüştüren döngü.

Çalışmayı yöneten ilk yazar Sophia Rauscher, “Reaksiyonlar, serpantinizasyon ve su radyolizi olarak bilinen iki doğal süreç tarafından üretilen hidrojen gazı tarafından destekleniyor. Hidrojen günümüzde birçok bakteri tarafından metabolizmalarını çalıştırmak için hala kullanılmaktadır” diyor. Reaksiyonlar, enzimler olmadan nötr pH ve ortam sıcaklığında 1-10 bar hidrojen altında gerçekleşir.

Çalışmanın bir parçası olarak, katalizör olarak demir meteoritler kullanıldı. Meteoritler, oluşumundan bu yana Dünya’yı etkiledi ve kısmen güneş sisteminin kendisi kadar eski olan dünya dışı malzeme sağladı. Bu nedenle, yaşamın ve metabolizmanın ilk başladığı zamandan kalma nadir otantik jeolojik örnekleri temsil ederler.

Profesör Joseph Moran, “Bu meteoritlerin bazıları kütlece %30’a kadar nikelden oluşuyor. Ayrıca kimya endüstrisinde yaygın katalizörler olan iridyum, rodyum, platin ve paladyum gibi platin grubu metaller açısından da zenginler” diyor. Strasbourg Üniversitesi ve çalışmayı denetleyen kıdemli yazar.

Metabolik reaksiyonların makul prebiyotik koşullar altında meteoritik malzeme tarafından katalize edilebildiği gözlemi, metal katalizörlerin ilk kendi kendine organize reaksiyon ağlarını başlatmış olabileceği hipotezini güçlendirir.

İlk başta, ağlar erken Dünya’da yaygın olmayabilir, ancak ihtiyaç duyulan metallerin zenginleştiği yerel, muhtemelen mikroskobik ortamlarda başlamış olabilir. Gelecekte, araştırmacılar meteoritlerin mi yoksa metallerin mi daha karmaşık reaksiyon ağlarının ortaya çıkmasına yardımcı olup olmayacağını görmek istiyorlar.