U potrazi za razotkrivanjem misterija podrijetla života na Zemlji, znanstvenici zadiru u vrijeme prije nastanka DNK, istražujući ulogu ribonukleinske kiseline (RNK). RNK, vitalna komponenta suvremenog života, posjeduje jedinstvenu sposobnost samoumnožavanja i kataliziranja raznih kemijskih reakcija. Izazov leži u razumijevanju kako su građevni blokovi RNK, poznati kao ribonukleotidi, nastali u kaotičnim uvjetima rane Zemlje te nakon toga spojeni u RNK.
Kemičari, poput Quoc Phuong Trana sa Sveučiliša New South Wles (UNSW) u Sydneyju, aktivno su uključeni u ponovno stvaranje zamršenog lanca reakcija potrebnih za formiranje RNK tijekom procesa pojave života na Zemlji. Kako Tran piše u članku za The Conversation, ključ je identificirati kemijske reakcije koje su se mogle dogoditi u složenim i neukroćenim uvjetima našeg planeta prije nekoliko milijardi godina.
Studija koju su proveli Tran i njegov tim istražuje potencijalnu ulogu akozvanih autokatalitičkih reakcija, gdje proizvedene kemikalije potiču nastavak iste reakcije, omogućujući održivost u različitim okruženjima. Integracija autokatalize u priznati kemijski put za proizvodnju ribonukleotida (i nastanak života) postaje vjerojatan scenarij, s obzirom na jednostavnost molekula i zamršene uvjete koji su prevladavali na ranoj Zemlji.
Reakcija formoze - autokataliza na djelu i povezivanje točaka s proizvodnjom ribonukleotida
Autokatalitičke reakcije, sveprisutne u biologiji, kreću se od regulacije otkucaja srca do formiranja uzorka školjki. Reakcija formoze (bazna kondenzacija formaldehida u ugljikohidrate), koju je otkrio ruski kemičar Aleksandr Mihajlovič Butlerov 1861. godine, pojavljuje se kao funmentalni primjer autokatalize, primjenjive na ranoj Zemlji. Počevši od glikolaldehida, ta reakcija, koja se oslanja na kontinuiranu opskrbu formaldehidom, stvara veće molekule kroz samoodrživi mehanizam. Međutim, kada se formaldehid smanji, reakcija se zaustavlja, što dovodi do razgradnje proizvoda u katran
.
Tranova studija istražuje integraciju reakcije formoze i proizvodnje ribonukleotida, posebno Powner-Sutherlandovog puta (dobro poznati kemijski put za stvaranje ribonukleotida). Unatoč izazovima koji proizlaze iz neselektivne prirode reakcije formoze, dodavanje cijanamida uvodi intrigantan obrat, piše Tran. Ta jednostavna molekula preusmjerava neke od proizvod reakcije prema proizvodnji ribonukleotida, što rezultira manjom količinom, ali s povećanom stabilnošću i smanjenom razgradnjom.
Odstupanje od tradicionalnih pristupa i moguća industrijska primjena
Tradicionalno, kemičari se usredotočuju na pojedinačne puteve kako bi povećali količinu i čistoću proizvoda, izbjegavajući složenost. Međutim, Tranova studija odstupa od ovog redukcionističkog pristupa, pokazujući važnost istraživanja dinamičkih interakcija između različitih kemijskih puteva. Te interakcije, koje se događaju sveprisutno izvan laboratorija, služe kao potencijalni most između kemije i biologije.
Autokataliza se proteže dalje od teoretskih potraga, pronalazeći praktične primjene u industriji. Tranovo istraživanje, ugradnjom cijanamida u formoznu reakciju, daje spoj, 2-aminooksazol, relevantan u kemijskim istraživanjima i farmaceutskoj proizvodnji. Ta bi inovacija mogla smanjiti troškove u farmaceutskoj sintezi, osobito ako se reakcija formoze može koristiti s minimalnom količinom glikolaldehida, koji je skupa komponenta.
Tranovo istraživanje autokatalize, reakcija formoze i proizvodnje ribonukleotida ne samo da doprinosi razumijevanju podrijetla života, već obećava i industrijske primjene, potencijalno revolucionirajući uobičajene kemijske reakcije i procese farmaceutske proizvodnje.
Izvor: The Conversation
