生命起源背后的机械化学肽键形成

来自Ru?er Bo kovi ?研究所(RBI)与Xellia制药公司的同事合作表明，与矿物表面结合的甘氨酸和丙氨酸的固态机械化学激活导致肽的形成。

　　

 

   

图片:T. Stolar, K. U?arevi?， José G. Hernández。

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氨基酸的存在在前生命地球上被广泛接受，要么来自内源性的化学过程或由外星物质。另一方面，看似合理的益生元途径肽往往依赖于不同的水途径，氨基酸的缩合在热力学上是不利的。现在，Ru?er Bo?kovi?研究所(RBI)的化学家与Xellia制药公司的同事合作表明，与矿物表面结合的甘氨酸和丙氨酸的固态机械化学激活导致肽的形成。

这一研究首次表明了机械化学活化在合成更大的生物分子如肽的益生元的有用性。这项研究结果发表在著名的科学杂志《Angewandte Chemie》上。

生命前化学研究的是早期地球(大约在43亿到70亿年前)可能导致生命存在的条件下的化学转变。由于地球表面在不同的地质过程中一直在变化，没有历史证据可以明确地解释生命是如何出现的。

一般认为，从原始的化学清单，更复杂的分子出现的化学进化，随后导致生命。

被认为可行的反应条件是水介质，水/岩石界面的相互作用，以及没有水的固态环境。

在生命起源前的地球上，机械能的来源可能包括撞击、侵蚀、风化、构造和地震，而地热环境提供了当地的热能输入。

肽键的形成是生命前化学领域的关键化学转化之一。肽被认为在其他生物分子的形成中起着重要的催化作用，并包含在与核酸的原始分子共生中。目前生物前肽键的合成策略依赖于水中的α-氨基腈连接和使用湿/干循环的氨基酸缩合。

印度储备银行的研究人员:José G. Hernández博士、Krunoslav博士U?arevi?和博士生Tomislav Stolar，与来自Xellia的科学家合作;Ernest Me?trovi博士，博士生Sa?a Grube?i和来自萨格勒布大学理学院化学系的Nikola Cindro博士，已经证明了机械化学的益生元肽键形成发生在没有水的情况下。

研究小组发现，在二氧化钛和二氧化硅等矿物质的存在下，对甘氨酸进行机械化学球磨可以形成甘氨酸低聚物。如果使用热控制球磨同时加热反应混合物，就可以得到最多不超过Gly11的甘氨酸低聚物(11个甘氨酸残基)。

用二酮哌嗪(DKP)、二甘氨酸和甘油三酯进行的实验表明，机械化学形成肽键是一个动态的可逆过程，同时生成和破坏肽键。

值得注意的是，甘氨酸和l-丙氨酸混合物的球磨导致了它们的异寡肽的形成。采用高效液相色谱(HPLC)和质谱(MS)对反应产物进行分析。

通过机械化学途径获得的长甘氨酸低聚体可能通过化学修饰(如α-烷基化)提供了一个更多样的地球前生物肽库。这项研究的结果补充了现有的实验程序在前生物化学，并提供了一个替代合成途径，肽缺乏水。

“生命的起源问题是科学中最重要的问题之一，需要跨学科的研究方法。因此，NASA和JAXA等空间机构投入了大量资源来获得新的基本见解。例如，最近的隼鸟2号和OSIRIS-REx小行星采样任务将提供线索，了解地球上生命出现时可用的化学物质清单。

2020年12月，首次将小行星样本带回地球，预计2023年将带回更多样本。除了在这些样本中鉴定外星物质外，重要的是要进行实验室实验来解释它们的存在和形成机制。这样的基础研究可以应用于现代合成化学。”

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