Квантовая химия раскрыла секрет поддерживающих жизнь аминокислот

Команда ученых использовала технологию квантовой химии — научной дисциплины, рассматривающей частицы с точки зрения их волновых свойств и применяющих принципы квантовой механики к поведению атомов в химических реакциях — для сравнения аминокислот, найденных в космосе (занесенных туда вместе с фрагментами метеоритов) с теми, которые поддерживают жизнь на Земле.

В задачи протеиногенных аминокислот входит строительство белков по инструкции ДНК. Эти кислоты образовались сразу после появления Земли, примерно 4,5 млрд лет назад. Однако непонятно почему эволюция решила, что для проивзодства белков необходимо именно 20 аминокислот, хотя для этой задачи достаточно было бы и тринадцати.

Согласно исследованию немецких ученых, семь более новых аминокислот необходимы потому, что обладают дополнительной реакционной способностью, хотя и не привносят ничего с точки зрения пространственной структуры молекул, пишет Science Alert. «Переход от мертвой химии космоса к нашей современной биохимии отмечен ростом мягкости и, как следствие, реактивности этих строительных блоков», — говорит один из исследователей, Бернд Мосман. Повышенная «мягкость» дополнительных семи аминокислот означает, что они проявляют большую гибкость в плане химических изменений. Если представить себе аминокислоты в виде геометрической фигуры, их можно изобразить в виде концентрических кругов с разной химической жесткостью и энергетическим уровнем.

Кроме того, ученые обнаружили, что дополнительные аминокислоты, в частности, метионин, триптофан и селеноцистеин, вероятно, образовались в ответ на повышение уровня кислорода в биосфере планеты после появления жизни. Новые условия вызвали стресс у первых живых клеток, и в результате естественного отбора выжили сильнейшие, те, кто смог приспособиться к повышению уровня кислорода. «Это означает, — считает Мосман, — что кислород внес самые последние штрихи в генетический код».

Недавно специалисты Ратгерского университета (США) открыли четыре базовых химических структуры, из которых можно создавать мириады белков внутри каждого организма. Из них ученые смогут синтезировать белки и ферменты для биомедицинских целей и более надежные и эффективные промышленные катализаторы.