지구에 생명체가 어떻게 처음 등장했는지에 대한 질문은 과학자들이 계속 피하고 있는 미스터리입니다. 과학자들이 화석 기록과 지질학적 역사로부터 배운 모든 것에도 불구하고, 수십억 년 전에 유기 생명체가 무기 요소(생물 발생으로 알려진 과정)에서 어떻게 출현했는지는 여전히 알려져 있지 않습니다.
미스터리의 더 위압적인 측면 중 하나는 '닭과 달걀' 상황에 속하는 펩타이드와 효소와 관련이 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 최근 UCL(University College London)의 연구원 팀이 연구를 수행했다 이는 펩티드가 원시 지구와 유사한 조건에서 형성될 수 있음을 효과적으로 입증했습니다.
그들의 발견을 자세히 설명하는 연구는 최근 과학 저널에 게재되었습니다.자연.연구팀은 UCL 화학과의 유기화학 리더인 Dr. Matthew Powner가 이끌고 있으며 UCL의 유기 및 생물 화학과 연구원인 Pierre Canavelli와 Saidul 이슬람 박사가 포함되어 있습니다.
아미노산과 펩타이드가 결합하여 유기 세포를 형성하는 서열. 크레딧: peptidesciences.com
Powner는 UCL News와의 최근 인터뷰에서 연구의 목적을 다음과 같이 설명했습니다.
“아미노산 사슬인 펩타이드는 지구상의 모든 생명체에 절대적으로 필요한 요소입니다. 그들은 생물학적 과정을 위한 촉매 역할을 하는 단백질 직물을 형성하지만, 그 자체로 아미노산으로부터 형성을 조절하기 위해 효소가 필요합니다. 그래서 우리는 고전적인 닭과 달걀 문제를 겪었습니다. 최초의 효소는 어떻게 만들어졌습니까?”
그들의 연구에서 알 수 있듯이, 과거에는 펩티드가 어떻게 처음 형성되고 생명체가 출현하게 되었는지 알아내기 위해 상당한 연구가 진행되었습니다. 그러나 이전의 모든 연구는 화학적 전구체(아미노니트릴로 알려짐)의 반응성보다는 아미노산에 초점을 맞추었습니다.
아미노니트릴은 아미노산(일반적으로 강산성 또는 알칼리성)을 형성하기 위해 가혹한 조건이 필요한 반면, 아미노산은 펩타이드를 형성하기 위해 에너지로 재충전되어야 합니다. 그러나 연구자들은 펩타이드가 에너지가 풍부한 아미노니트릴로부터 직접 만들어질 수 있음을 보여줌으로써 이 두 단계를 모두 우회할 수 있는 방법을 찾았습니다.
그들의 방법은 지구의 원시 환경의 일부인 다른 분자와 아미노니트릴의 기본 반응성을 이용했습니다. 이 공정은 황화수소와 아미노니트릴 및 화학 기질 페리시안화물([Fe(CN)6]삼?) 물에서 펩타이드를 생성했습니다.
이것이 입증한 것은 아미노니트릴이 물에서 자체적으로 그리고 아미노산보다 훨씬 쉽게 펩타이드 결합 형성을 달성할 수 있다는 것입니다. 또한, 화산 폭발 중에 가스가 방출되고 수십억 년 전에 지구에 존재했을 가능성이 있는 조건과 화학 물질 속에서 이것이 일어날 수 있음을 보여주었습니다. 이 연구의 첫 번째 저자인 Pierre Canavelli는 다음과 같이 말했습니다.
'환경적 또는 내부적 자극에 대한 제어된 합성은 대사 조절의 필수 요소이므로 펩타이드 합성은 생명체의 초기 진화에서 일어난 자연 순환의 일부였을 수 있다고 생각합니다.'
공동 저자인 Dr. Saidul 이슬람은 '이것은 원시 지구에서 이용 가능한 비교적 온화한 조건을 사용하여 물에서 아미노산을 사용하지 않고 펩타이드가 형성되는 것으로 확실하게 입증된 것은 이번이 처음'이라고 덧붙였습니다.
이러한 발견은 생물 발생 연구와 외계 행성에서 생명체를 찾는 데 중요한 의미를 가질 수 있습니다. 아미드 결합 형성은 생체 활성인 합성 물질의 제조에 필수적이기 때문에 합성 화학 분야에서도 유용할 수 있습니다. 상업적으로 사용되는 기존의 화학 공정과 비교할 때 이 새로운 방법은 훨씬 더 효율적이고 비용 효율적입니다.
지구에 있는 Archean Eon에 대한 예술가의 인상. 크레딧: Smithsonian/Peter Sawyer
연구팀은 앞을 내다보며 아미노니트릴이 펩타이드로 이어질 수 있는 다른 방법을 찾아 연구를 계속 진행하고 있습니다. 그들은 또한 현재 그들의 실험이 생산한 펩티드의 기능적 특성을 조사하고 있는데, 그들이 어떻게 그들이 지구에서 생명체의 형성을 촉발시키는 데 도움이 될 수 있었는지 더 잘 이해하기를 희망하고 있습니다. 40억 년 전.
생명의 구성 요소를 재창조하기 위해 여러 세대에 걸쳐 시도했지만(그리고 실패했지만), 과학자들이 단순히 거꾸로 생각해 온 것일 수 있습니까? 그리고 이것은 유기 기술이 바로 코앞에 올 수 있다는 것을 의미합니까? 단지 시간이 말해 줄 것이다…