Дата: 28.08.2005

Загадка "односторонности" белковых структур на Земле разгадана?

Группа французских химиков под руководством Уве Мейергенриха (Uwe Meierhenrich) выдвинула гипотезу, которая объясняет происхождение хиральности биологический молекул. Несмотря на довольно спорный характер самой гипотезы, в ее подтверждение ученые приводят довольно неожиданные и интересные результаты экспериментов.

Как известно, большинство биологически значимых молекул, в частности, аминокислоты, не обладают зеркальной симметрией. Поэтому они могут существовать в двух разных формах — правой и левой. Это свойство получило название хиральности. Если получать органические молекулы химическим путем, то правые и левые молекулы получаются с равной вероятностью. Однако живые существа используют и производят только один вариант органических молекул.

Почему жизнь на Земле построена на основе только одного типа молекул, пока остается загадкой. Наиболее ходовая гипотеза говорит, что изначально правых и левых молекул было поровну. Потом, когда стали формироваться механизмы естественного отбора, одна из сторон по чистой случайности, получила незначительно преимущество. Развив этот успех за счет более эффективного размножения, левые аминокислоты полностью вытеснили правые.

Хотя такое объяснение выглядит довольно гладко, на самом деле, оно оставляет массу нерешенных вопросов. Например, из него не ясно, почему в победивших организмах не нашлось места, например, для обоих изомеров одной и той же аминокислоты — и правого, и левого. Ну, и, конечно, очень много неясного остается в вопросах о добиологической, то есть химической эволюции. (Интерсеующихся отсылаем к замечательной статье акад. В.Н.Пармона).

Все эти неясности заставляют ученых искать альтернативные механизмы нарушения симметрии. В проведенных недавно лабораторных экспериментах группа Уве Мейергенриха обнаружила, что ультрафиолетовое излучение с круговой поляризацией определенного направления имеет склонность к избирательному разрушению изомеров некоторых аминокислот. Поток излучения с длиной волны 180 нм и левосторонней круговой поляризацией направлялся на твердую пленку, состоящую из право- и левосторонних вариантов аминокислоты лейцина. После сеанса облучения выяснилось, что баланс между молекулами разных типов нарушился — в образце остался небольшой избыток левосторонних аминокислот.

Этот результат лег в основание новой гипотезы, объясняющей загадку "односторонности" белковых структур на Земле. По мнению Уве Мейергенриха никакой "войны форматов" между протеинами вообще не было. Аминокислоты, способные сформировать правосторонние белки, были сожжены ультрафиолетом еще в космосе. В результате земной плацдарм был без боя занят выжившими "левыми" соединениями. Произошло это событие еще в те времена, когда аминокислоты обоих типов свободно носились по космосу, сидя в пушистой ледяной пыли. К тому времени, как из этих "пушинок" сформировались первые кометы, врезавшиеся в Землю и другие планеты, подавляющее большинство правосторонних аминокислот уже погибло.

Таким образом, вопрос об ориентации аминокислот сводится этой гипотезой к вопросу об ориентации круговой поляризации излучения. Но откуда взяться в космосе избытку левосторонне поляризованного излучения? Внятного ответа на этот вопрос в публикации журнала News Scientist не содержится, однако имеется намек на то, что излучение может поляризоваться при рассеянии на частицах пыли, ориентация которых выравнивается под действием магнитных полей (вероятно, галактических?).

Преимущество данной гипотезы состоит в том, что она избавляет нас от тандема "случайность + естественный отбор", который лежит в основе традиционной гипотезы, делая ее практически непроверяемой. Однако новая гипотеза тоже содержит немало подводных камней. В частности, она утверждает, что все первичные аминокислоты попали на Землю из межзвездной среды. В то же время эксперимент, выполненный в 1953 году Стенли Миллером (Stanley L. Miller), говорит о том, что в первичной атмосфере Земли под действием грозовых разрядов и солнечного ультрафиолета должны были образовываться собственные аминокислоты.

Французские исследователи намерены продолжать свои эксперименты с поляризованным светом, постепенно сокращая его длину волны. А мы подождем 2014 года, когда запущенный Европейским космическим агентством автоматический зонд Rosetta высадится на комете 67P/Чурюмова-Герасименко и проведет анализ вещества на ее поверхности.
Источник: "Элементы"

Оригинал сообщения находится на сайте "Известия Науки"

Ученые вплотную подошли к разгадке "Проблемы Хиральности"

Космическое излучение сыграло важнейшую роль в зарождении биологической жизни на Земле. Об этом свидетельствуют результаты исследования, проведенного сотрудниками университета Софии Антиполис в Ницце.

Известно, что аминокислоты способны существовать в двух формах - левосторонней и правосторонней. Однако на Земле в основе всех биологических организмов, развившихся естественным образом, находятся левосторонние аминокислоты. У этого феномена имеется название: "проблема хиральности". Существует теория, что изначально на Земле присутствовали аминокислоты в обеих формах, однако в итоге "выжили" только левосторонние.

Истоки проблемы хиральности, по мнению химика Уве Майеренриха, сотрудника этого университета, следует искать не на Земле, а в космосе. Майеренрих полагает, что на Землю попадали в основном именно левосторонние аминокислоты; т.н. циркулярно поляризованное космическое излучение разрушило правосторонние аминокислоты, но пощадило левосторонние.

Циркулярно поляризованный свет - это форма излучения, поляризуемая космическими электромагнитными полями. Считается, что такое излучение образуется, когда частицы межзвездной пыли выстраиваются вдоль линий магнитных полей, пронизывающих колоссальные пространства, во много раз превышающие по своей протяженности нашу Солнечную систему. На циркулярно поляризованный свет приходится до 17% всего космического излучения в любой точке космоса.

В 2000 году был проведен эксперимент: циркулярно поляризованный светом, "закрученным" в ту или иную сторону, воздействовали на равнопропорциональную смесь аминокислот. Выяснилось, что в зависимости от стороны поляризации, такой свет избирательно расщепляет один из типов аминокислот, так что формируется 2,5-процентный перевес.

Однако эксперимент был проведен над аминокислотами, находящимися в жидком растворе, а они ведут себя иначе, нежели аминокислоты в ледяных частицах космической пыли. Чтобы избежать поглощения молекулами воды, необходимо прибегать к свету с длиной волны 210 нанометров, - что гораздо больше, чем максимальная длина волны космического излучения - 120 нанометров.

Майеренрих и его коллеги провели сходный эксперимент. Но теперь они воздействовали 180-нанометровым циркулярно поляризованным излучением на твердую пленку, состоящую из лево- и право-ориентированных форм аминокислоты лейцина. Лево-ориентированный свет расщеплял правозакрученные молекулы аминокислоты более активно, в результате образовался 2,6-процентный избыток левосторонних молекул.

Выводы Майеренриха относительно "космического" происхождения проблемы хиральности подтверждаются результатами исследования двух метеоритов, содержавших избыток левосторонних аминокислот. Однако, отмечает Майеренрих, в других солнечных системах, где преобладает правостороннее циркулярное излучение, должны преобладать правосторонние аминокислоты и, следовательно, иного строения белки.

В дальнейшем ученые намерены продолжать сокращать длину волны поляризованного света. Но настоящее доказательство выдвинутой Майеренрихом теории может получить в 2014 году посадочный модуль зонда Rosetta, который должен будет приземлиться на ядро кометы Чурюмова-Герасименко. Об этом сообщает КомпьюЛента.

Оригинал сообщения находится на сайте "Известия Науки"