Первобытные реакционные пути

Природные химические реакции могли превратиться в известные нам сегодня биохимические процессы. София А. Раушер и Джозеф Моран из Страсбургского университета, Франция, обнаружили, что последовательность реакций из так называемого обратного цикла Кребса— фундаментального биохимического процесса— может происходить и без ферментов. Команда обнаружила, что металлы и даже порошкообразный метеоритный материал могут катализировать реакции гидрогенизации.

Клетки получают энергию и молекулярные строительные блоки в ходе метаболических процессов. Соединения синтезируются и снова расщепляются в универсальных биохимических процессах с помощью ферментов. Однако простые органические молекулы, такие как органические кислоты, аминокислоты и пептиды, были обнаружены во внеземных объектах, что позволяет предположить, что органические молекулы могли существовать на ранней Земле еще до того, как на ней появилась жизнь в нашем понимании.

Обратный цикл Кребса

Взяв за основу теорию самоорганизующейся химической сети, некоторые фундаментальные последовательности биохимических реакций, полученные из химических реакций естественного происхождения, могли превратиться в известные нам сегодня биохимические процессы.

Команда исследовала последовательность обратного цикла Кребса, биохимического процесса, используемого некоторыми микроорганизмами для фиксации углекислого газа. В этой части процесса небольшая органическая молекула оксалоацетата подвергается гидрогенизации и дегидратации для получения сукцината в три химических этапа.

Команда исследовала последовательность обратного цикла Кребса.    

Катализ металлами или метеоритами

В клеточном обратном цикле Кребса гидрогенизация происходит с помощью ферментов, которые переносят органически связанный водород. Чтобы смоделировать процесс гидрогенизации, который мог происходить на первобытной Земле три-четыре миллиарда лет назад, команда использовала элементарный водород и металлические катализаторы. Они обосновали этот выбор тем, что водород образуется в ходе естественных геологических процессов и может накапливаться в резервуарах в земле или в гидротермальных источниках. Кроме того, метеориты, упавшие на Землю в этот период, принесли с собой металлы.

В эксперименте малат первоначально образовывался из оксалоацетата в реакции гидрогенизации, даже при мягких условиях реакции, имитируя первый шаг гидрогенизации в пути. После дегидратации малата до фумарата из фумарата образовывался сукцинат в ходе дальнейшей реакции гидрогенизации, следуя той же последовательности молекул и реакций, что и в биологическом обратном цикле Кребса. Такие металлы, как никель, и даже чистый порошкообразный образец метеорита были способны катализировать эти реакции. Эти результаты могут оказаться важными для нашего понимания происхождения некоторых фундаментальных метаболических путей, утверждают исследователи.