В результате экспериментов с пептидами американские химики предложили новое объяснение гомохиральности – свойства молекул, из которых состоит живые организмы. Согласно их теории, это связано с неравномерностью односторонних молекул, присутствующих в изначальном составе.
Биологические молекулы, как правило, обладают хиральностью, что означает наличие у них зеркального отображения, подобно левой и правой ладони. Эти пары встречаются в виде энантиомеров, то есть стереоизомеров, обладающих одинаковой структурой, но не совпадающих в пространстве. Однако у молекул, формирующих основу жизни, по неизвестной причине отсутствуют хиральные аналоги. Эта особенность получила название гомохиральности или хиральной чистоты. Если в обычных химических реакциях присутствуют смеси, состоящие из молекул с лево- или правовращающими свойствами ( рацемические смеси) хотя химические соединения могут быть практически неотличимы друг от друга, биологические аналоги демонстрируют существенные различия. Смесь молекул с измененной структурой окажется неактивной или даже ядовитой, что означает, что она не будет проявлять признаков жизни».
На протяжении многих лет ученые стремятся выяснить причину того, что молекулы, необходимые для жизни, такие как аминокислоты, углеводы и пептиды, существуют преимущественно в одной форме. Молекулы ДНК, РНК и белки формируются из соединений, не имеющих пары стереоизомеров: используются только левовращательные L-аминокислоты и правовращательные D-нуклеотиды. Кроме того, спирали ДНК всегда формируются в левую сторону. Предполагали, что гомохиральность обусловлена различиями в физических свойствах молекул. Также высказывалась версия, что причиной всему послужило случайное нарушение синтеза исходных веществ, необходимых для формирования молекул.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, по мнению ученых, существует альтернативное объяснение этой загадки. Специалисты из американского исследовательского центра The Scripps Research Institute провели синтез наборов пептидов и изучили механизмы хирального усиления при использовании гомохиральных и гетерохиральных реагентов.
Сначала исследователи создали дипептидный продукт, то есть осуществили связывание двух различных аминокислот посредством добавления в раствор тиола (авторы не являются первооткрывателями этой реакции, однако впервые проанализировали ее с позиции возникновения гомохиральности.
В результате эксперимента было установлено, что при формировании дипептида в смеси, если энантиомеры смещены в левую сторону, то это приводит к нарушению симметрии, и преобладают молекулы с левой направленностью закручивания.
Если в исходном субстрате преобладает левосторонние аминокислоты, то высокая скорость их соединения с правосторонними приведет к быстрому истощению последних. Это, в свою очередь, увеличивает концентрацию левосторонних молекул.
Гетерохиральные пептиды агрегировали и осаждались, что приводило к обогащению смеси гомохиральными L-аминокислотами. По мнению авторов, весьма примечательным является тот факт, что введение ахирального катализатора (например, молекул тиола, способных к взаимодействию) воспроизводило ту же селективность пептидов в реакции, что и использование левостороннего катализатора. Авторы подчеркивают, что это наблюдение повышает вероятность возникновения гомохиральности в пребиотической среде.