Hóa học lượng tử giải đáp câu hỏi tại sao cuộc sống cần rất nhiều axit amin

Hóa học lượng tử giải đáp câu hỏi tại sao cuộc sống cần rất nhiều axit amin

Một cách tiếp cận linh hoạt đối với cuộc sống.

Một trong những câu hỏi lâu đời nhất và căn bản nhất về hóa sinh học là tại sao các axit amin 20 hỗ trợ cuộc sống là cần thiết, khi lõi gốc của 13 sẽ làm - và hóa học lượng tử có thể chỉ cung cấp cho chúng ta câu trả lời.

Theo các nghiên cứu mới, đó là phản ứng hóa học thêm của bảy axit amin mới hơn làm cho chúng trở nên quan trọng đối với cuộc sống, mặc dù chúng không thêm bất cứ điều gì khác về cấu trúc không gian của chúng.

Hoá học lượng tử là một cách để lấy một số nguyên lý cơ học lượng tử - mô tả các hạt theo các tính chất có tính xác suất, giống như làn sóng - và áp dụng cho các nguyên tử hoạt động trong các phản ứng hóa học.

Nhóm các nhà khoa học quốc tế đằng sau nghiên cứu mới sử dụng các kỹ thuật hóa học lượng tử để so sánh các axit amin tìm thấy trong không gian (và để lại ở đây bởi các mảnh thiên thạch) với các axit amin hỗ trợ cuộc sống ngày nay trên trái đất.

Một trong những nhà nghiên cứu , Bernd Moosmann từ Đại học Johannes Gutenberg, Mainz, Đức cho biết: "Sự chuyển đổi từ hóa học đã chết ra khỏi không gian để sinh hóa của chúng ta ở đây ngày nay được đánh dấu bằng sự gia tăng tính mềm dẻo và do đó tăng cường phản ứng của các khối xây dựng" .

Đó là công việc của các axit amin để hình thành các protein, theo chỉ dẫn của DNA của chúng tôi. Những axit được hình thành ngay sau khi bản thân Trái đất ra đời , khoảng 4,54 tỷ năm trước, và do đó đại diện cho một trong những khối xây dựng sớm nhất của cuộc sống.

Tuy nhiên, tại sao sự tiến hóa đã quyết định rằng chúng ta cần 20 axit amin để xử lý việc mã hoá di truyền này chưa bao giờ rõ ràng, bởi vì 13 đầu tiên phát triển nên đã đủ cho nhiệm vụ.

Độ mềm "lớn hơn" của 7 axit amin được xác định bởi các nhà nghiên cứu có nghĩa là chúng dễ phản ứng và linh hoạt hơn về các thay đổi hóa học.

Nếu bạn đại diện cho các axit amin làm vòng tròn, chúng có thể được vẽ như các vòng tròn đồng tâm đa dạng các mức năng lượng khác nhau, chứ không phải là một vòng tròn duy nhất có độ cứng hóa học và mức năng lượng giống như hình ảnh dưới đây.

Sau khi xác định giả thuyết thông qua tính toán lượng tử, các nhà khoa học đã có thể sao lưu ý tưởng của mình bằng một loạt các thí nghiệm sinh hóa.

Theo cách đó, nhóm nghiên cứu xác định rằng các axit amin bổ sung - đặc biệt là methionine , tryptophan và selenocysteine - có thể phát triển như một phản ứng với việc tăng lượng oxy trong sinh quyển trong những ngày trẻ nhất của hành tinh.

Nhìn lại quá khứ rất khó khăn, vì các hợp chất hữu cơ đầu tiên không bao giờ để lại hóa thạch đằng sau chúng ta để phân tích, nhưng điều này có thể đã là một phần của quá trình khởi động sự hình thành sự sống trên trái đất .

Vì những tế bào sống sớm nhất đã cố gắng để đối phó với những căng thẳng oxy hóa thêm, đó là một trường hợp sống sót của các fittest. Các tế bào tốt nhất có thể đối phó với oxy bổ sung đó - thông qua việc bảo vệ các axit amin mới - là những tế bào sống và phát triển.

Moosmann nói: "Với quan điểm này, chúng ta có thể mô tả oxy như tác giả thêm vào sự tiếp xúc cuối cùng với mã di truyền .

Nghiên cứu đã được công bố trong PNAS .