Peptidit eivät välttämättä hajoa Venuksen rikkihappopilvissä

Väkevä rikkihappo ei tutkimuksen perusteella automaattisesti tuhoa kaikkia peptidirakenteita. MIT:n tutkijat havaitsivat, että valitut lyhyet peptidit säilyivät viikkoja ja taittuivat määritellyiksi, omega-silmukkaa muistuttaviksi kolmiulotteisiksi rakenteiksi liuoksessa, joka jäljittelee Venuksen pilvipisaroiden noin 98-prosenttista rikkihappoa. Havainto vahvistaa sitä, että Venuksen pilvikerroksessa voisi tapahtua monimutkaista prebioottista kemiaa – se ei kuitenkaan osoita, että siellä olisi elämää. 6

Miksi peptidisidos voi kestää happoa?

Tutkijat tarkastelivat peptidejä korkean kentän liuos-NMR-spektroskopialla. Menetelmällä havaittiin sekä molekyylien kemiallista säilymistä että toistuvia, kolmiulotteisia laskostumia. Kyse ei siis ollut vain satunnaisesti säilyvistä tai rakenteettomista ketjuista. 6

Mahdollinen kemiallinen selitys liittyy veteen. Peptidisidoksen happokatalysoitu pilkkoutuminen on hydrolyysi: reaktio tarvitsee vettä nukleofiilinä. Kun noin 98-prosenttisessa rikkihapossa vettä on hyvin vähän, pelkkä hapon aiheuttama protonoituminen ei välttämättä katkaise sidosta tehokkaasti. Tämä on mekanistinen tulkinta, ei tae siitä, että kaikki peptidit säilyisivät tällaisissa oloissa.

Rajoitus on olennainen: aiemmissa kokeissa 20 homodipeptidistä useimmat kokivat solvolyysin muutamassa viikossa Venuksen olosuhteita vastaavissa rikkihappoliuoksissa. Poikkeuksia kuitenkin löytyi. 3

Omega-silmukka on enemmän kuin pelkkä säilynyt molekyyli

Omega-silmukka on tiivis, ei-säännöllinen peptidi- tai proteiinirakenne. Sen merkitys on siinä, että biologinen toiminta edellyttää yleensä tiettyä ja vakaata muotoa – pelkkä molekyylinpalanen, joka ei hajoa, ei vielä riitä.

NMR-spektrit viittasivat määriteltyihin konformaatioihin sekä vuorovaikutuksiin, jotka sopivat siihen, että rikkihappomolekyylit järjestyvät peptidien ympärille ja auttavat vakauttamaan niiden laskostumia. Toisin sanoen liuotin ei välttämättä vain hajota molekyyliä, vaan voi toimia eräänlaisena rakenteellisena tukena. 6

Tulos haastaa veden hallitseman arkikäsityksen biokemiasta: tässä äärimmäisessä liuottimessa rikkihappo saattaa osallistua rakenteen ylläpitämiseen. Havainto ei silti vielä selitä yksityiskohtaista mikroskooppista mekanismia tai ennusta kaikkien peptidisekvenssien käyttäytymistä. 6

Jatkoa aiemmille rikkihappokokeille

Työ jatkaa MIT:n tutkimuslinjaa, jossa lähes puhdasta rikkihappoa on tutkittu NMR-menetelmillä vuodesta 2020 alkaen. Aiemmissa tutkimuksissa on raportoitu nukleiinihappojen rakennusosien, lipidien ja aminohappojen säilyvän väkevässä rikkihapossa. 6

Myöhemmissä kokeissa adeniinin, sytosiinin, guaniinin, tymiinin, urasiilin, puriinin, pyrimidiinin ja niihin liittyvien emästen havaittiin pysyvän vakaina yli vuoden väkevässä rikkihapossa huoneenlämmössä. 2

Uusi tulos on askel pidemmälle kuin havainto siitä, että elämän rakennusosia voi säilyä: myös lyhyet aminohappopolymeerit voivat säilyttää määritellyn arkkitehtuurin. Se on yksi molekyylitoiminnan edellytyksistä. 6

Mitä tämä merkitsee Venukselle ja eksoplaneetoille?

Venuksen pilvien mahdollinen elämä: Tutkimus heikentää ajatusta, jonka mukaan Venuksen rikkihappopilvet olisivat kemiallisesti täysin steriilejä. Se tukee mahdollisuutta, että suhteellisen lauhkeassa pilvikerroksessa voi esiintyä monimutkaista orgaanista kemiaa ja ehkä myös vedettömään liuottimeen perustuvia biologisia järjestelmiä. Tutkimus ei kuitenkaan osoita aineenvaihduntaa, lisääntymistä, evoluutiota eikä nykyistä eliöstöä. 6

Peptidinukleiinihappo eli PNA: PNA on luonteva seuraava kohde, koska siinä yhdistyvät nukleiinihappoemäkset ja peptidimäinen runko. Alustavissa tuloksissa PNA-heksameerien hajoaminen riippui sekvenssistä: 14 vuorokaudessa noin 25 °C:ssa ja 98-prosenttisessa rikkihapossa hajoamista mitattiin 0,4–28,6 prosenttia. Yli 80 °C:n lämpötiloissa tapahtui täydellinen solvolyysi. 1

Morning Star -Venus-lennot: Tulokset antavat lisäperusteen tutkia pilvipisaroiden koostumusta sekä etsiä orgaanisia molekyylejä ja kemiallisia epätasapainotiloja. Kyse on tutkimusprioriteetista, ei ennusteesta, että jokin tietty luotain löytäisi elämää tai biomolekyylejä. 6

Eksoplaneettojen elinkelpoisuus: Elinkelpoisten maailmojen etsintää ei välttämättä pidä rajata Maan kaltaisiin planeettoihin, joilla on nestemäistä vettä pinnalla. Happopilvimaailmat ja Venus-tyyppiset eksoplaneetat voivat ansaita laajempaa huomiota. Molekyylien säilyminen on silti vasta hyvin varhainen ehto – se ei yksin tee ympäristöstä elinkelpoista. 6