Peptydy przetrwały w „wenusjańskim” kwasie siarkowym i utworzyły uporządkowane struktury

Stężony kwas siarkowy nie musi bezwarunkowo niszczyć struktury peptydów. Zespół MIT wykazał, że wybrane krótkie peptydy pozostawały nienaruszone przez tygodnie i przyjmowały uporządkowane fałdy podobne do pętli omega w rozpuszczalniku odwzorowującym krople chmur Wenus — około 98-procentowym kwasie siarkowym. To wzmacnia argument, że w tych chmurach może zachodzić złożona chemia prebiotyczna, ale nie stanowi dowodu, że na Wenus istnieje życie. 6

Co właściwie odkryto

Badacze zastosowali wysokopolową spektroskopię NMR w roztworze, aby obserwować peptydy w niemal czystym kwasie siarkowym. Zaobserwowali nie tylko ich chemiczną trwałość, lecz także powtarzalne, trójwymiarowe fałdowanie — zamiast krótkotrwałego istnienia chaotycznych łańcuchów. 6

Pętla omega to zwarty, nieregularny motyw strukturalny białek i peptydów. Jest istotna, ponieważ dla działania biologicznego zwykle nie wystarcza samo przetrwanie fragmentów cząsteczek: potrzebny jest konkretny i stabilny kształt. 6

Dlaczego sam kwas nie musiał rozerwać wiązań peptydowych

Możliwe wyjaśnienie jest chemiczne. Kwasowo katalizowane rozszczepianie wiązania peptydowego zachodzi przez hydrolizę, a więc wymaga wody jako reagującego nukleofila. W roztworze zawierającym około 98% kwasu siarkowego wody jest bardzo mało. Samo protonowanie przez kwas nie musi zatem skutecznie prowadzić do zerwania wiązania.

To interpretacja mechanizmu, a nie gwarancja trwałości każdego peptydu. Wcześniejsze testy 20 homodipeptydów wykazały, że większość z nich mimo wszystko ulegała solwolizie w ciągu kilku tygodni w warunkach odpowiadających chmurom Wenus. 3

Co NMR mówi o roli kwasu siarkowego

Widma NMR wskazywały na określone konformacje i oddziaływania zgodne z tym, że cząsteczki kwasu siarkowego układają się wokół peptydów i pomagają stabilizować ich fałdy. Innymi słowy, rozpuszczalnik mógł działać jak swego rodzaju molekularne rusztowanie, a nie wyłącznie niszczące środowisko. 6

To odwraca intuicję wyniesioną z chemii wody na Ziemi: w ekstremalnym środowisku sam rozpuszczalnik może uczestniczyć w utrzymaniu uporządkowanej struktury. Obserwacje wspierają taki wniosek, ale nie wyjaśniają jeszcze pełnego mechanizmu mikroskopowego ani nie pozwalają uogólnić go na wszystkie sekwencje peptydów. 6

Kolejny etap wcześniejszych prac MIT

Nowe wyniki rozwijają program badań rozpoczęty w 2020 r., w którym za pomocą NMR analizowano trwałość składników kwasów nukleinowych, lipidów i aminokwasów w niemal czystym kwasie siarkowym. 6

W dalszych badaniach stwierdzono, że adenina, cytozyna, guanina, tymina, uracyl, puryna, pirymidyna i pokrewne zasady pozostawały stabilne przez ponad rok w stężonym kwasie siarkowym w temperaturze pokojowej. 2

Różnica jest zasadnicza: wcześniejsze prace sugerowały, że pojedyncze „cegiełki” chemii życia mogą przetrwać. Obecne badanie wskazuje, że krótkie polimery aminokwasowe mogą również zachowywać uporządkowaną architekturę — dodatkowy warunek potrzebny do funkcjonowania cząsteczek. 6

Co to oznacza dla Wenus i poszukiwań życia

Badanie osłabia pogląd, że chmury Wenus złożone z kwasu siarkowego są chemicznie całkowicie jałowe. Dopuszcza możliwość złożonej chemii organicznej, a nawet niewodnych systemów biologicznych w względnie umiarkowanej temperaturowo warstwie chmur. Nie pokazuje jednak metabolizmu, replikacji, ewolucji ani obecności żywych organizmów. 6

PNA jako kolejny cel

Naturalnym następnym obiektem badań jest peptydowy kwas nukleinowy (PNA), łączący zasady kwasów nukleinowych ze szkieletem podobnym do peptydowego. Wstępne wyniki wskazują na zależną od sekwencji częściową degradację: po 14 dniach w 98-procentowym kwasie siarkowym, w temperaturze około 25°C, heksamery PNA degradowały w zakresie od 0,4% do 28,6%. Powyżej 80°C następowała całkowita solwoliza. 1

Misje Morning Star i egzoplanety

Wyniki dają dodatkowe uzasadnienie, by przyszłe misje programu Morning Star badały skład kropelek w chmurach Wenus oraz szukały cząsteczek organicznych i nierównowag chemicznych. Jest to kierunek badań wynikający z pracy, nie prognoza konkretnego odkrycia misji. 6

Szersza lekcja dotyczy też egzoplanet. Poszukiwania środowisk sprzyjających życiu nie powinny automatycznie ograniczać się do planet podobnych do Ziemi z ciekłą wodą na powierzchni. Światy z kwaśnymi chmurami, w tym planety podobne do Wenus, mogą zasługiwać na dokładniejsze rozważenie — choć sama trwałość cząsteczek to jeszcze bardzo daleko od wykazania ich zamieszkiwalności. 6