Пептиды выжили в «венерианской» серной кислоте и сложились в устойчивые петли

Концентрированная серная кислота не обязательно уничтожает любую сложную органику. Исследователи MIT показали, что отдельные короткие пептиды в растворе, близком по составу к каплям облаков Венеры — около 98 % серной кислоты, — оставались сохранными неделями и сворачивались в чёткие омега-петли. Это делает химию венерианских облаков более интересной для астробиологии, однако не служит доказательством существования жизни на Венере. 6

Что именно обнаружили

Учёные исследовали пептиды методом высокопольной ЯМР-спектроскопии растворов. ЯМР показал не только химическую сохранность молекул, но и воспроизводимое формирование трёхмерных структур, а не просто кратковременное присутствие беспорядочных цепочек. 6

Омега-петля — компактный нерегулярный структурный мотив пептида или белка. Это существенно: для биологической функции молекуле обычно недостаточно просто не разрушаться — ей нужна устойчивая и специфическая пространственная конфигурация. 6

Важно, что речь идёт не обо всех пептидах без исключения. В более раннем испытании 20 гомодипептидов большинство действительно подверглось сольволизу за несколько недель в условиях, релевантных для Венеры. Однако нашлись устойчивые исключения. 3

Почему кислота могла не разорвать пептидные связи

На первый взгляд результат парадоксален: серная кислота считается крайне агрессивной средой. Но кислотно-катализируемое расщепление пептидной связи — это гидролиз, а для него необходима вода, выступающая реагентом-нуклеофилом.

В растворе с примерно 98 % серной кислоты воды очень мало. Поэтому протонирование связи кислотой само по себе не обязано приводить к её эффективному и быстрому разрыву. Это правдоподобная химическая интерпретация наблюдаемой устойчивости, а не утверждение, что в такой среде сохранится любой пептид. 3

Как серная кислота помогала удерживать форму

Спектры ЯМР указали на определённые конформации и взаимодействия, согласующиеся с тем, что молекулы серной кислоты организуются вокруг пептидных цепей и участвуют в стабилизации их укладки. Иными словами, растворитель в этих условиях может быть не только разрушительной средой, но и своеобразным молекулярным «каркасом» для свёрнутой структуры. 6

Это меняет привычную интуицию, основанную на земной биохимии в воде. Наблюдения подтверждают существование устойчивых форм у исследованных последовательностей, но пока не дают полного универсального механизма для всех возможных пептидов. 6

Продолжение предыдущих исследований MIT

Новая работа продолжает программу исследований, начатую в 2020 году: с помощью ЯМР учёные изучали устойчивость молекул в почти чистой серной кислоте и сообщали о сохранности строительных блоков нуклеиновых кислот, липидов и аминокислот. 6

Позднее было показано, что аденин, цитозин, гуанин, тимин, урацил, пурин, пиримидин и родственные основания остаются стабильными в концентрированной серной кислоте при комнатной температуре более года. 2

Поэтому главный шаг нынешнего исследования — не просто в том, что отдельные «ингредиенты жизни» могут выживать. Впервые показано, что короткие полимеры из аминокислот способны сохранять упорядоченную архитектуру, а она является ещё одним необходимым условием для молекулярных функций. 6

Что это значит для Венеры и поиска жизни

Работа ослабляет представление о том, что сернокислотные облака Венеры химически полностью стерильны. Она допускает возможность сложной органической химии и, в принципе, неводных биологических систем в сравнительно умеренном по температуре облачном слое. Но исследование не демонстрирует ни обмен веществ, ни самовоспроизведение, ни эволюцию, ни наличие ныне живущих организмов. 6

Следующей важной мишенью может стать пептидная нуклеиновая кислота (PNA): у неё пептидоподобный остов сочетается с азотистыми основаниями. Первые результаты говорят о зависимости от последовательности: за 14 суток в 98%-й серной кислоте при температуре около 25 °C гексамеры PNA деградировали на 0,4–28,6 %, тогда как при температуре выше 80 °C происходил полный сольволиз. 1

Для миссий программы Morning Star эти данные усиливают смысл измерений состава облачных капель и поиска органических молекул либо химических неравновесий. Это логично вытекающее направление исследований, а не прогноз того, что конкретная миссия обязательно обнаружит жизнь или биомаркеры. 6

Наконец, вывод важен и для экзопланет. Поиск обитаемых миров не должен ограничиваться двойниками Земли с жидкой водой на поверхности: планеты венерианского типа и миры с кислотными облаками тоже заслуживают более внимательного рассмотрения. Но устойчивость отдельных молекул — лишь ранний химический критерий и ещё очень далека от доказательства обитаемости. 6