Один из самых старых и фундаментальных вопросов биохимии может помочь решить квантовая химия. Вопрос заключается в том, почему жизненно важных аминокислот 20, производится организмом только 13 из них, а получать остальные необходимо из пищи.
Международная команда ученых использовала методы квантовой химии для сравнения аминокислот, пришедших из космоса и обнаруженных в осколках метеоритов, с аминокислотами, которые есть на Земле.
«Переход от «мертвой» химии к нашей собственной биохимии был отмечен повышенной реакционной способностью строительных блоков», — говорит один из исследователей, Бернд Мосманн из Университета Йоханнеса Гутенберга Майнца в Германии.
Основная работа аминокислот заключается в формировании белков. Аминокислоты были сформированы самой природой почти 4,54 миллиарда лет назад, потому представляют собой самые ранние «строительные блоки» жизни. Однако, непонятно, почему эволюция решила, что нужно именно 20 аминокислот и почему только 13 синтезируются в организме. При этом 7 аминокислот, которые нужно получать из пищи, являются более гибкими.
Говоря об аминокислотах, ученые прибегают к описанию кругов. Амикислоты — это не какой-то единичный круг с одинаковой химической твердостью, а несколько кругов, где каждый последующий находится внутри другого. Определив гипотезу при помощи рассчетов квантовой химии, ученые сумели подкрепить свои идеи серией биохимических экспериментов.
Команда определила, что дополнительные аминокислоты, в частности, метионин, триптофан и селеноцистеин, вполне могли развиться в ответ на повышение уровня кислорода в биосфере. В то же самое время, заглянуть настолько далеко в прошлое нельзя, потому проанализировать изменения в формировании потребности в тех или иных аминокислотах и получить точные результаты также невозможно. Но, поскольку самые ранние живые клетки пытались справиться с дополнительным окислительным стрессом, это был наиболее удобный способ выживания. Клетки, способные лучше справляться с дополнительным кислородом при помощи аминокислот стали процветающими.
«С учетом этого мы могли бы охарактеризовать кислород как автора, добавляющего последний штрих к генетическому коду», — говорит Мосманн.
