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Sep 02, 2023

Forschung wirft neues Licht auf die kosmische Entwicklung von Aminosäuren

Washington [USA], 29. Mai (ANI): Wissenschaftler verwenden Computermodelle biologischer

Washington [USA], 29. Mai (ANI): Wissenschaftler nutzen Computermodelle biologischer Komponenten, die in Meteoriten gefunden werden, um ihnen zu helfen, die Ursprünge des Lebens auf der Erde zu verstehen.

Alle biologischen Aminosäuren auf der Erde kommen ausschließlich in ihrer linksdrehenden Form vor, der Grund für diese Beobachtung ist jedoch unklar. Kürzlich haben Wissenschaftler aus Japan neue Hinweise auf den kosmischen Ursprung dieser Asymmetrie entdeckt. Basierend auf den optischen Eigenschaften der auf dem Murchison-Meteoriten gefundenen Aminosäuren führten sie physikalische Simulationen durch und zeigten, dass die Vorläufer der biologischen Aminosäuren möglicherweise die Chiralität der Aminosäuren in der frühen Phase der galaktischen Evolution bestimmt haben.

Der Murchison-Meteorit ist ein Meteorit, der 1969 in Australien in der Nähe von Murchison, Victoria, einschlug. Dieser Meteorit ist einer der ältesten bekannten Überreste des vorerdischen Sonnensystems und spielte eine entscheidende Rolle bei der Bestätigung der Anwesenheit von Kohlenstoffmolekülen anderswo im Universum.

Wenn Sie Ihre Hände betrachten, werden Sie feststellen, dass sie Spiegelbilder voneinander sind. Doch egal wie sehr Sie versuchen, eine Hand zu drehen und zu drehen, Sie werden es nie schaffen, sie perfekt über die andere zu legen. Viele Moleküle haben eine ähnliche Eigenschaft namens „Chiralität“, was bedeutet, dass die „linkshändige“ (L) Version eines Moleküls nicht mit seiner „rechtshändigen“ (D) Spiegelbildversion überlagert werden kann. Obwohl beide Versionen eines chiralen Moleküls, sogenannte „Enantiomere“, die gleiche chemische Formel haben, kann die Art und Weise, wie sie mit anderen Molekülen, insbesondere mit anderen chiralen Molekülen, interagieren, immens variieren.

Interessanterweise hat eines der vielen Rätsel rund um den Ursprung des Lebens, wie wir es kennen, mit Chiralität zu tun. Es stellt sich heraus, dass biologische Aminosäuren (AAs) – die Bausteine ​​von Proteinen – auf der Erde nur in einer ihrer beiden möglichen enantiomeren Formen vorkommen, nämlich der L-Form. Wenn man AAs jedoch künstlich synthetisiert, entstehen sowohl die L- als auch die D-Form in gleichen Mengen. Dies deutet darauf hin, dass L-AAs zu einem frühen Zeitpunkt in der Vergangenheit eine heterochirale Welt dominiert haben müssen. Dieses Phänomen ist als „chirale Symmetriebrechung“ bekannt.

Vor diesem Hintergrund führte ein Forschungsteam unter der Leitung von Assistenzprofessor Mitsuo Shoji von der Universität Tsukuba, Japan, eine Studie durch, die darauf abzielte, dieses Rätsel zu lösen. Wie in ihrem im Journal of Physical Chemistry Letters veröffentlichten Artikel erläutert, versuchte das Team, Beweise für den kosmischen Ursprung der Homochiralität von AAs auf der Erde zu finden und einige Inkonsistenzen und Widersprüche in unserem bisherigen Verständnis auszuräumen.

„Die Idee, dass Homochiralität ihren Ursprung im Weltraum haben könnte, entstand, nachdem AAs im Murchison-Meteoriten gefunden wurden, der 1969 in Australien einschlug“, erklärt Dr. Shoji. Merkwürdigerweise war in den von diesem Meteoriten erhaltenen Proben jedes der L-Enantiomere häufiger anzutreffen als sein D-Enantiomer-Gegenstück. Eine beliebte Erklärung hierfür legt nahe, dass die Asymmetrie durch ultraviolettes zirkular polarisiertes Licht (CPL) in den Sternentstehungsregionen unserer Galaxie induziert wurde. Wissenschaftler bestätigten, dass diese Art von Strahlung tatsächlich asymmetrische photochemische Reaktionen auslösen kann, die bei ausreichender Zeit die Produktion von L-AAs gegenüber D-AAs begünstigen würden. Die Absorptionseigenschaften des AA-Isovalins (Isovalin ist eine seltene Aminosäure, die vom Murchison-Meteoriten zur Erde transportiert wird) sind jedoch entgegengesetzt zu denen der anderen AAs, was bedeutet, dass die UV-basierte Erklärung allein entweder unzureichend oder falsch ist.

Vor diesem Hintergrund verfolgte Dr. Shojis Team eine alternative Hypothese. Anstelle von Fern-UV-Strahlung vermuteten sie, dass die chirale Asymmetrie tatsächlich speziell durch die Emissionslinie CP Lyman-a (Lya) induziert wurde, eine Spektrallinie von Wasserstoffatomen, die die frühe Milchstraße durchdrang. Anstatt sich nur auf Photoreaktionen in AAs zu konzentrieren, untersuchten die Forscher außerdem die Möglichkeit, dass die chirale Asymmetrie in den Vorläufern der AAs beginnt, nämlich Aminopropanale (APs) und Aminonitrile (ANs).

Durch quantenmechanische Berechnungen analysierte das Team Lya-induzierte Reaktionen zur Herstellung von AAs entlang des chemischen Weges, der in der Strecker-Synthese übernommen wurde. Anschließend notierten sie die Verhältnisse von L- zu D-Enantiomeren von AAs, APs und ANs in jedem Schritt des Prozesses.

Die Ergebnisse zeigten, dass L-Enantiomere von ANs unter rechtsdrehender CP (R-CP)-Lya-Bestrahlung bevorzugt gebildet werden, wobei ihre Enantiomerenverhältnisse denen der entsprechenden AAs entsprechen. „Insgesamt deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass ANs dem Ursprung der Homochiralität zugrunde liegen“, bemerkt Dr. Shoji. „Genauer gesagt führt die Bestrahlung von AN-Vorläufern mit R-CP-Lya-Strahlung zu einem höheren Verhältnis von L-Enantiomeren. Das anschließende Überwiegen von L-AAs ist durch durch Wassermoleküle und Wärme induzierte Reaktionen möglich.“

Damit bringt uns die Studie dem Verständnis der komplexen Geschichte unserer eigenen Biochemie einen Schritt näher. Das Team betont, dass weitere Studien mit Schwerpunkt auf ANs an zukünftigen Proben von Asteroiden und Kometen durchgeführt werden müssen, um ihre Ergebnisse zu validieren. „Weitere Analysen und theoretische Untersuchungen von ANs und anderen präbiotischen Molekülen im Zusammenhang mit Zuckern und Nukleobasen werden neue Einblicke in die chemische Evolution von Molekülen und damit in den Ursprung des Lebens liefern“, schließt Shoji optimistisch. (ANI)

Dieser Bericht wird automatisch vom ANI-Nachrichtendienst generiert. ThePrint übernimmt keine Verantwortung für den Inhalt.

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