Eines der größten Geheimnisse des Lebens auf der Erde – die optische Asymmetrie biologischer Moleküle – lässt sich viel einfacher erklären als bisher angenommen.
Chiralität „an den Fingern“: Diese Eigenschaft des Aufbaus von Aminosäuren kann man sich recht gut vorstellen
Eines der aufregendsten Geheimnisse der modernen Wissenschaft ist mit einer solchen Eigenschaft von Aminosäuren und Zuckern wie Chiralität verbunden, mit anderen Worten, Asymmetrie oder optische Isomerie. Es ist wie mit der rechten und der linken Hand: Bei gleichem Fingersatz passen sie nicht zusammen, so wie unsere Hände nicht zusammenpassen, und es ist unwahrscheinlich, dass Sie einen Handschuh, der für die linke Hand bestimmt ist, an der rechten Hand anziehen können. Gleichzeitig sind beide Formen der Aminosäuren (sie werden L- und D-Isomere genannt) chemisch gleichwertig und fallen beispielsweise in der konventionellen organischen Synthese in einer gleichen Mischung an.
Aber in der Natur ist alles anders: Alle Aminosäuren, aus denen die Proteine aller lebenden Organismen aufgebaut sind – vom Virus bis zum CEO – gehören zu den L-Isomeren (Ausnahmen kann man buchstäblich an einer Hand abzählen), und Zucker - zu D-Isomeren. Darüber hinaus werden die Eigenschaften von Proteinen vollständig durch ihre räumliche Struktur bestimmt, und unter Bedingungen einer Mischung von Aminosäuren unterschiedlicher Chiralität wäre Leben überhaupt nicht möglich. Es gibt keine einzige Erklärung für diese Kuriosität.
Kürzlich wurde zu diesem Thema eine ziemlich interessante Vermutung aufgestellt: Die ursprünglichen "Bausteine des Lebens", an Bord eines Asteroiden auf die Erde gebracht, reisten lange durch den Weltraum. Dort wurden sie Strahlung ausgesetzt, einschließlich polarisierter Strahlung, die von Neutronensternen emittiert wird. Substanzen unterschiedlicher Chiralität reagieren darauf unterschiedlich, so dass die „Lebenskeime“bei ihrer Ankunft auf unserem Planeten bereits die „Chiralitätskeime“in sich trugen. Wir haben diese Hypothese in der Notiz „Einfluss der Sterne“genauer analysiert. Es ist jedoch erwähnenswert, dass dies die Tatsache impliziert, dass das Leben schließlich aus dem Weltraum gebracht wurde.
Aber kubanische Wissenschaftler, angeführt von F. L. Falcon, äußerten kürzlich eine andere Idee, deren Ursprünge viel näher an der Erde liegen. Sie schlugen vor, ein Szenario in Betracht zu ziehen, in dem eine Mischung aus optischen Isomeren einer Aminosäure in Wasser mit einem Temperaturgradienten gelöst wird, wie z. B. in geothermischen Quellen.
Aufwinde heben Aminosäuremoleküle nach oben, wo sie Kristalle bilden. Allerdings haben Kristalle verschiedener optischer Isomere von Aminosäuren (Falcon betrachtet das Beispiel von Alanin) leicht unterschiedliche Eigenschaften – L-Alanin bildet im Durchschnitt etwas größere Kristalle. Laut dem Wissenschaftler entstand dadurch ein großer Bereich, der von den Aufwinden betroffen war, und ermöglichte es diesen Kristallen, höher zu steigen, in noch kühleres Wasser, und noch größer zu werden.
Schließlich wurden die L-Alanin-Kristalle so groß, dass die Strömung sie nicht mehr in den oberen Wasserschichten h alten konnte, und sie sanken in wärmere Tiefen, wo sie sich wieder auflösten. Da sie jedoch größer sind, lösen sie sich langsamer auf als D-Alanin-Kristalle und sind wieder in den Prozess involviert. Auf diese Weise wurde immer mehr L-Alanin in immer größere Kristalle überführt – dieser Mechanismus wird als Rekondensation bezeichnet.
All dies führte dazu, dass der Geh alt an L-Alanin in der Lösung abnahm und D-Alanin darin immer mehr dominierte. Es stellte sich heraus, dass das Gleichgewicht zwischen den Isomeren gestört war und ein Teil der D-Alanin-Moleküle durch Epimerisierung in die L-Form umgewandelt wurde. Der Kreislauf wurde neu gestartet, was schließlich zu immer mehr reinem L-Alanin führte.
Trotz der offensichtlichen Komplexität dieses Schemas ist es ziemlich einfach und vor allem erfordert es keine komplizierten Bedingungen, Neutronensterne und so weiter. Es reicht aus, Wasser mit einem Temperaturgradienten und einem darin gelösten Gemisch optischer Isomeren von Aminosäuren in einem bestimmten Verhältnis zu haben. Und das Attraktivste ist, dass diese (bisher rein theoretische) Annahme in jedem Labor leicht zu überprüfen ist. Was sicherlich in nächster Zeit gemacht wird – und wir werden Ihnen auf jeden Fall über die Ergebnisse berichten, zumal es durchaus eine echte Sensation werden kann. Viva la Kuba!
